范志剛

(國營大眾機械廠，山西 太原 030024)

1 概述

1.1 功能

某小型轉臺方位裝置是由電機通過裝置帶動轉臺及高低裝置水平轉動的裝置。該裝置主要采用機電一體化控制，使轉臺及高低裝置按控制指令自動水平轉動，該裝置還具有手動功能。

1.2 組成

該裝置主要由直流減速電動機、蝸輪蝸桿減速器、手動裝置、微動開關、殼體等組成。主要組成見表1。

表1 裝置主要組成

2 主要技術指標

2.1 技術指標(見表2)

表2 技術指標

3 詳細設計

3.1 工作原理及功能

3.1.1 工作原理

該裝置采用機電一體化技術，控制直流減速電動機帶動蝸輪蝸桿減速器正轉或反轉，從而帶動轉臺自動水平轉動。

3.1.2 功能

該裝置具有自動功能和手動功能。

3.2 主要組成設計

該裝置通過直流減速電動機實現(xiàn)電能到機械能的轉換，通過傳動機構實現(xiàn)功率傳輸，減小速度，增強扭矩，從而轉臺自動水平轉動。

該裝置主要由直流減速電動機、蝸輪蝸桿減速器、手動裝置、殼體等組成。傳動簡圖見圖1。

圖1 傳動簡圖

3.2.1 電機選型

電機選型步驟如下：

1) 初選

根據(jù)技術要求計算負載功率

P=M·ω

其中：P為負載功率；M為負載轉矩；ω為負載角速度。

將技術參數(shù)代入公式，計算結果P=4.71W。

電機的主要參數(shù)見表3。

表3 磁直流減速電動機參數(shù)

減速比i1=50，i2=40；

輸出轉矩為：0.095×50×80%×40×50%=76 N·m

2) 核算

輸出轉矩為76 N·m，負載轉矩為30 N·m，約為負載轉矩的2.5倍。

電機電流為額定電流2 A，滿足最大耗流≤3 A的要求。

該型電機滿足要求。

3.2.2 蝸輪蝸桿減速器

1) 特點

該減速器具有以下特點：

a) 傳動平穩(wěn)，溫升低，噪音小，能適應在惡劣環(huán)境中長期連續(xù)工作；

b) 承載大，輸出扭矩大，壽命長；

c) 結構緊湊，體積小，重量輕，安裝空間緊湊，機械強度高。

2) 設計選用材料

蝸桿：40Cr鋼，表面調(diào)頻淬火處理；

蝸輪：采用特殊配制的耐磨錫青銅，將青銅輪圈鑲鑄在預熱的鑄鐵輪芯上，冷縮后產(chǎn)生箍緊力，使輪圈和輪芯可靠地連接在一起。

3) 結構

根據(jù)設計要求及結構形式，選取z1=1，z2=40，i=40，m=2。蝸輪蝸桿減速器示意圖見圖2。

圖2 蝸輪蝸桿減速器示意圖

4) 校核計算

蝸輪齒面接觸強度σH:369.317 N/mm2，通過接觸強度驗算。

蝸輪齒根彎曲強度σF:72.578 N/mm2，通過彎曲強度計算。

3.2.3 軸承的組合設計

軸承組合設計考慮在結構上保證軸系的固定、游動、游隙的調(diào)整。軸承支點跨距小于300 mm，采用兩端固定結構，用端蓋頂住軸承外圈的外側，其結構簡單，通過計算，留有適量的軸向間隙0.05mm，以避免工作中因熱伸長變形并保證軸承靈活運轉。間隙量是靠調(diào)整的方法來控制的，調(diào)整軸承外圈的軸向位置得到合適的間隙量。

圖3 校核計算圖

3.2.4 手動裝置

1) 功能及組成

該裝置具有手動功能，可通過手動將轉臺及高低裝置水平轉動。

手動裝置由齒輪副、離合器、手動軸、搖把等組成。示意圖見圖4。

圖4 示意圖

2) 齒輪副

此次設計中，齒輪傳動布置在低速級，選用直齒，傳動效率較高。材料選用鋼45，強度較高，塑性和韌性好，承受載荷較大，采用齒面高頻淬火處理，提高齒面硬度。齒輪副設計中，采用過輪，也稱為惰輪，保證電動旋轉方向與手動旋轉方向一致，同時因空間結構要求，改變齒輪副的中心距。

3) 離合器

采用彈簧作為離合器，將手動傳動系統(tǒng)直接與蝸輪蝸桿減速器相連，負責動力和傳動系統(tǒng)的切斷和結合作用。

3.2.5 殼體

殼體起著支持和固定軸系零件，保證軸系運轉精度、良好潤滑及可靠密封等重要作用。殼體采用ZL102制成，具有優(yōu)良的機械性質(zhì)；質(zhì)輕；切削性良好；耐腐蝕性良好；尺寸精度高；表面處理特性好；物理性質(zhì)佳；價格低廉、穩(wěn)定。

殼體設計時考慮了以下幾個方面：

1) 殼體具有足夠的剛度，避免在加工和使用過程中，出現(xiàn)因受復雜的變載荷而引起相應的變形。若殼體的剛度[2]不夠，會引起軸承中心線的過度偏斜，從而影響傳動件的運動精度，甚至由于載荷集中

而導致運動副的加速磨損。

2) 殼體具有可靠的密封性及便于傳動件潤滑，此次設計中，滾動軸承速度較低，采用脂潤滑。脂潤滑的結構簡單，易于密封。一般每隔半年左右補充或更換一次潤滑脂。潤滑脂的裝填量不應超過軸承空間的1/3～1/2。軸伸端密封屬接觸式密封，采用FB骨架唇形密封圈，內(nèi)有金屬骨架，與孔緊密配合裝配即可，注意唇形密封圈的安裝方向，以防漏油為主，唇邊對著殼體內(nèi)。同時允許在蓋與殼體接觸面均勻涂抹密封膠。

4 結束語

目前，根據(jù)任務書的要求，我們已完成設計工作。經(jīng)過驗證，設計結果滿足任務書要求，現(xiàn)已具備轉入試制階段的條件。