机械设计第八章蜗杆传动

第八章蜗杆传动,8-1蜗杆传动的特点及类型,用于传递交错轴之间的运动和动力交错角常为90,蜗杆为主动件,蜗杆可认为是只有一个齿的齿轮，但这个齿很长，被螺旋状地缠绕在一个圆柱上。,圆弧面蜗杆,锥蜗杆,蜗杆传动的特点和应用,一、特点,传动比可以很大（i=880，若只传递运动，可达1000）,结构紧凑,传动平稳，噪声较小（同时啮合的齿数多）,可使其具有自锁性（要求螺线升角当量摩擦角）,优点,传动效率较低（一般为0.70.8，因发热大，若有自锁性，则40或要求自锁时，取Z1=1。,蜗杆头数Z1一般取为1、2、4。,3、蜗杆分度圆直径d1及直径系数q,为此，制订了蜗杆分度圆直径的标准系列,规定：,q蜗杆直径系数，已标准化。,4、导程角（又称螺旋线升角）,5、中心距a,q越小越大传动效率越高,的值常为3.527。,蜗杆分度圆上的导程角应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角，且旋向也须相同。,二、几何尺寸及计算,下表中列出的只是一部分，详细尺寸计算公式见相关书籍和手册！,8-3蜗杆传动的失效形式与强度计算,一、失效形式,故：失效常发生于蜗轮轮齿上。,主要失效形式有,胶合,点蚀,磨损,二、计算准则,对开式蜗杆传动载荷变化较大，或Z290时，常只按齿根弯曲疲劳强度设计。,蜗杆传动摩擦严重，发热大，效率低，对闭式蜗杆传动还需作热平衡计算，以免发生胶合。,三、受力分析,蜗杆传动的受力分析与斜齿轮相似（常不考虑摩擦力的影响)。,圆周力Ft,径向力Fr,轴向力Fa,蜗杆轴向力Fa1方向的确定：,左旋蜗杆左手法则,右旋蜗杆右手法则,四指方向为旋向，大拇指指向为轴向力方向。,Fa1的方向决定了蜗轮旋向。,蜗杆圆周力Ft1的方向与转向相反。,蜗杆径向力Fr的方向总指向轴心。,图11-2蜗轮旋转方向的判定,下列各蜗杆传动均以蜗杆为主动件，请标出蜗轮（或蜗杆）的转向，蜗轮轮齿的旋向及蜗杆、蜗轮受力方向。,四、齿面接触疲劳强度计算,与斜齿轮相似,设计公式为：,五、齿根弯曲疲劳强度计算,蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度高于斜齿轮的弯曲疲劳强度。,只在少数情况下如强烈冲击、蜗轮为脆性材料或开式传动时，才计算蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度。,蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力，大都超过了齿面点蚀和热平衡计算时所限定的承载能力。,一、刚度计算,8-4蜗杆刚度计算及热平衡计算,以齿根圆直径为基础，刚度条件为：,二、热平衡计算,闭式蜗杆传动须进行热平衡计算！,设蜗杆输入功率为P（KW），效率为,则：单位时间内产生的热流量为：,1=1000P(1-),自然冷却时经箱体壁散逸到空气中的热流量为：,2=dS(t0-ta),空气的温度（常温为20）,油温（6070，不超过80）,散热面积（内可被油飞溅，外可为空气冷却）,散热系数（常取817W/m2）,箱体上散热片的散热面积按50%计。,按热平衡条件，应有：,1=2,即：,1000P(1-)=dS(t0-ta),故最终推得：,若超过此值，可采取如下措施：,设置散热片（外面）,蜗杆轴端加风扇,在箱体油池内装蛇形冷却水管,用循环油,一、材料,8-5蜗杆传动的材料和结构,1、要求,高速重载采用20Cr、20CrMnTi（渗碳处理至5662HRC）或40Cr、45（表面淬火到4555HRC）,一般蜗杆45、40等（调质处理至200250HBS）,低速或人力传动可不热处理，甚至可用铸铁。,所以：常用青铜作蜗轮的齿圈，与淬硬磨削的钢制蜗杆相配。,2、蜗杆材料,有足够的强度,良好的减摩耐磨性,良好的抗胶合能力,常为碳钢或合金钢,均应磨削,3、蜗轮材料,重要的高速蜗杆传动中常用10-1锡青铜（ZCuSn10P1）,V12m/s时可用含Sn低的5-5-5锡青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）,V6m/s时可用价廉的10-3铝青铜（ZCuAl10Fe3）或ZCuAl9Fe4Ni4Mn2。,V2m/s时可用球墨铸铁或灰铸铁。,有时还用尼龙做！,二、结构,1、蜗杆结构,因直径小，常与轴制成整体，称为蜗杆轴。,无退刀槽，齿部只能用铣削的方法。,有退刀槽，齿部可车可铣，但该结构刚性稍差。,2、蜗轮结构,整体式直径较小时用。,齿圈式可节省贵重材料，用于尺寸不大，温度变化小的场