华中科技大学机械设计4蜗杆.ppt

传递动力时 传动比i 8 80 用于空间交错轴间的传动 通常 90 第四章蜗杆传动设计 蜗杆传动的特点 结构紧凑 工作平稳 噪声小 传动比大 但效率低 制造成本较高 4 1蜗杆传动的特点及类型 普通圆柱蜗杆传动 阿基米德蜗杆传动 ZA 渐开线蜗杆传动 ZI 法向直廓蜗杆传动 ZN 第四章蜗杆传动 主要参数 按蜗杆形状分 圆柱蜗杆传动 蜗杆传动的类型 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 第四章蜗杆传动 主要参数 蜗杆传动类型的选择 1 载荷较小 精度较低 要求自锁 低速 不重要的场合 可选阿基米德蜗杆传动 2 载荷大 精度高 速度高的重要场合 可选圆弧圆柱蜗杆传动 3 精度较高 速度较大 蜗杆头数较多 加工工艺简单 可选渐开线 法向直廓蜗杆 4 要求传动效率高 蜗杆不磨削的大功率传动 可选环面蜗杆传动 本章主要讨论阿基米德蜗杆传动的设计 4 2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 一 主要参数 模数m和压力角 中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面 蜗轮加工 滚刀滚制 滚刀几何参数同相配蜗杆 在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合 正确啮合条件 在中间平面内 mx1 mt2 m x1 t2 20 蜗杆轴面模数 蜗轮端面模数 标准模数 蜗杆轴面压力角 蜗轮端面压力角 第四章蜗杆传动 主要参数 对于蜗杆 中间平面是轴面对于蜗轮 中间平面是端面 蜗杆导程角 与蜗轮螺旋角 之关系 90 时 且旋向相同 蜗杆分度圆直径d1及直径系数q d1 标准系列值 限制蜗轮滚刀数量 便于刀具标准化 蜗杆直径系数 q d1 m d1 mq q与导程角 之关系 第四章蜗杆传动 主要参数 蜗杆导程pz 蜗杆头数 轴向齿距px1 m 而d2 mz2 根据i查表4 9 d2 d1 mz2 mq z2 q z1 1 6 蜗杆头数z1 蜗轮齿数z2及传动比i i n1 n2 z2 z1 d2 d1 d2 d1 z1少 则 小 效率低 重载时取z1 1要求自锁z1 1 z1过多 则 大 制造困难 z2 iz1 28 80 常取z2 32 63 第四章蜗杆传动 主要参数 齿面间相对滑动速度vs 由此可见 vs v1 v2 所以蜗杆传动摩擦损失大 效率低 第四章蜗杆传动 主要参数 二 蜗杆传动的变位 目的 凑中心距或凑传动比 特点 只对蜗轮进行变位 而蜗杆不变位 蜗轮的分度圆仍与节圆重合 即d2 d2 mz2 变位后 若只改变中心距 凑中心距 蜗杆的分度圆与节圆分离 即d1 d1 例 蜗轮变位系数 变位后的中心距 变位前的中心距 若只改变蜗轮齿数 凑传动比 中心距不变 变位前的齿数 变位后的齿数 例 第四章蜗杆传动 变位 x2可取 1 1 故z2最多只能改变两个齿 或 mz2 三 几何尺寸计算 中心距a d1 d2 2 x2m m q z2 2 x2m 其他尺寸计算见表4 3和4 4 普通圆柱蜗杆传动与齿轮传动的区别 传动比i 齿轮传动 蜗杆传动 i d2 d1 i d2 d1 m 法面为标准值 中间平面为标准值 1 2 旋向相同 d1 d1 mnz1 cos d1 mq 且为标准值 第四章蜗杆传动 几何尺寸计算 4 3蜗杆传动的失效形式 材料及结构 第四章蜗杆传动 材料及结构 一 失效形式及设计准则 齿面点蚀 蜗轮材料为铸锡青铜时 此种材料强度稍低 齿面胶合 蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时 齿面磨损 开式传动或润滑不良 轮齿折断 蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷 由于蜗轮材料强度低 失效通常发生在蜗轮轮齿上 对于大多数闭式蜗杆传动 其承载能力主要取决于接触强度 设计准则 闭式蜗杆传动 按齿面接触疲劳强度设计 并进行热平衡计算 z2 80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度 材料要求 减摩性好 耐摩 抗胶合 足够的强度 碳钢 45钢调质或淬火 蜗杆 合金钢 20Cr 20CrMnTi 40Cr 铸锡青铜ZCuSn10P1 适合高速 蜗轮 铸铝青铜ZCuAl9Fe3 中速重载 灰铸铁HT200 低速轻载 减摩性好 蜗杆结构 蜗轮结构 第四章蜗杆传动 材料及结构 表面淬火 二 蜗杆 蜗轮的材料及结构 第四章蜗杆传动 材料及结构 三 许用应力 1 许用接触应力 HP 主要失效形式是点蚀 蜗轮为铸锡青铜时 寿命系数 应力循环次数 主要失效形式是胶合 蜗轮为铝青铜或铸铁时 应保证蜗轮的抗胶合能力 承载能力取决于蜗轮的接触强度 基本许用应力 第四章蜗杆传动 材料及结构 2 许用弯曲应力 FP 寿命系数 若N 25 107 则取N 25 107 齿根弯曲应力视为脉动循环 齿根弯曲应力视为对称循环 蜗轮的转动方向与蜗杆的轴向力方向相反 各力关系 各力方向 一 受力分析 Ft Fr同斜齿轮 Fa 用主动轮左 右手定则判断 通常 蜗杆是主动轮 各力大小 第四章蜗杆传动 受力分析 例1 4 4蜗杆传动的强度计算 例2 1 强度计算主要针对蜗轮轮齿 材料原因 2 中间平面内相当于齿条与齿轮啮合 蜗轮类似于斜齿轮 计算载荷 则 T2 iT1 KT2 iKT1 K 1 0 1 3 载荷平稳 vs 3m s时取小值 二 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 特点 因此 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似 其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导 第四章蜗杆传动 受力分析 蜗杆传动的效率 P1 蜗杆功率P2 蜗轮功率 蜗轮齿面接触疲劳强度条件 设计式 说明 第四章蜗杆传动 接触强度计算 ZE 弹性系数 青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆ZE 160 为保证安全 表中查得的值应大于计算值 如 计算值m2d1 4350 则查得m2d1 5120 相应的m 8 d1 80 三 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算 第四章蜗杆传动 弯曲强度计算 借用斜齿轮弯曲强度公式 考虑蜗杆传动特点 校核式 设计式 齿形系数 螺旋角系数 注 2 螺旋角系数 3 蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多 所以只是在受强烈冲击 z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义 一般情况下 不用计算蜗轮的弯曲疲劳强度 4 5蜗杆传动的效率 润滑和热平衡计算 一 效率 1 2 3 与齿轮传动相同 啮合效率类似于螺旋副 2 3 0 95 0 97 故 当量摩擦系数 第四章蜗杆传动 效率计算 提高效率的途径 蜗杆制造困难 故 采用减摩性好的材料 如青铜 保证良好的润滑状态 vs较大时啮合齿面间易于形成油膜 自锁条件 当量摩擦角 表4 8 设计之初 未知 z1 1时 0 7 0 75 z1 2时 0 75 0 82 z1 3时 0 82 0 87 自锁蜗杆 0 5 第四章蜗杆传动 效率计算 z1 4时 0 87 0 92 故设计时 可按z1估选 而T2 iT1 二 润滑 一般情况下 采用浸油润滑 vs很大时 采用喷油润滑 v1小时 蜗杆下置 v1 4m s时蜗杆上置 有利于润滑 避免过大的搅油损失 蜗杆下置 蜗杆上置 三 蜗杆传动的热平衡计算 对象 连续工作的闭式蜗杆传动 t1 热平衡时的油温 目的 控制油温 防止胶合失效 应使t1 许用油温 第四章蜗杆传动 润滑 通风不好Kt 8 7 10 5 H1 P1 P2 单位时间内的发热量 单位时间内的散热量 H2 KtA t1 t0 KtA tW Kt 散热系数 W m2 自然方式冷却时 A 箱体散热面积 箱体暴露在空气中的部分 近似计算 蜗杆传动中心距 t0 环境温度 常取t0 20 t 温升 第四章蜗杆传动 热平衡计算 P1 P1 kW 1000P1 1 W 通风良好Kt 14 17 5 热平衡时 单位时间内 发热量 散热量 热平衡时 1000P1 1 KtA t1 t0 则热平衡计算式 若t1 tp 则采取措施提高散热能力 在箱壳外表面加铸散热片 蜗杆轴端装风扇加速空气流通 同时沿气流方向配置散热片 箱体油池内放置蛇形冷却水管 喷油润滑循环冷却 自然通风时竖直布置 第四章蜗杆传动 热平衡计算 增加散热面积A 按50 计算 增大散热系数Kt 20 28 许用油温 第四章蜗杆传动 小结 本章小结 蜗杆传动的主要参数及其选择 主要讨论普通圆柱蜗杆传动 与斜齿圆柱齿轮传动的区别和联系 蜗杆分度圆直径为标准值 蜗杆 蜗轮螺旋角旋向相同但大小不等 蜗杆头数与传动效率的关系 变位的目的 材料 失效形式 为减小摩擦磨损 钢蜗杆与青铜蜗轮配对 失效主要发生在蜗轮上 受力分析 各分力的对