第十一章 蜗杆传动.ppt

第十一章蜗杆传动 wormdrive 11 1蜗杆传动概述 outline 11 2蜗杆传动的类型 types 11 3普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸 parameteranddimension 11 4普通圆柱蜗杆传动的承载能力 carryingcapacity 计算 11 5普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 efficiencyheatbalanceandlubricate 11 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 structuredesign 蜗杆传动概述 蜗杆传动 wormdrive 是一种在空间交错轴间传递运动和动力的机构 蜗杆传动概述 outline 蜗杆传动的主要特点有 1 传动比大 一般为i 5 80 大的可达300以上 2 重合度大 传动平稳 噪声低 3 摩擦磨损问题突出 磨损是主要的失效形式 4 传动效率低 具有自锁性时 效率低于40 由于上述特点 蜗杆传动主要用于轴线空间交错90度的两轴间运动传递 而在动力传输中的应用受到限制 随着加工工艺技术的发展和新型蜗杆传动技术的不断出现 蜗杆传动已普遍应用于各类运动与动力传动装置中 蜗杆传动的类型 types 蜗杆传动的类型 普通圆柱蜗杆传动 阿基米德蜗杆 ZA 在车床上用直线刀刃的车刀车削加工 安装刀具时 切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线 端面齿廓为阿基米德螺旋线 轴向齿廓为直线 蜗杆传动的类型 普通圆柱蜗杆传动 法向直廓蜗杆 ZN 端面齿廓为延伸渐开线 法向齿廓为直线 直线刀刃车刀加工 安装时车刀对中齿槽中线法面或齿厚中线法面 蜗杆传动的类型 普通圆柱蜗杆传动 渐开线蜗杆 ZI 用两把直线刀刃的车刀在车床上加工 刀刃顶面应与基圆柱相切 分别高于和低于蜗杆轴线 端面齿廓为渐开线 相当于一个少齿数 大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮 蜗杆传动的类型 普通圆柱蜗杆传动 锥面包络蜗杆 ZK 铣床上加工 磨床上磨削 加工时 工件做螺旋运动 刀具做回转运动 端面齿廓近似于阿基米德螺旋线 法面及轴向齿廓均为曲线 圆弧圆柱蜗杆传动 Arccolumnwormdrive 蜗杆传动的类型 蜗杆用凸圆弧形刀具切制 蜗轮用范成法加工 齿廓形状不同于普通圆柱蜗杆 在中间平面内蜗杆齿廓为凹圆弧形 蜗轮齿廓为凸圆弧形 特点 效率高 90 以上 承载能力大 电梯 蜗杆传动的类型 环面圆柱蜗杆传动 Ringwormdrive 蜗杆体在轴向的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面 特点 承载能力大 传动效率高达0 85 0 9 但需较高的制造安装精度 在中间平面内 蜗杆和蜗轮都是直线齿廓 在这种传动中的啮合带内 蜗轮的节圆位于蜗杆的节弧面上 即蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮 蜗杆传动的类型 锥蜗杆传动 Taperwormdrive 蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋所形成 蜗轮相当于一个曲线齿的锥齿轮 滚齿机上加工 特点 同时接触的点多 重合度大 传动比范围大 承载能力及效率高 制造方便 但传动具有不对称性 普通蜗杆传动的参数与尺寸 parameteranddimension 一 参数选择中间平面内 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面 普通圆柱蜗杆传动相当于齿条与齿轮的啮合传动 1 模数 modulus m和压力角 pressangle a蜗杆与蜗轮啮合时 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ma1 mt2 maa1 at2 注 ZA的轴向压力角为标准值ZN ZI ZK的法向压力角为标准值蜗杆轴向压力角与法向压力角关系 普通蜗杆传动的参数与尺寸1 普通蜗杆传动的参数与尺寸 2 蜗杆的分度圆直径d1 为保证蜗杆传动的正确啮合 蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀加工而成的 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 直径d1与模数m的比值 q d1 m 称为蜗杆的直径系数 说明 一个m最多对应4个q 即最多4把刀 m一定时 q增大则d1变大 蜗杆的刚度和强度相应提高 因此在较小模数时常选较大q q小则效率高 在刚度允许的情况下q可小些 普通蜗杆传动的参数与尺寸 3 蜗杆的头数z1 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 4 传动 driveratio i i太小时 z1大z2小 z1加工困难 z2易根切 i太大时 z1小z2大 蜗杆长度大 刚度会下降 普通蜗杆传动的参数与尺寸 5 导程角g 在m和d1为标准值时 z1 g 正确啮合 mesh 时 蜗轮蜗杆螺旋线方向相同 且g1 b2 增大g 效率提高 提高蜗杆头数 但头数太多加工困难 降低d1 但d1太小杆太细 减小g 易自锁 要求自锁时可取单头 普通蜗杆传动的参数与尺寸2 普通蜗杆传动的参数与尺寸 6 蜗轮齿数z2 蜗轮齿数主要取决于传动比 即z2 iz1 z2不宜太小 如z2 26 否则将使传动平稳性变差 z2也不宜太大 否则在模数一定时 蜗轮直径将增大 从而使相啮合的蜗杆支承间距加大 降低蜗杆的弯曲刚度 7 中心距 二 蜗杆传动变位的特点 changelocalitycharacteristics 目的 配凑中心距 提高蜗杆传动的承载能力及传动效率 方法 与齿轮传动的变位方法相似 在切削时利用刀具相对于蜗轮毛坯的径向位移来实现 蜗杆相当于齿条 不变位 蜗轮变位 变位结果 蜗轮的分度圆与节圆仍重合 蜗杆节线不与分度线重合 普通蜗杆传动的承载能力计算1 普通蜗杆传动的承载能力计算 一 蜗杆传动的失效形式 lapsetypes 蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损 frictionabrasion 严重 蜗轮点蚀 磨损 系统过热 蜗杆刚度不足是主要的失效形式 二 蜗杆传动的设计准则 designrule 蜗杆的刚度计算 防止蜗杆刚度不足引起的失效 传动系统的热平衡 heatbalance 计算 防止过热引起的失效 开式 保证齿根弯曲强度 闭式 按齿面接触强度进行设计 按齿根弯曲强度进行校核 并做热平衡校核 普通蜗杆传动的承载能力计算 三 蜗杆传动的常用材料 commonmaterial 基本要求 具有足够的强度 良好的磨合和耐磨性能 为节约贵重金属 蜗轮采用组合结构 普通蜗杆传动的承载能力计算2 普通蜗杆传动的承载能力计算 四 蜗杆传动的受力分析 endureforceanalysis 蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同 轮齿在受到法向载荷Fn的情况下 可分解出径向载荷Fr 周向载荷Ft 轴向载荷Fa 蜗杆传动受力方向判断 在不计摩擦力时 有以下关系 普通蜗杆传动的承载能力计算 五 蜗杆传动强度计算 intensioncomputing 若蜗轮材料为灰铸铁或高强度青铜胶合为主要失效形式 采用接触强度计算是一种条件性计算 按滑动速度选取 若蜗轮材料为锡青铜蜗轮主要为接触疲劳失效 蜗轮齿面许用接触应力 contactstress 蜗轮许用弯曲应力 curlstress 普通蜗杆传动的承载能力计算 目的 避免产生过大的变形 保证轮齿正确啮合 危险截面 齿根圆 校核公式 参数说明 I为蜗杆危险截面的惯性矩 为蜗杆齿根圆直径 L 为蜗杆两端支承间的跨距 y 为许用挠度 六 蜗杆传动刚度计算 rigiditycomputing 普通蜗杆传动的承载能力计算 七 普通圆柱蜗杆传动的精度 precision 等级 1传动精度共分12等级 1级最高 2传动的公差分三个公差组 与齿轮相仿 3普通圆柱蜗杆传动的精度一般6 9级应用最多 6级主要用于中等精度机床分度机构 发动机调节系统的传动 武器读数装置 7级主要用于运输及一般工业中的中等速度的动力传动 8级用于短时工作的低速传动 普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 一 蜗杆传动的效率 driveefficiency h1 计及啮合摩擦损耗的效率 h2 计及轴承摩擦损耗的效率 h3 计及溅油损耗的效率 h1是对总效率影响最大的因素 可由下式确定 所以Z1 效率与蜗杆头数的大致关系为 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 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2 普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 二 蜗杆传动的润滑 lubricate 润滑的主要目的在于减摩与散热 具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近 润滑油 润滑油粘度及给油方式 润滑油量 润滑油的种类很多 需根据蜗杆 蜗轮配对材料和运转条件选用 根据相对滑动速度及载荷类型进行选择 给油方法 油池润滑 喷油润滑等 若采用喷油润滑 喷油嘴要对准蜗杆啮入端 而且要控制一定的油压 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 对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动 浸油深度应为蜗杆的一个齿高 当蜗杆上置时 浸油深度约为蜗轮外径的1 3 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3 普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 三 蜗杆传动的热平衡 heatbalance 根据单位时间内发热量等于同时间内散热量进行热平衡计算 系统因摩擦功耗产生的热量为 自然冷却从箱壁散去的热量为 在热平衡条件下可得 可用于系统热平衡验算 一般to 70 80 可用于结构设计 ad 箱体表面的散热系数 可取ad 8 15 17 45 W m2 S 箱体的可散热面积 m2 t0 润滑油的工作温度 ta 环境温度 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4 普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 四 蜗杆传动的散热措施 emitheatmeasure 当自然冷却的热平衡温度过高时 可采用以下措施 1 加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡5 普通蜗杆传动的效率 润滑与热平衡 2 加冷却管路或散热器冷却 cooling 传动箱内装循环冷却管路 传动箱外装循环冷却器 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 一 蜗杆的结构 wormstructure 蜗杆螺旋部分的直径不大 所以常和