机械设计课件PPT4-蜗杆传动设计N.ppt

平行轴圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮 齿轮传动的类型 交错轴的螺旋齿轮传动 交错轴螺旋齿轮传动 蜗杆传动 第四章蜗杆传动设计 内容蜗杆传动的类型及其特点普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸蜗杆传动的失效形式和设计准则材料及许用应力普通圆柱蜗杆传动的受力分析 强度条件蜗杆传动的效率和热平衡计算 1 类型 一 蜗杆传动的类型及其特点 a 圆柱蜗杆传动b 环面蜗杆传动c 锥蜗杆传动 阿基米德蜗杆 ZA蜗杆 渐开线蜗杆 ZI蜗杆 法向直廓蜗杆 ZN蜗杆 锥面包络蜗杆 ZK蜗杆 1 普通圆柱蜗杆传动 多用直母线刀刃加工 ZK蜗杆除外 阿基米德蜗杆 ZA蜗杆 车刀切削平面通过蜗杆轴线轴向剖面为直线齿廓导程角大时加工不易 3双刀加工精度低 中小载荷 使用逐渐减少 法向直廓蜗杆 ZN蜗杆 端面齿廓为延伸渐开线法面齿廓为直线加工简单 可用铣 磨削用于多头精密蜗杆传动 渐开线蜗杆 ZI蜗杆 相当于少齿数 大螺旋角斜齿轮效率高传递功率较大端面齿廓为渐开线可磨削用于头数较多 较精密传动 锥面包络蜗杆 ZK蜗杆 端面齿廓近似为阿基米德螺旋线蜗杆加工容易 且可磨削承载能力 效率较高传动比范围大 一般10 360国家标准推荐使用 2 圆弧圆柱蜗杆传动 圆弧车刀刀刃平面通过蜗杆轴线中间平面上蜗杆齿廓凹弧形 蜗轮齿廓凸弧形承载能力较普通型高50 150 传动效率达90 目前正推广 2 特点 从运动关系看 蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动传动比大i 10 80 传动平稳有自锁性 蜗杆升角 当量摩擦角 相对滑动速度大 传动效率低 摩擦发热大 散热要求高蜗轮成本高 1 中间平面内蜗杆啮合特点 在中间平面内 相当于斜齿条与斜齿轮的啮合 1 正确啮合条件 2 蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同 参数 几何尺寸计算 通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面 二 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 阿基米德蜗杆为例 2 主要参数 加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀 要减少滚刀数目 便于刀具标准化 交错角为900的螺旋齿轮传动 大小相等 方向相同 3 蜗杆分度圆直径 直径系数 2 蜗杆分度圆柱导程角 的蜗杆具有自锁性 4 传动比i 加工困难 1实现大传动比或要求自锁 传动比 蜗杆头数 2 4要求效率 避免根切 避免蜗杆过长引起刚度不足 蜗轮齿数 一般取 5 相对滑动速度 蜗轮变 蜗杆保持不变 蜗轮变位计算与齿轮相同 配凑中心距符合标准值 6 变位系数 未变位 变位后 凑传动比符合推荐值 中心距保持不变 蜗轮齿数 蜗轮轮齿顶变尖 蜗轮根切 变位系数 未变位 变位后 由 得变位系数 普通蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 3 几何尺寸 基本尺寸与齿轮传动类似 1 蜗轮3个圆 2 蜗轮轮缘宽度B 3 蜗杆螺纹长度b1 闭式传动 开式传动 轮齿齿面点蚀和胶合 控制点蚀和胶合 控制折断 Z2 80 齿面接触强度条件 轮齿弯曲强度条件 控制温升 热平衡计算 轮齿折断 控制折断 轮齿弯曲强度条件 注 蜗杆主要是控制轴的变形 三 蜗杆传动的失效形式和设计准则 1 材料及热处理 蜗杆蜗轮材料组合 碳素钢 45 合金钢 40Cr 20Cr 20CrMnTi 热处理 调质 减摩耐磨抗胶合 蜗杆 材料 45调质 硬度 350HBS 淬火 40Cr表面淬火 45 55HRC 20Cr渗碳淬火 58 63HRC 蜗轮 容易产生胶合 灰铸铁 铝铁青铜 铸锡磷青铜 价廉 价昂 抗胶合差 强 四 材料及许用应力 2 许用应力 1 许用接触应力 传动的承载能力取决于蜗轮的接触强度 寿命系数 应力循环次数 传动的承载能力取决于蜗轮的抗胶合能力 2 许用弯曲应力 寿命系数 应力循环次数 1 受力分析 1 力的分解 以蜗杆为对象 法面内 切面内 径向力 圆周力 轴向力 2 力的关系 五 普通圆柱蜗杆传动的强度条件 3 力的方向 圆周力 径向力 同直齿轮 轴向力 左旋蜗杆用左手法则 右旋蜗杆用右手法则 同斜齿轮 4 力的大小 蜗杆轴向力与蜗轮转向 利用赫兹公式 考虑蜗杆传动特点 2 齿面接触疲劳强度条件 校核式 设计式 借用斜齿轮弯曲强度公式 考虑蜗杆传动特点 注 3 弯曲疲劳强度条件 校核式 设计式 2 蜗轮 1 蜗杆传动的效率 1 效率 搅油损耗效率 轴承摩檫损耗效率 轮齿啮合檫损耗效率 2 提高效率的途径 蜗杆制造困难 效率 一般 采用减摩性好的材料 如青铜 蜗杆放在高速级 滚动蜗杆传动 六 蜗杆传动的效率和热平衡计算 2 热平衡计算 发热 散热 计算式 环境温度 一般取200 工作温度 许用工作温度 一般取600 700 散热面积 散热系数 冷却措施 增加散热面积 增大箱体 加散热片 提高散热系数 冷却油温 的估值 散热措施 润滑方式及浸油深度 结构形式 试确定 1 各轴的回转方向 画在图上 2 考虑中间轴上所受轴向力能抵消一部分 定出蜗轮 蜗杆的螺旋线方向 画在图上 3 画出蜗轮 蜗杆的轴向分力方向 1 材料 热处理 蜗杆材料及热处理40Cr表面淬火后磨削 蜗轮应力循环次数 蜗轮材料ZCuSn10P1ZCuSn5Pb5Zn5砂模铸造砂模铸造 2 确定有关参数 3 接触强度设计 小结 蜗杆的分度圆直径与模数的关系 引入直径系数的目的要保证正确啮合 蜗杆的导程角和蜗轮的螺旋角的关系影响蜗杆传动效率的主要参数蜗杆传动的主要失效形式为了减摩抗胶合 如何选择蜗杆和蜗轮的材料蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动热平衡计算的目的 各力关系 各力方向 Ft Fr同斜齿轮 Fa 用主动轮左右手定则判断 一般蜗杆主动 各力应画在受力点上 已知 蜗轮右旋 顺时针旋转