第十二章蜗杆传动.ppt

蜗轮 大齿轮 斜齿轮 d2较大 b2小 轮齿 2小 倾斜小 轮齿在圆柱面很短 一 蜗杆 螺杆 按形状分 圆柱蜗杆和圆弧面蜗杆 按形成方式分 阿基米德螺柱蜗杆 ZA 常用 如同加工螺纹 方便 两侧边夹角2 400 轴线的端平面与螺旋面的交线 阿基米德螺线 渐开线齿轮 ZI 齿数z1 蜗杆头数 常用z1 1 2 4 蜗杆螺线方向 右旋 常用 左旋 用左 右手判别 中圆柱 过齿形中线的圆柱 d1 螺旋角 1 中圆柱上螺线的切线与蜗杆轴线的夹角 导程角 升角 中圆柱上螺线的切线与蜗杆端平面的夹角 1 900 2 1 右旋 二 蜗轮滚刀只沿蜗轮的径向进刀 使蜗轮轮齿沿齿宽方向呈圆弧形包住蜗杆 中间平面 主平面 包含蜗杆轴线並 蜗轮轴线的平面 主平面上的齿形 蜗杆 直线的齿条 蜗轮 渐开线齿形 轮齿方向 蜗轮齿向与蜗杆螺旋面方向应相同 同为右旋或左旋 2 2 1 900 斜齿轮一为右旋 一为左旋 12 2蜗杆和蜗轮的啮合一 传动方式中间平面内 蜗杆齿形 齿条蜗轮 渐开线传动方式 如同齿条与齿轮二 正确啮合条件中间平面通过蜗杆轴平面 轴面 参数a 轮端 端面 t ma1 mt2 a1 t2 同为右旋或左旋 三 传动比i 蜗轮的转向及齿面间滑动 i12 1 2 n1 n2 z2 z1 1 900 2 900 1 已知 n1方向 求 n2转向 蜗轮的转向 图12 6 速度矢量法 v1 v2 vs求 v2 n2 C v2 ve vs vr v1 va qianan qianan qianan v1 v2 vs 求 v2 n2 蜗轮转向的简便判断法则 以右手 左手 代表右旋 左旋 蜗杆 四指代表蜗杆方向 蜗轮转向与大姆指所指的方向相反 C v2 ve vs vr v1 va 12 3蜗杆传动的基本参数和基本尺寸计算一 蜗杆传动的基本参数 m z1 z2 ha c q 模数m和压力角 规定 中间平面内m和 为标准值 中间平面内 蜗杆 轴平面 参数a 轮 端 t 标准参数 m ma1 mt2 表12 1 a1 t2 200 齿顶高系数ha 1 顶隙系数c 0 2 蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 通常z1 1 2 4 式12 10 z1 1时 tg tg z1少 小 低 发热多 30 60 自锁 z1 2 4 z1多 大 高 传递功率较大 z2 iz1 一般取z2 32 63为宜 z2过少 根切 不平稳 z2 26 z2过多 蜗轮尺寸大 蜗杆长 刚度差 z2 80 z1 z2推荐见表12 2 i大 z1 紧凑 蜗杆的导程角 蜗杆升角 Px m 轴向齿距 Px Pa Pz 导程 tg Pz d1 z1Px d1 z1m d1 z1 q d1 mq 蜗杆的中圆直径d1和蜗杆直径系数q蜗轮 齿形呈圆弧形包住蜗杆 与蜗杆紧密配合 2 Pz d1和q 1 蜗轮一般用尺寸 形状与蜗杆相同的滚刀来加工 一把刀 2 d1是代表尺寸 tg z1m d1 d1 z1m tg d1尺寸很多 滚刀数目很多 很不经济 3 为减少蜗轮滚刀数目 规定每一个m 只允许有1 2个d1 4 m d1 q d1 m z1 tg 5 q的意义 q使刀具标准化 刀具数目 是基本参数 讨论 q是重要参数 m一定 q d1 蜗杆刚度 但尺寸 z1 q 加工方便 作用 反映蜗杆传动的尺寸 形状和工作能力 二 几何尺寸计算tg z1Px d1 z1m d1 z1 q m Px d1 mq d1 z1m d2 mz2标准中心距a 式12 4 P Px Pa1 Pt2 m ha 1 c 0 2 ha hf h da df计算参照直齿轮公式 12 4蜗杆蜗轮机构的优缺点及应用一 优点 传动比大而结构紧凑i12 z2 z1 z1 1 10 z2 可以多 i大 用作动力传动i12 10 80 主要用来传递运动可达1000 线接触 承载能力较强 具有螺旋传动特点 传动较平稳 z1 1时 可得到精确微小的角位移 时 反行程自锁 二 缺点 齿间滑动较大 齿面容易磨损和发热 一般P 50马力 P 滑动 磨损 发热 机械效率 较低 一般 0 7 0 9 要求反行程自锁时 0 5 要求有良好的润滑和散热条件 对材料较高 成本较高 三 应用 空间交错900的中 小功率传动 大i的减速装置 分度机构 传动精度较高 起动装置 12 5蜗杆传动的受力分析及失效形式一 蜗杆传动的受力分析蜗轮在中间平面内 2 的斜齿轮 Fn分为三力 Ft Fr Fa 蜗杆上也有三个相应的分力 tg Fr1 Fa1 Fr2 Ft2Ft1 Fa2 2T1 d1Fa1 Ft2 2T2 d2 蜗杆主动 蜗轮从动 Ft1 Fa2 2T1 d1 Ft1方向n1与转向反 Fa1 Ft2 2T2 d2 Ft2方向n2与转向同 Fr1 Fr2 Fa1tg Ft2tg 其方向由啮合点分别指向轮心 Fa1可按左 右手法则定 四指沿转向 大姆指为Fa1的方向 四指沿转向 大姆指为Fa1方向 Ft2 n2 Fncos ncos Fa1 Ft2 cos n cos T2 T1i t2 200 蜗轮标准压力角 二 蜗杆传动的失效形式主要失效形式 点蚀 折断 胶合及磨损等 由于齿面滑动大 发热比较严重 破坏润滑 更容易出现点蚀 胶合和磨损 因为相对滑动速度大 效率低 发热量大 三 强度计算准则通常蜗杆的材料是钢 而蜗轮为铜或铸铁 轮齿较软 因点蚀 胶合而失效 一般只计算蜗轮齿的强度 闭式传动 散热差 易胶合 开式传动或润滑不良的闭式传动 磨损突出 一般只计算蜗轮齿的强度 闭式传动 散热差 易胶合 开式传动或润滑不良的闭式传动 磨损突出 闭式传动 仍计算蜗轮的齿面接触强度和轮齿弯曲强度 H 表12 5 又 闭式传动发热大 如散热不好 破坏润滑 磨损加剧或胶合破坏 还进行热平衡及算 开式传动 仍计算蜗轮齿的弯曲强度 12 6蜗杆传动时的材料和结构一 蜗杆和蜗轮的结构蜗杆 一般与轴制成整体 蜗轮 制成整体或组合式 组合式用于尺寸较大的蜗轮 常用青铜齿圈 套装铸铁轮芯 二 蜗杆传动的材料 选择材料组合时 要求具有良好的减磨性 耐磨性 抗胶合能力及一定的强度 二 蜗杆传动的材料比较理想 钢 合金钢 青铜 蜗杆 受力次数频繁 先磨损 用优质钢 碳素钢 或合金钢 蜗轮 低速轻载 v 2m s 球墨铸铁或铸铁 低速重载 v 6m s 齿圈用铸铁 铝青铜 高速重要传动 齿圈可用铸锡青铜 铸锡磷铜 减磨 耐磨性都好 也用尼龙制造的 抗拉强度高 冲击韧性好等 但发热 变形大 不耐酸碱 12 7蜗杆传动的强度计算一般只计算蜗轮齿的强度 一 齿面接触强度计算 200 蜗杆为钢 蜗轮齿圈为铜或铸铁 验算公式 设计公式 d1 qmK 载荷系数 K 蜗轮软 跑合好 载合集中小 传动平稳 大 线比压Fn b小 K值 1 1 1 3 较小 12 8 12 9 K值 1 1 1 3 较小 按工作条件 载荷平稳 取1 1 2 载荷变化较大 取1 1 1 3 蜗轮v2小 取小值 v2大 取大值 H 表12 4 表12 5 求得m2d1值 由表12 1查取其标准值 m d1 二 轮齿弯曲强度计算适用 开式传动 受强烈冲击的闭式传动 蜗轮采用无锡青铜或铸铁等脆性材料 或z2 90 100时 必须计算蜗轮齿弯曲强度 可近似采用斜齿轮弯曲强度公式 代入蜗杆传动的有关参数 二 轮齿弯曲强度计算适用 开式传动 受强烈冲击的闭式传动 蜗轮采用无锡青铜或铸铁等脆性材料 或z2 90 100时 必须计算蜗轮齿弯曲强度 可近似采用斜齿轮弯曲强度公式 代入蜗杆传动的有关参数 第五版 见P198 验算公式 式 12 11 设计公式 式 12 12 12 8蜗杆传动的 润滑和热平衡计算一 蜗杆传动的效率 闭式 总效率 1 2 3 轮齿的啮合效率 1 由于轮齿的相对滚动 滑动引起 可按螺旋传动 tg 1f 表12 7查 vs愈高 油膜易形成 f 蜗杆升角 令d 1 d 0 得 450 2时 1max 实用 26 50 时 自锁 但 1很低 50 轴承的效率 2 滚动轴承0 99 滑动轴承0 98 0 99 油阻损耗消率 3 3 0 99 蜗杆主动时 近似计算时 可按P201 表12 8 估算 二 蜗杆传动的润滑 润滑方法P201 三 蜗杆传动的热平衡计算对连续工作的闭式传动要进行 热平衡条件 产生的热量 散发的热量 开式传动 热平衡条件 产生的热量 散发的热量1000P1 1 tA t W P1 1 损耗功 热 t 达热平衡时的润滑油温度 0c 应小于75 900c t0 空气温度 t 温差允许值 一般为60 700c 例 已知 P1 t t 定A 计算时 可先估计散热面积A m2 t与 t 比较 应 t t 並使油温t t0 t 900c t0 空气温度 如 t t 可采用冷却措施 P202 也可 或 A 1000P1 1 t t 预先定稳差 t 散热面积A 如A不够 可采用冷却措施 P192 例12 2设计单级圆柱蜗杆减速器中的蜗杆传动 知 P1 5 5KW n1 960r min i 21 载荷平稳 单向回转 P198 变 按书讲说明 1 根据n1 960r min初步估计 vs 5m s 蜗轮用10 3铝青铜 由表12 5 插入法 当vs1 4m s时 H1 160MPa vs2 6m s时 H2 120MPa 当vs1 5m s时 2 由i 21 查表12 2 选取z1 2 则z2 iz1 21 2 42 P2 KW 3 KT2 T2 9 55 106P2 n2 n2 r min P2 P1 P2 P1 n2 n1 i 45 7r min 4 表12 1 z1 2 m2d1 9000 8171时 m 10mm d1 90mm q 9 5 6 7 计算vs v1 1d1 2 1 n