吴宝贵课件机械基础版第12章蜗杆传动p46wbg

1、第12章蜗杆传动1第12章蜗杆传动12.112.212.312.412.5概述圆柱蜗杆传动的主要参数和几何计算蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算重点：1.蜗杆传动的主要参数；2.蜗杆传动的受力分析；3.蜗杆传动的热平衡计算。作业：(12.112.3)、12.52左旋蜗杆1蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用来传递空间交错轴之间的和动力.2蜗轮左旋=90。，蜗杆传动蜗杆为主动件，蜗轮为从动件，作传动。31. 蜗杆传动及其特点12.1概述（1）垂直交错斜齿轮演化交错轴间的传动蜗杆传动形成旋向相同点接触4(2) 对偶法成形蜗杆车削蜗轮对偶法蜗轮滚刀（

2、工作蜗杆）5线接触(3) 蜗杆传动的主要特点：6取决于蜗杆1）圆柱蜗杆传动蜗杆(ZA) 渐开线蜗杆(ZI)法向蜗杆(ZN)锥面包络蜗杆(ZK)2） 环面蜗杆传动3） 锥蜗杆传动72. 蜗杆传动的类型:环面蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动89bg轮齿方向与端面的夹角导螺旋角 b轮齿方向与轴线的夹角1.外形: 蜗杆短螺杆 （左旋&右旋） 蜗轮特殊的斜齿轮g螺母的一部分2.具有螺旋传动的特点:pa1= z1pm = z1mtang = z1 pa1展开:pd1pd1d1自锁条件: g r(当量摩擦角)h =tang效率计算:tan(g + r¢)103. 蜗杆的形成3.具有齿轮传动的

3、特点受力分析相同传动比计算类同： z2z121象齿条与斜齿轮啮合强度计算仿斜齿轮4.蜗轮齿宽方向呈凹弧型蜗轮部分包容蜗杆将点接触线接触sH承载力减少磨损, 胶合的几率国标规定12个精度等级， 1级精度等级最高， 12级最低。对于的动力传动，常按照79级精度（表12-1）114. 蜗杆传动精度等级轴交角90°轴线垂直以中间平面 参数为准过蜗杆轴线并垂直于 蜗轮轴线的平面蜗杆轴面(a)蜗轮端面(t)圆柱蜗杆在中间平面(轴面)内的基本齿廓和渐开线圆柱齿轮轮齿齿廓基本相同。121.基本齿廓(一)主要参数12.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何计算中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合渐开线齿轮与齿条的啮合

4、。正确啮合条件:g 1 = b2旋向相同模数m的标准值，见表12-2；角标准值为20°ZA蜗杆取轴向角为标准值，ZI蜗杆取法向角为标准值。13a1t2a a1a t2a2.模数m和角z1 pa1z1mz1tan g=gz1 pa1pddq11d1q =q蜗杆直径系数mz1tan g为减少滚刀的规格数量1定为标准值1与搭配每一个模数限定一个或几个蜗杆直径d1表12-214= qm =dm12 z21 =m·q·z 1pd13.蜗杆直径系数q 和导g15表12-2传动比i :i= n1 / n2 = z2 /z1d2 / d1 z1 =1 , 2, 4 z1少z1多自

5、锁性好, 效率低效率高,难度大 z2=iz·z1、z2查表12-3推荐值1z2少 根切单齿对啮合z 262z2多结构过大蜗杆刚度z280164. 传动比i , 蜗杆头数z1, 蜗轮齿数z2单多头蜗杆17蜗轮与蜗杆在节点的相对速度磨损、发热严重、效率低、胶合= v / cos g22v=+ vvS121v2vsv1v1：蜗杆节点圆周速度v2：蜗轮节点圆周速度185.齿面间滑动速度vs:19当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动a0.5(12) 0.5m(q+z2)0.5(z1z2)两轴交错角为90°的标准圆柱蜗杆传动表(12-4) C*=0.2p.210;df=d2(ha*+C

6、*) m= d2.4 m 蜗杆传动标准模数与圆柱齿轮标准模数表全相同。20（二）圆柱蜗杆传动的几何计算6.中心距表 12-4普通圆柱蜗杆传动的几何计算21名称计 算 公 式蜗杆蜗轮蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径d1 =mqd2=mz2齿顶高ha=mha=m齿根高df =1.2mqdf =1.2mq直径da1=m(q+2)da1=m(q+2)根圆直径df1=m(q-2.4)df2=m(q-2.4)蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距pa1=pt2= p m径向间隙c=0.2 m中心距a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)1、蜗杆刚度不足2、蜗轮胶合、点蚀、磨损闭式传动 点蚀锡青铜胶合开式传动

7、磨损青铜3、系统过热22(一) 蜗杆传动的失效形式12.3 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构1.对材料的要求：足够的强度，减摩、耐磨、抗胶合2.蜗杆的材料：高的强度及光洁度、足够的刚度碳素钢：40,45; 合金钢：20Cr,20CrMnTi,40Cr,42SiMn最好淬火钢(低碳钢渗碳淬火;中碳钢表面淬火) 其余调质钢低速、人力传动、铸铁蜗轮3.蜗轮的材料：减摩、抗胶合、抗点蚀最好锡青铜 ZCuSn10P1(10-1) ZCuSn5PbZn5(5-5-5)其余铝青铜ZCuAl10Fe3、灰铸铁、尼龙23(二)蜗杆、蜗轮的材料24蜗杆的结构通常为整体式25(三) 蜗杆、蜗轮的结构蜗轮的结构通常

8、为组合式整体式配合式拼铸式螺栓联接式26(三) 蜗杆、蜗轮的结构27Fr11. 蜗杆、蜗轮旋向相同2. 作用力的大小 (将Fn分解) 蜗杆三个分力：Fr1, Ft1, Fa1 蜗轮三个分力：Fr2, Ft2, Fa2FFtt11Ft2Fa1Fa2FFFrrr22228T = ih T = 9.55´106 P1hN × mm21n2Fr1 = Fr 2 = Ft 2 tanaFt1 = Fa2 = 2T1d1Fa1 = Ft 2 = 2T2d212.4 蜗杆传动的强度计算(一)受力分析3.作用力的方向(示意图） 右Fr1Ft1Fr1Fa1Fa1Ft14. 蜗轮的转向FFFF

9、t2a2Fr2a2t2与F反向 (同向？)a 1右29Fr21、蜗杆刚度不足：蜗杆齿强度高，只计算轴强度、刚度蜗杆轴的强度及刚度验算见第142、蜗轮胶合、点蚀、磨损（条件性设计）胶合、磨损缺少可靠计算按接触疲劳强度及弯曲疲劳强度进行计算(仿斜齿轮) 。闭式传动：按接触强度设计（降低校核弯曲强度 开式传动：按弯曲强度设计应力考虑磨损、胶合）3、系统过热：热平衡计算(验算传动温度)30（二）设计准则与强度计算: 校核公式 s H= 500 KT KT£ sMPa= 500222H2m2d zd d1212(12-7)500m d1 = ( z22) KT2smm3(12-8)2Hs 接触

10、应力MPa蜗轮锡青铜(点蚀 )接触强度计算表(12-5)青铜(胶合) 条件性计算表(12-6)K=1.11.3载荷系数; d1蜗杆分度圆直径mmd 2蜗轮分度圆直径mmT2蜗轮上的转矩 N×mm;z2蜗轮的齿数31设计公式1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算当蜗轮采用锡青铜时，蜗轮的损坏形式主要是疲蚀，其的接触应力如下表：表12-5接触应力H锡青铜蜗轮的32蜗轮材料铸造适用的滑动速度Vs m/s蜗杆齿面硬度HBS 350HRC 4510-1锡青铜砂型 12180200 252002205-5-5锡青铜砂型 10110125 12135150当蜗轮采用无锡青铜或铸铁时，蜗轮的损坏形式主要是胶

11、合。其动速度来确定。的接触应力应根据材料组合和滑表12-6接触应力HMpa铝青铜及铸铁蜗轮的* 蜗杆淬火时需将表中H值降低20%。33蜗轮材料蜗杆材料滑动速度vsm/s0.512346810-3铝青铜 HT 150、HT 200HT 150淬火钢* 渗碳钢调质钢250130110230118016012090vS » (0.01 0.02)3P1n2.2K T2YF£ ss=校核公式Fm2d z cos gF12= 2.2KT2YFm2dz s设计公式12Fz2cos3 gY- 按当量齿数z=查表Fv初取g , 计算m d ；取标准m2d、1精算g = arctan mz1

12、1d1342、蜗轮轮齿弯曲强度计算VS大摩擦、磨损大发热大、效率低 1.蜗杆传动的效率:tangh = h1h2h3 = (0.95 0.97) tan(g + r¢)(12-11)h1 = tang tan(g + r¢)h1 啮合效率h2、 h 3 轴承及搅油效率 ;r¢ = arctan f ¢g 导;r ¢当量摩擦角表(12-9) p.216f ¢当量摩擦系数35(一)蜗杆传动的效率:12.5圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算tggtg(g + r ')分析： h = (0.95 0.97) 对动力传动，宜采用多头蜗

13、杆过大蜗杆当> 28当 时，效率增加很少。时，具有自锁性，效率 50% 。2. h 的估算z1=1=0.700.75 =0.750.82 =0.870.92=0.600.70闭式传动：z1=2 z1=4z1=1、2开式传动：36当振动大时 摩擦自锁不可靠另加制动装置字谜: 犬吠半闻入户来（柴门闻犬吠）1.目的润滑是减少摩擦磨损最有效的。还可用润滑油进行冷却，以保证正常油温和粘度。若润滑不良， 效率显著降低润滑对蜗杆传动而言，早期胶合或磨损。2.方式蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方式及润滑装置与齿轮传动类似。37(二) 蜗杆传动的润滑润滑方式的选择：当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑

14、。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深；当v1> 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构；当vs > 1015 m/s时，采用喷油润滑。38Vs大效率低、发热大要求散热及时, 否则磨损胶合热平衡计算1.热平衡条件Q1=Q2t 油的工作温度；t0 周围空气温度；P1传动功率a t 箱体表面散热系数,取1017W/(m2×°C)A有效散热面积（箱内高温油可溅到、箱外可散热）超标39t = t0 + Dt > 900发热功率：Q1 =1000P1(1-h) ; 散热功率：Q2 = at A(t - t0 ) ;Dt = t - t= 1000P1 (1-h) £ 60 70°C0a × At(三)蜗杆传动的热平衡计算2.散热措施(1)提高散热系数at：轴上装风扇；循环油冷却。装蛇形冷却管；(2)增大散热面积：合理设计箱体结构,铸焊散热片。401.蜗杆传动的特点：i很大，i=780, 分度1000 ；平稳；紧凑；可自锁vs大效率低, 发热大贵重金属价高2.参数计算: 中间平面m、a 1·z 1tan g m·z1标准i= z2 / z1 d2 / d13.