机械设计课程讲义ppt课件

1、盘铣刀放置在蜗杆齿盘铣刀放置在蜗杆齿槽的法向面内，各剖槽的法向面内，各剖面齿廓均为曲线面齿廓均为曲线第四章第四章 蜗杆传动设计蜗杆传动设计一、蜗杆传动的类型及其特点一、蜗杆传动的类型及其特点(1) 普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动用直母线刀刃加工用直母线刀刃加工车刀切削平面通过车刀切削平面通过蜗杆轴线、轴向剖蜗杆轴线、轴向剖面为直线齿廓面为直线齿廓阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆1. 类型类型 用于不太重要场合用于不太重要场合广泛应用广泛应用阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(2) 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧车刀刀刃平面圆弧车刀刀刃平面通

2、过蜗杆轴线通过蜗杆轴线环面砂轮装置在蜗杆环面砂轮装置在蜗杆螺旋线的法面内螺旋线的法面内中间平面上蜗杆齿廓凹弧形、蜗轮齿中间平面上蜗杆齿廓凹弧形、蜗轮齿廓 凸 弧 形廓 凸 弧 形 承 载 能 力 较 普 通 型 高承 载 能 力 较 普 通 型 高50150% 传动效率达传动效率达90%目前正推广目前正推广2. 特点特点 (1) 传动比大传动比大 i = 1080从运动关系看，蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动从运动关系看，蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动(2) 传动平稳传动平稳(4) 摩擦发热大、传动效率低摩擦发热大、传动效率低(3) 有自锁性有自锁性 ( 蜗杆升角蜗杆升角当量摩擦角当量摩擦角)v二、

3、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸二、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 (阿基米德蜗杆为例阿基米德蜗杆为例) 1. 中间平面内蜗杆啮合特点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) 正确啮合条件正确啮合条件蜗杆轴面周节蜗杆轴面周节蜗轮端面周节蜗轮端面周节1xP2tP模数：模数：(标准值标准值)mmmtx21压力角压力角 ：(标准值标准值)02120tx(2) 蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同参数：参数：.、m几何尺寸计算：几何尺寸计算：.222222、aahddmzd通过蜗

4、杆轴线且垂直通过蜗杆轴线且垂直与蜗轮轴线的平面与蜗轮轴线的平面2. 主要参数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、便于刀具标准化要减少滚刀数目、便于刀具标准化交错角为交错角为900的螺旋齿轮传动：的螺旋齿轮传动： 大小相等、方向相同大小相等、方向相同(1) 模数模数和压力角和压力角m(2) 蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径1d则将则将1d定为标准值并与定为标准值并与 m有一定的搭配关系有一定的搭配关系直径系数直径系数mdq1(3) 蜗杆分度圆柱导程角蜗杆分度圆柱导程角11111dmzdPzdPztgx的蜗杆具有自锁性的蜗杆具有自

5、锁性030302190090故故与与导程导程ZP周节周节xP(4) 传动比传动比 i加工困难加工困难1 实现大传动比或要求自锁实现大传动比或要求自锁传动比传动比1221zznni蜗杆头数蜗杆头数1z1zz1 =2、4 要求效率要求效率避免根切避免根切避免蜗杆过长避免蜗杆过长引起刚度不足引起刚度不足蜗轮齿数蜗轮齿数2z100272 z 一般取一般取70292z(5) 相对滑动速度相对滑动速度sv)/(cos60000cos111smndvvs齿间的齿间的sv摩擦发热摩擦发热11dmztg蜗轮变、蜗杆保持不变蜗轮变、蜗杆保持不变蜗轮变位计算与齿轮相同蜗轮变位计算与齿轮相同配凑中心距符合标准值配凑中

6、心距符合标准值(6) 变位系数变位系数2x未变位未变位222121mzddda变位后变位后22122mxmzdmxaa凑传动比符合推荐值凑传动比符合推荐值 (中心距保持不变中心距保持不变)蜗轮齿数蜗轮齿数蜗轮轮齿顶变尖蜗轮轮齿顶变尖蜗轮根切蜗轮根切变位系数变位系数maammzdmax2122未变位未变位 2z变位后变位后 2z221mzda2212mxmzda由由aa 得变位系数得变位系数2222zzx2x2x普通蜗杆传动普通蜗杆传动7 . 07 . 02x圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动15 . 02x3. 几何尺寸计算几何尺寸计算 基本尺寸与齿轮传动类似基本尺寸与齿轮传动类似(1) 蜗轮蜗

7、轮3个圆个圆(2) 蜗轮轮缘宽度蜗轮轮缘宽度B (3) 蜗杆螺纹长度蜗杆螺纹长度b1齿根圆齿根圆2fd喉圆喉圆(同齿轮齿顶圆同齿轮齿顶圆)2ad顶圆顶圆2ed闭闭式式传传动动开式开式传动传动 失效形式失效形式(发生在蜗轮上发生在蜗轮上) 设计准则设计准则三、蜗杆传动的失效形式和设计准则三、蜗杆传动的失效形式和设计准则 轮和轮和齿胶齿胶齿合齿合面面点点蚀蚀控制点蚀和胶合：控制点蚀和胶合：控制折断控制折断(Z2 80)：齿面接触强度条件齿面接触强度条件HPH轮齿弯曲强度条件轮齿弯曲强度条件FPF控制温升：控制温升：热平衡计算热平衡计算轮齿轮齿折断折断控制折断：控制折断：轮齿弯曲强度条件轮齿弯曲强度

8、条件FPF注注 蜗杆主要是控制轴的变形蜗杆主要是控制轴的变形四、材料及许用应力四、材料及许用应力 1. 材料及热处理材料及热处理 蜗杆蜗轮材料组合：蜗杆蜗轮材料组合： 碳素钢：碳素钢： 45、合金钢：合金钢： 40Cr、20Cr、20CrMnTi、热处理热处理调质：调质：减摩减摩 耐磨耐磨 抗胶合抗胶合蜗杆蜗杆资料资料45 调质调质 (硬度硬度 350HBS)淬火：淬火：40Cr表面淬火表面淬火(4555HRC) 20Cr渗碳淬火渗碳淬火(5863HRC) 蜗轮蜗轮容易产生胶合容易产生胶合灰铸铁灰铸铁铝铁青铜铝铁青铜 铸锡磷青铜铸锡磷青铜 价廉价廉价昂价昂 抗胶合差抗胶合差 强强 sv按按sv

9、选材选材 sm/2sm/4sm/25资料资料sv2. 许用应力许用应力 (1) 许用接触应力许用接触应力 传动的承载能力取传动的承载能力取决于蜗轮的接触强度决于蜗轮的接触强度 蜗轮为蜗轮为的青铜时的青铜时MPab300NHPHPZ寿命系数寿命系数 8710NZN应力循环次数应力循环次数 tnN260 传动的承载能力取决传动的承载能力取决于蜗轮的抗胶合能力于蜗轮的抗胶合能力 蜗轮为铸铁或蜗轮为铸铁或 的青铜时的青铜时 MPab300与材料组合及与材料组合及 有关有关 HPsv(2) 许用弯曲应力许用弯曲应力NFPFPY9610NYN寿命系数寿命系数 tnN260应力循环次数应力循环次数五、普通圆

10、柱蜗杆传动的强度条件五、普通圆柱蜗杆传动的强度条件1. 受力分析受力分析 (1) 力的分解力的分解 以蜗杆为对象以蜗杆为对象 (3) 力的方向力的方向法面内：法面内： nF圆周力圆周力径向力径向力蜗杆上蜗杆上与转向相反与转向相反蜗轮上蜗轮上与转向相同与转向相同1 tF2tF和和指向各自的轮心指向各自的轮心1rF2rF切面内：切面内： 径向力径向力 1rF1F圆周力圆周力 1tF轴向力轴向力 1aF1F(2) 力的关系力的关系21atFF21taFF21rrFF同同直直齿齿轮轮轴向力：轴向力： 左旋蜗杆用左手法则左旋蜗杆用左手法则右旋蜗杆用右手法则右旋蜗杆用右手法则蜗杆上蜗杆上用左右手法则判定用

11、左右手法则判定1aF(4) 力的大小力的大小21112atFdTF12222atFdTFtgFtgFtgFFtnanr2111cos112212nTnTPP输入功率输出功率iTT12nrtgFF11coscos11FFa tghantghbcosabtgtgn利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点2齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件 校核式：校核式： 弹性系数弹性系数 铜或铸铁蜗轮铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆组合时与钢蜗杆组合时 )(922122MPazdmTKZHPAEHMPaZE160设计式设计式 ：使用系数使用系数 同齿轮传动同齿轮传动)()(9322212mmzZT

12、KdmHPEA借用斜齿轮弯曲强度公式、考虑蜗杆传动特点借用斜齿轮弯曲强度公式、考虑蜗杆传动特点 注注 3弯曲疲劳强度条件弯曲疲劳强度条件校核式：校核式：设计式设计式 ：)(64. 12122MPaYYzdmTKFPFaAF)(64. 132212mmYYZTKdmFaFPA(1) 蜗轮蜗轮 按按查表查表FaY3coszzv(2) 蜗轮蜗轮 01401Y(3) 计算出计算出 值、按表选标准值值、按表选标准值 12dmmd、1六、蜗杆传动的效率和热平衡计算六、蜗杆传动的效率和热平衡计算 1. 蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率 (1) 效率效率搅油损耗效率搅油损耗效率轴承摩檫损耗效率轴承摩檫损耗效率轮齿

13、啮合檫损耗效率轮齿啮合檫损耗效率(2) 提高效率的途径提高效率的途径蜗杆制造困难蜗杆制造困难 321)(1Vtgtg效率效率)()96. 095. 0(Vtgtg)(11dmztg 1zV028普通普通采用减摩性好的材料，如青铜采用减摩性好的材料，如青铜蜗杆放在高速级蜗杆放在高速级1vSvV2. 2. 热平衡计算热平衡计算发热发热)1 (10001P散热散热)(01ttAKt计算式计算式PtttAKPt011)1 (1000环境温度、环境温度、一般取一般取200工作温度工作温度许用工作温度、许用工作温度、一般取一般取600 700散热面积散热面积散热系数散热系数冷却措施冷却措施增加散热面积增加

14、散热面积 (增大箱体、加散热片增大箱体、加散热片)提高散热系数提高散热系数 (冷却油温冷却油温)的估值的估值1z 1 2 3 40.7 0.8 0.85 0.9七、圆弧圆柱蜗杆传动设计七、圆弧圆柱蜗杆传动设计 设计要点设计要点(1) 失效以胶合为主失效以胶合为主普通圆柱蜗轮承受的转矩普通圆柱蜗轮承受的转矩(2) 齿根弯曲疲劳强度远大于齿面接触疲劳强度齿根弯曲疲劳强度远大于齿面接触疲劳强度(3) 采用凸凹弧齿廓相啮合及采用凸凹弧齿廓相啮合及承载能力较普通蜗杆高承载能力较普通蜗杆高023引入承载能力提高系数引入承载能力提高系数H令令HTT22圆弧圆柱蜗轮承受的转矩圆弧圆柱蜗轮承受的转矩只需进行齿面

15、接触强度计算即可满足轮齿的工作能力只需进行齿面接触强度计算即可满足轮齿的工作能力(4) 将将代入普通圆柱蜗接触强度条件式代入普通圆柱蜗接触强度条件式HTT22校核式：校核式：)(922122MPaHzdmTKZHPAEH设计式设计式 ：)()(9322212mmzZHTKdmHPEA)245)(95. 0(261623zaH式中：式中：初估值初估值1 . 119. 3H两轴线平行两轴线平行两轴线相交两轴线相交两轴线交错两轴线交错直齿直齿斜齿斜齿人字齿人字齿直齿直齿弧齿弧齿螺旋齿螺旋齿蜗杆蜗杆 实例：实例：1) 资料、热处理资料、热处理闭式普通圆柱蜗杆传动，平稳载荷、工作寿命闭式普通圆柱蜗杆传动

16、，平稳载荷、工作寿命 5 年、年、8 h /天、天、20min/14701911irnkWP蜗杆材料及热处理蜗杆材料及热处理 40Cr 表面淬火后磨削表面淬火后磨削蜗轮材料蜗轮材料 ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5 砂模铸造砂模铸造 砂模铸造砂模铸造 蜗轮基本许用接触蜗轮基本许用接触应力应力表表4-6240 150)(MPaHP蜗轮转速蜗轮转速73.5 73.5min)/(2rninn/12蜗轮工作小时蜗轮工作小时 12000 1200083005t)(ht蜗轮应力循环次数蜗轮应力循环次数tnN260N71029. 571029. 50.81 0.81NZ蜗轮寿命系数蜗轮寿命系数8

17、7/10NZN设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2 许用接触应力许用接触应力)(MPaHPNHPHPZ194.4 121.52) 确定有关参数确定有关参数使用系数使用系数AK 表表3-1 1.1 1.1蜗杆头数蜗杆头数2 21z411z蜗轮齿数蜗轮齿数2zizz1240 40初估传动效率初估传动效率0.82 0.82蜗轮转矩蜗轮转矩)(2NmmT2024340 20243401162/1055. 9niPT)( MPaZE弹性系数弹性系数160 160 3) 接触强度设计接触强度设计12dm计算计算值值)(3mm22212)/(9HPEAzZTKdm8485 2172112dm取取标准值标准值)(3mm表表4-19000 2187510 12.5)(mmm模数模数表表4-1设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 1 方案方案 2表表4-1蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径)(1mmd90 140蜗轮分度圆直径蜗轮分度圆直径)(2mmd22mzd 400 500中心距中心距)(mm