涡轮蜗杆传动设计..ppt

WormDrive,概述,Function:appliedfortransmittingrotatingmotionanddynamicsbetweencrossingaxes,angleofaxesisarbitraryvalue.作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力,两交错轴间的夹角可为任意值，通常为90度。,Formation:ifthenumberofteethofsinglebevelgearisverysmall,andwhen1isverylarge,gearoncylinderbodyconstitutesmulti-circlefullspiral.形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。,Thederivedgeariscalled:worm.Meshingmemberiscalled:wormgear.所得齿轮称为:蜗杆。而啮合件称为:蜗轮。,Drawbacks缺点:,Merits优点:,1)Largedriveratio,compactstructure传动比大，结构紧凑,2)Stabledrive,lightnoise.工作平稳，无噪声,3)Canreveseself-lockinspecificcondition一定条件下反行程可自锁,Lowefficiency,relativeglidingspeedishigh,frictionandabrasionisheavy,gearringofwormismadefromthepreciousmaterial(suchasbronze),highcost.效率较低，相对滑动速度大，摩擦与磨损严重，蜗轮齿圈一般需用贵重的减摩材料（如青铜等）制造，成本高。,Materialandfailureformsofwormdrive,9.1蜗杆传动的材料和失效形式,一、蜗杆传动的失效形式和设计准则,1.蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断,相对滑动速度vs、发热,Maininvalidforms:glue,pittingandabrasion.Usuallyoccursontheteethofwormgear.主要失效形式:是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。,Designcriterionofwormdrives2.蜗杆传动的设计准则,Toavoidfailurecausedbyexcessiveabrasionoftoothface,weshouldmake:为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：,1)Bendingfatiguestrengthcalculationofwormsdedendum蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算,2)Contactfatiguestrengthcalculationofwormstoothface蜗轮的齿面接触疲劳强度计算,Toavoidfailurecausedbyrigiditydeficiencyofworm,weshouldmake:Rigiditycalculationofworm为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：蜗杆的刚度计算,Toavoidfailurecausedbyoverheat,weshouldmake为了防止过热引起的失效，就要进行：,Calorificbalancecalculationofdrivesystem传动系统的热平衡计算,Thereareabrasionofteethfaceandgearruptureinopeningwormdrives,soshouldguaranteebendingfatigueintensityofwormdrives.开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证轮齿弯曲疲劳强度进行计算。,Thereisglueorpittinginclosingwormdrives.So,usuallycalculateaccordingtocontactfatigueintensityofteethface,checkaccordingtobendingfatigueintensityofgear.Inaddition,calculatecalorificbalance闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行校核。另外，还应作热平衡计算。,vs,1、蜗轮指齿圈部分材料：减摩材料,铸铝铁青铜：vs6m/s，抗胶合能力差,铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合,HT、QT：vs2m/s,大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）,2、蜗杆,碳钢,合金钢,硬面蜗杆：首选淬火磨削,调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。,Commonmaterialsofwormdrives,二、蜗杆传动的材料,Peripheralforce圆周力:Ft,Axialforce轴向力:Fa,Radialforce径向力:Fr,9.2蜗杆传动的受力分析和强度计算,一、蜗杆传动的受力分析,Stressanalysisofcylindricalwormdrives,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。,Ft1=-Fa2=2T1/d1,Fr1=-Fr2=Ft2tan,Fa1=-Ft2=2T2/d2,Andtherearerelationasfollowing且有如下关系:,T2=T1i,Intheequation:T1,T2areindividuallytorqueonwormandwormgear.式中：T1、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,方向判定：,1）蜗轮转向,已知：n1、旋向n2,左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n2,2）各分力方向,Fr：指向各自轮心,蜗杆与n1反向,蜗轮与n2同向,蜗杆：左、右手定则,蜗轮：,3）旋向判定,例：,已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试确定：各轮转向、旋向及受力。,1.n4n3n2Ft2Fa1,2.Fa3Fa2Ft1n1,二.强度计算和刚度校核一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算,13,失效方式：,钢制蜗杆对锡青铜蜗轮：蜗轮疲劳点蚀；,钢制蜗杆对非锡青铜或铸铁蜗轮：蜗轮胶合；,强度条件(同齿轮，中间平面内)：,齿面接触强度校核公式,齿面接触强度设计公式,K表9.2ZE表9.3,Strengthcalculationandrigiditycalculationofcylindricalwormdrives,Checkformulaofcontactintensityoftoothface,许用应力：（1）蜗轮材料为锡青铜（）失效形式为点蚀，与应力循环次数N有关。基本许用接触应力表9.4接触强度寿命系数：（2）当蜗轮材料为铸铁或高强度青铜，失效形式为胶合（不属于疲劳失效），许用应力与应力循环次数N无关，与滑动速度有关。设计时先假设滑动速度。,二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,设计公式：,按斜齿轮计算方法：校核公式：,其中：YF2蜗轮齿形系数；Y螺旋角系数；,当量齿数，表9.6,蜗轮基本许用应力，表9.7,寿命系数,Bendingintensitycalculationofdedendum,三、蜗杆的刚度计算（不讲）刚度条件：,Efficiencyofwormdrives一、蜗杆传动的效率,Dissipationofpower:meshingdissipation,frictiondissipationofmechanicalbearing,oilmixingdissipation.功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。,Efficiency,GreasingandCalorificBalanceCalculationofWormDrives9.3蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,23bearingefficiencyandoilmixingefficiency分别为轴承效率和搅油效率,generallyselect一般取,23=0.950.96,theangleofleadofworm蜗杆导程角;,Among式中：,1joggleefficiency啮合效率,Totalefficiencyofwormdrives蜗杆传动的总效率,Headnumberofworm蜗杆头数Z1Totalefficiency总效率0.700.800.900.95,Approximaterelationbetweenefficiencyandheadnumberofworm:效率与蜗杆头数的大致关系为:,所以Z1,Excessivedifficultprocessofworm过大蜗杆加工困难,When28，incrementofefficiencyislittle.当28，效率增加很少。,z1=1=0.700.75,z1=4=0.870.92,Generally一般取:,v10m/s,itappliespressureoiljetlubrication.当vs10m/s时，采用压力喷油润滑。,When580或散热面积不足时，应采取散热措施：,普通蜗杆传动的参数与尺寸1,9.4圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,一、基本参数1、模数m和压力角a,中间平面：过蜗杆轴线作一垂直于蜗轮轴线的平面。在该平面内蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传动。,StructureDesignofCylindricalWormandWormgear,2、蜗杆的分度圆直径d1,由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，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=d1m)称为蜗杆的直径系数。,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、导程角g,在m和d1为标准值时，z1g,5、传动比i,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z226)，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。（Z1与Z2的荐用值表9.10）,7、几何尺寸,正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且g1b2,一般z22880,Structureofworm二、蜗杆的结构,oftenbemadeasawholebodywithshaftWormshaft通常与轴制成一体蜗杆轴,1)Noescapestructure:machininghelixonlymill.无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,2)Escapestructure:weapplymilledandsweepmethodwhenprocessingthescrewpart有退刀槽：加工螺旋部分时可以车制,也可铣制。但该结构的刚度较前一种差。,z1=1or2:b1(11+0.06z2)m,z1=4时:b1(12.5+0.09z2)m,Determinationofwormslength蜗杆长度b1的确定,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2,为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或铸钢。常用蜗轮的结构形式如下：,Commonstructure三、蜗轮的常用结构,Commonstructure蜗轮的常用结构,Integraltype整体式,Gearringtype齿圈式,Scr