机械设计8涡轮蜗杆

1、 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆传动类型和特点类型和特点 失效形式、材料选择与结构失效形式、材料选择与结构 主要参数和几何关系 蜗杆传动受力分析和效率蜗杆传动受力分析和效率 蜗杆传动的强度计算 蜗杆传动热平衡计算 1 1 蜗杆传动类型和特点蜗杆传动类型和特点 一、特点和应用一、特点和应用 外形类似： 螺旋与斜齿轮的传动 从中间平面剖开： 齿轮与齿条的传动 1、应用 P 750KW（通常50KW），Vs 35 m/s （通常15 m/s）。 由于 i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。 2、特点 1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。 2）i大 蜗杆1、2、4、6 传递动力时：i=8100（常用1

2、550） 传递运动时：i=几百上千（单头，） 用于传递交错轴之间的回转运动。 一般：空间垂直 为什么？ 优点： 齿轮z117 3）结构紧凑、重量轻、噪音小。 4）自锁性能好(用于提升机构) 。 缺点： 1）制造成本高，加工困难。 2）滑动速度vs大。 3）低。 4）蜗轮需用贵重的减摩材料。 1、按蜗杆形状分 圆柱蜗杆 环面蜗杆 锥蜗杆 二、分类二、分类 ZA型:阿基米德蜗杆 中间平面：齿条与渐开 线齿轮啮合 端面：阿基米德螺旋线 ZI型:渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动 ZN型:法向直廓蜗杆 (刀具加工 位置不同) 圆柱蜗杆 锥蜗杆：啮合齿数多，平稳，承载。 环面蜗杆：接触齿对数，承载（1

3、.54）倍， 高，但制造安装要求高。 2、按蜗杆头数分 单头蜗杆：i，自锁性， 多头蜗杆：相反 3、按旋向分 左旋 右旋 一般采用右旋 三、精度等级三、精度等级 12个等级： 动力传动：69级 测量分度：5级或以上 2 2 失效形式、材料选择和结构失效形式、材料选择和结构 一、失效形式一、失效形式 与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断 vs、发热 主要为：胶合、磨损、点蚀 蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。 二、材料二、材料 vs减摩性 、强度不能都用硬材料 1、蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料 铸锡青铜：vs1226m/s 铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差 铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨

4、性差,用于vs小场合 HT、QT：vs2m/s 大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜） 2、蜗杆 材料 碳钢 合金钢 热处理 硬面蜗杆：首选 淬火磨削 调质蜗杆：缺少磨削设备时 选用。 3 3 圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算 一、基本齿廓一、基本齿廓 中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。 二、模数二、模数mm 正确啮合条件： 轴向 端面 标准值(与齿轮不同,表13.4) 蜗杆导程角 三、齿形角三、齿形角 刀具基准齿形的齿形角： 阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角 法向直廓蜗杆：法向齿形角 四、蜗杆分度圆直径四、蜗杆分度圆直径d d1 1（中圆直径

5、）（中圆直径） 同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制 d1为标准值 d1 pxpx 加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸 相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的， 即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。 五、蜗杆直径系数五、蜗杆直径系数q q d1、m为标准值 q为导出值,不一定为整数。 六、蜗杆导程角六、蜗杆导程角 制造困难 m一定时，qd1蜗杆刚度 z1一定时， q，自锁性 小m蜗杆选用大q，保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q，保证效率适于大P 传递动力时:头数z1 采用多头蜗杆 传递运动时:保证自锁( ),z1 ,采用单头蜗杆 七、七、z z1 1、z z2 2 蜗杆头数z1

6、：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等 z1加工困难 传递动力：（传动平稳性，避免根切） (z2d2蜗杆轴长刚度) 一般取z2=3280 z1z2：互质均匀磨损 八、八、i i、u u 蜗杆主动时: 九、中心距九、中心距a a （应按p264系列值选取） 十、变位系数十、变位系数 1、变位目的：配；。 2、变位方法：与齿轮变位相同, 靠刀具的移位实现变位。 故：蜗杆尺寸不能变动， 加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚 刀只作径向移动，尺寸不变。 4、变位类型 1）齿数不变，凑a x0，正变位 x0 负变位 3、变位结果 蜗杆各部分尺寸不变，但节线变化 蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣

7、节圆就是装 配后与蜗杆的啮合节圆。 蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线) 蜗轮尺寸发生变化，但 2）a不变，齿数变化，凑i 凑i：（a不变， ） 4 4 受力分析与效率计算受力分析与效率计算 一、作用力一、作用力 圆周力： 轴向力： (蜗杆主动) 啮合效率 忽略Ff 径向力： 方向判定： 1）蜗轮转向 已知：n1、旋向n2 左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n2 2）各分力方向 Fr：指向各自轮心 Ft 蜗杆与n1反向 蜗轮与n2同向 Fa 蜗杆：左、右手定则 蜗轮： n2 n1 3）旋向判定 蜗轮与蜗杆旋向相同。 v2 练习： n1 n1 Fr1 Fr2 Ft1 x

8、Fa2 Fa1 Ft2 右旋 n2 Fr1 Fr2 Ft1 Fa2 x Fa1 Ft2 n2 已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮 轴为输出，轴转向如图。 试：确定各轮转向、旋向及受力。 1. n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1 蜗轮右旋 n4 输出 1 2 3 4 蜗杆 右旋 二、传动效率二、传动效率 与齿轮类似： 1、啮合1：近似按螺旋副计算 （蜗杆主动） （蜗轮主动） v当量摩擦角， 说明：1）vsvv 油膜易形成1 2）为影响1的主要因素：1 时，1 max 此后，1 2、2搅油效率： 3、3轴承效率： 5 5 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算 蜗

9、轮齿强度低于蜗轮齿计算针对 一、接触强度计算一、接触强度计算 校核式 设计式 参数说明： 1）T2蜗轮转矩,N mm 2）KA使用系数,表12.9（同齿轮传动） 3）ZE弹性系数,表13.2，P260 4）Z接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响, Z初值a 根据查得。 设计时： 未知，初选值 （蜗杆主动） 6 6 温度计算（热平衡计算）温度计算（热平衡计算） 由于发热大易胶合 即：发热率H1 = 散热率H2 摩擦功耗： 冷却散去的热量： 环境温度t0=20 箱内工作温度 散热面积，可由13.27式估算 表面传热系数， 则： 热平衡计算 油温比t1高15左右， 蜗杆上置：飞溅冷却作用差 若t1

10、太高，可采取如下措施： 2、蜗杆轴端装风扇 1、加散热片 3、外冷却压力喷油润滑 4、油池内安装蛇形冷却水管 习题： 蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动 一、选择题 1、当两轴线 时，可采用蜗杆传动。 （1）平行；（2）相交；（3）垂直交错； 2、在蜗杆传动中，通常 为主动件。 （1）蜗杆；（2）蜗轮；（3）蜗杆或蜗轮都可以； 3 1 3、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角 当量摩擦 角。 （1）小于；（2）大于；（3）等于； 4、起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应用 蜗杆。 （1）单头、小导程角；（2）单头、大导程角；（3）多头、小导程角； （4）多头、大导程角； 5、为了减少蜗轮滚刀型号，有利

11、于刀具标准化，规定 为标准 值。 （1）蜗轮齿数；（2）蜗轮分度圆直径；（3）蜗杆头数；（4）蜗杆 分度圆直径； 6、为了凑中心距或改变传动比，可采用变位蜗杆传动，这时 。 （1）仅对蜗杆进行变位；（2）仅对蜗轮进行变位；（3）同时对蜗杆、 蜗轮进行变位； 1 1 4 2 7、蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中 最易发生。 （1）点蚀与磨损；（2）胶合与磨损；（3）轮齿折断与塑性变形； 8、蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对 来进行的。 （1）蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度；（2）蜗轮齿面接触 强度和蜗杆齿根抗弯强度；（3）蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度； （4）蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度； 9、对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了 。 （1）防止润滑油受热膨胀后外溢，造成环境污染；（2）防止润滑 油温度过高而使润滑条件恶化；（3）防止蜗轮材料在高温下力学性 能下降；（4）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏； 10、与齿轮传动相比， 不能作为蜗杆传动的