11.蜗杆机构(讲课稿).ppt

第十一章蜗杆传动 11 1蜗杆传动概述 11 2蜗杆传动的类型 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 11 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 蜗杆传动概述 作用 主要特点 1 传动比大 结构紧凑 动力传动i 5 80 2 传动平稳 连续的螺旋齿 逐渐进入啮合和退出 故冲击小 噪声低 3 可自锁 当蜗杆螺纹升角小于 v时 4 低 齿面滑动速度大 摩擦与磨损严重 故传动效率低 具有自锁性时 效率低于40 但新型蜗杆的传动效率已可达90 以上 传递空间交错轴间运动和动力 11 1蜗杆传动概述 5 为了散热和减小磨损 常需贵重的抗磨材料和良好的润滑装置 故成本较高 6 蜗杆的轴向力较大 第十一章蜗杆传动 11 1蜗杆传动概述 11 2蜗杆传动的类型 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 11 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 根据蜗杆形状分类 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 11 2蜗杆传动的类型 根据蜗杆曲线齿廓形状分类 11 2蜗杆传动的类型 一 圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 1 普通圆柱蜗杆传动 阿基米德蜗杆 ZA蜗杆 车削工艺好 精度低 中小载荷 使用逐渐减少 11 2蜗杆传动的类型 法向直廓蜗杆 ZN蜗杆 法面齿廓 直线 也用车床加工但磨削较困难 N N I I 延伸渐开线 11 2蜗杆传动的类型 渐开线蜗杆 ZI蜗杆 也用车床加工 用磨床磨削 11 2蜗杆传动的类型 锥面包络圆柱蜗杆 ZK蜗杆 用铣床加工 且便于在磨床上磨削 故蜗杆精度较高 应用日益广泛 一 圆柱蜗杆传动 2 圆弧圆柱蜗杆传动 ZC蜗杆 11 2蜗杆传动的类型 蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制的 11 2蜗杆传动的类型 二 环面蜗杆传动 环面蜗杆传动的特点 1 同时参与啮合的齿数多 传动平稳 且承载能力强 约为阿基米德蜗杆传动的2 4倍 2 齿面有利于润滑油膜的形成 传动效率高 一般可达85 90 可 3 要求制造和安装精度高 11 2蜗杆传动的类型 三 锥蜗杆传动 上述各类蜗杆的配对蜗轮 均是按范成法原理 在滚齿机上用滚刀加工的 蜗轮滚刀齿廓与相应的蜗杆齿廓一致 滚切时的中心距 也与蜗杆传动的中心距相同 配对蜗轮的加工 特点 同时接触的点数较多 重合度大 传动比范围大 一般为10 360 承载能力和效率较高 可节约有色金属 制造安装简便 工艺性好 第十一章蜗杆传动 11 1蜗杆传动概述 11 2蜗杆传动的类型 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 11 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 阿基米德蜗杆传动 蜗杆与蜗轮啮合时 在中间平面上相当于齿轮齿条的啮合 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 蜗杆的轴面 蜗轮的端面 普通蜗杆传动的参数与尺寸1 一 模数m和压力角a 正确啮合条件 蜗杆的轴面模数 压力角应与蜗轮的端面模数 压力角相等 即且蜗杆的导程角 1 蜗轮的螺旋角 2ma1 mt2 m a1 t2 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 蜗杆的轴面 蜗轮的端面 1 模数m 模数m取标准值 与齿轮模数系列不同 2 压力角 GB10087 88 阿基米德蜗杆压力角标准值 20 分度传动 推荐用 15 或12 动力传动 当 30 推荐 25 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 普通蜗杆传动的参数与尺寸1 二 蜗杆的分度圆直径d1 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的 为了限制滚刀的数目 国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1 q d1 m 蜗杆的直径系数 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 普通蜗杆传动的参数与尺寸1 三 蜗杆的头数z1 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 较少的蜗杆头数 如 单头蜗杆 可以实现较大的传动比 但传动效率较低 蜗杆头数越多 传动效率越高 但蜗杆头数过多时不易加工 通常蜗杆头数取为1 2 4 6 蜗杆传动的效率 蜗杆传动可以视为螺杆与螺母间的螺旋传动 故蜗杆传动的效率符合下式 且有 因为蜗杆的模数m 分度圆直径d1由强度计算获得 是一组确定值 所以齿距pa ma也为确定值 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 故有z1 普通蜗杆传动的参数与尺寸2 四 导程角g 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 规定蜗杆的直径系数 q d1 m蜗杆的直径 d1 mq蜗轮的直径 d2 mz2 六 中心距 五 传动比i 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 蜗轮齿数主要取决于传动比 即z2 iz1 z2不宜太小 如z2 26 否则啮合区域显著减小 同时参与啮合的蜗轮齿数减少 传动平稳性变差 z2也不宜太大 否则在模数一定时 蜗轮直径增大 使相啮合的蜗杆变长 支承间距加大 降低蜗杆的弯曲刚度 七 蜗轮齿数z2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的荐用值 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 第十一章蜗杆传动 11 1蜗杆传动概述 11 2蜗杆传动的类型 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 11 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 普通蜗杆传动的承载能力计算1 一 蜗杆传动的失效形式 设计准则及常用材料 但由于蜗杆传动齿面相对滑动速度vs大 增加了产生胶合和磨损失效的可能性 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 与齿轮传动相比 具有相似的失效形式 另外 若蜗杆较长 还应进行蜗杆刚度计算 闭式传动 润滑良好时 多因齿面点蚀而失效 润滑不良时 将发生齿面胶合失效 设计准则 按齿面接触强度进行设计 再按齿根弯曲强度进行较核 同时 为保证散热 还应进行热平衡计算 开式传动 多发生齿面磨损和轮齿折断 设计准则 按齿根弯曲强度进行设计 1 失效形式及设计准则 普通蜗杆传动的承载能力计算1 2 常用材料 蜗轮 有色金属 铸锡青铜 铸铝铁青铜 灰铸铁等 高速重载 15Cr 20Cr渗碳淬火 或45钢 40Cr淬火 低速中轻载 45钢调质 同齿轮 五种失效形式都有 ZCuSn10P1ZCuAl10Fe3HT200ZCuSn5Pb5Zn5vs 3重要传动vs 4m svs 2m s耐磨性好 抗胶合价格便宜经济 低速 材料的基本要求 足够的强度 减摩 耐磨和抗胶合性 蜗杆 钢材 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 蜗轮材料较弱 失效经常发生在蜗轮的轮齿上 按蜗轮轮齿进行承载能力计算 普通蜗杆传动的承载能力计算2 二 蜗杆传动的受力分析 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 圆周力Ft 主反从同 径向力Fr 指向各自的轮心 主动轮轮齿左旋 或右旋 伸左手 或右手 四指沿着主动轮的转向握住轴线 大拇指所指即为主动轮所受的Fa1的方向 Ft2与Fa1方向相反 轴向力Fa 主动轮左右手螺旋法则 T2 T1i Ft1 Fr1 Fn1 Fa1 n d1 n1 P Fa1 n1 Ft2 Fr2 Fr1 图示蜗杆传动 轮1主动 转动方向如图所示 试在图中标出Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa2的方向 n1 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 三 蜗杆传动强度计算 1 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 Z 接触系数 即蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数 K 载荷系数 ZCuSn10P1ZCuAl10Fe3HT200ZCuSn5Pb5Zn5vs 3重要传动vs 4m svs 2m s耐磨性好 抗胶合价格便宜经济 低速 H 蜗轮的许用接触应力 蜗轮 有色金属 铸锡青铜 铸铝铁青铜 灰铸铁等 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 当蜗轮材料铸锡青铜时 因其耐磨 减摩性较好 故主要失效形式为齿面点蚀 普通蜗杆传动的承载能力计算1 H 蜗轮的许用接触应力 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 当蜗轮材料铸铝铁青铜或铸铁时 其主要失效形式为齿面胶合 其许用应力直接在下表选取 因目前尚无完善的胶合强度计算公式 故采用接触强度计算是一种条件性计算 此时蜗轮的 H 将考虑相对滑动速度vs的影响 并不再与应力循环次数N有关 普通蜗杆传动的承载能力计算2 2 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂 要精确计算齿根弯曲应力是比较困难的 所以通常采用条件性计算 将蜗轮近似地视为斜齿轮 按斜齿轮弯曲强度计算 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 F 蜗轮的许用弯曲应力 YFa 蜗轮齿形系数 由蜗轮的当量齿数zv2 z2 cos3 和蜗轮的变位系数从教材图11 19中查得 Y 螺旋角影响系数 Y 1 140 普通蜗杆传动的承载能力计算2 四 蜗杆刚度计算 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 五 普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择 与齿轮传动类似 蜗杆传动的精度也分12级 1级精度最高 第12级精度最低 精度选择是以传动的用途 使用条件 传递功率 圆周速度等为依据来确定 第十一章蜗杆传动 11 1蜗杆传动概述 11 2蜗杆传动的类型 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 11 4普通蜗杆传动的承载能力计算 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 11 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡1 一 蜗杆传动的效率 h1 啮合摩擦损耗的效率 h2 轴承摩擦损耗的效率 h3 搅油损耗的效率 h1是对总效率影响最大的因素 可由下式确定 且Z1 设计之初 为了近似地求出蜗轮轴上的扭矩T2 效率可作如下估算 蜗杆头数 总效率0 700 800 900 95 式中 g 蜗杆的导程角 v 当量摩擦角 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 齿面间的相对滑动速度vS 作速度向量图 得 v1 cos 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2 二 蜗杆传动的润滑 若润滑不良 效率显著降低 早期胶合或磨损 润滑对蜗杆传动而言 至关重要 蜗杆传动所采用的润滑油 润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 润滑方式的选择 当v1 5 10m s时 采用油池浸油润滑 润滑油量的选择既要考虑充分的润滑 又不致产生过大的搅油损耗 当v1 5m s时 蜗杆置于上方 上置式 浸油深度约为蜗轮外径的1 3 当v1 4 5m s时 蜗杆置于下方 下置式 浸油深度应为蜗杆的一个齿高 给油方法包括 油池润滑 喷油润滑等 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 油池润滑 当vs 10 15m s时 采用压力喷油润滑 喷油嘴要对准蜗杆啮入端 而且要控制一定的油压 压力喷油润滑 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3 三 蜗杆传动的热平衡计算 由于传动效率较低 对于长期运转的蜗杆传动 会产生较大的热量 如果产生的热量不能及时散去 则系统的热平衡温度将过高 就会 使润滑条件恶化 增大摩擦损失 甚至发生胶合 单位时间内的发热量 单位时间内的散热量 d 箱体表面的散热系数 可取 d 8 15 17 45 W m2 S 箱体的可散热面积 m2 指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积 对于箱体上的散热片 其散热面积按50 计算 t0 润滑油的工作温度 ta 环境温度 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3 则箱体内的工作温度 可用于系统热平衡验算 一般to 70 80 可用于结构设计 所需散热面积 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 若to 80 怎么办 不能满足要求时 可采取冷却措施 1 S 加散热片 2 ad 加风扇 冷却水管 循环油冷却 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4 散热片 风扇 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 第十一章蜗杆传动 11 1蜗杆传动概述 11 2蜗杆传动的类型 11 3普通蜗杆传动的参数与尺寸 11 4普通蜗杆传动的承载能力计