机械设计8涡轮蜗杆

蜗杆传动 蜗 杆 传 动 类 型 和 特 点 失 效 形 式 、 材 料 选 择 与 结 构 主 要 参 数 和 几 何 关 系 蜗 杆 传 动 受 力 分 析 和 效 率 蜗 杆 传 动 的 强 度 计 算 蜗 杆 传 动 热 平 衡 计 算 1 蜗 杆 传 动 类 型 和 特 点一 、 特 点 和 应 用外 形 类 似 ： 螺 旋 与 斜 齿 轮 的 传 动从 中 间 平 面 剖 开 ： 齿 轮 与 齿 条 的 传 动 1、 应 用P 750KW（ 通 常 50KW） ， Vs 35 m/s（ 通 常 15 m/s） 。由 于 i 大 ， 可 用 于 机 床 分 度 机 构 、 仪 器 仪 表 中 。2、 特 点 1） 工 作 平 稳 ： 兼 有 斜 齿 轮 与 螺 旋 传 动 的 优 点 。2） i大 12zzi 蜗 杆 1、 2、 4、 6传 递 动 力 时 ： i=8100（ 常 用 1550）传 递 运 动 时 ： i=几 百 上 千 （ 单 头 ， ） 用 于 传 递 交 错 轴 之 间 的 回 转 运 动 。 一 般 ： 空 间 垂 直为 什 么 ？优 点 ： 齿 轮 z 117 3） 结 构 紧 凑 、 重 量 轻 、 噪 音 小 。4） 自 锁 性 能 好 (用 于 提 升 机 构 ) 。缺 点 ：1） 制 造 成 本 高 ， 加 工 困 难 。2） 滑 动 速 度 vs大 。3） 低 。4） 蜗 轮 需 用 贵 重 的 减 摩 材 料 。 1、 按 蜗 杆 形 状 分圆 柱 蜗 杆 环 面 蜗 杆 锥 蜗 杆二 、 分 类 ZA型 :阿 基 米 德 蜗 杆 中 间 平 面 ： 齿 条 与 渐 开线 齿 轮 啮 合端 面 ： 阿 基 米 德 螺 旋 线ZI型 :渐 开 线 蜗 杆 端 面 ： 渐 开 线 ,较 精 密 传 动ZN型 :法 向 直 廓 蜗 杆(刀 具 加 工位 置 不 同 )圆 柱 蜗 杆 锥 蜗 杆 ： 啮 合 齿 数 多 ， ， 平 稳 ， 承 载 。环 面 蜗 杆 ： 接 触 齿 对 数 ， 承 载 （ 1.54） 倍 ， 高 ， 但 制 造 安 装 要 求 高 。2、 按 蜗 杆 头 数 分单 头 蜗 杆 ： i ， 自 锁 性 ， 多 头 蜗 杆 ： 相 反3、 按 旋 向 分左 旋右 旋 一 般 采 用 右 旋 三 、 精 度 等 级12个 等 级 ： 动 力 传 动 ： 69级测 量 分 度 ： 5级 或 以 上 2 失 效 形 式 、 材 料 选 择 和 结 构一 、 失 效 形 式与 齿 轮 传 动 类 似 ： 点 蚀 、 胶 合 、 磨 损 、 折 断 v s 、 发 热 主 要 为 ： 胶 合 、 磨 损 、 点 蚀蜗 轮 强 度 较 弱 ， 失 效 主 要 发 生 在 蜗 轮 上 。 二 、 材 料vs 减 摩 性 、 强 度 不 能 都 用 硬 材 料1、 蜗 轮 指 齿 冠 部 分 材 料 ： 减 摩 材 料铸 锡 青 铜 ： vs 1226m/s铸 铝 青 铜 ： vs 10m/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： vs 2m/s大 直 径 蜗 轮 ： 铸 铁 （ 蜗 杆 用 青 铜 ）2、 蜗 杆材 料 碳 钢合 金 钢 热 处 理 硬 面 蜗 杆 ： 首 选 淬 火 磨 削调 质 蜗 杆 ： 缺 少 磨 削 设 备 时 选 用 。 3 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 基 本 参 数 和 几 何 尺 寸 计 算一 、 基 本 齿 廓中 间 平 面 上 基 本 齿 廓 和 渐 开 线 齿 轮 基 本 齿 廓 基 本 相 同 。二 、 模 数 m正 确 啮 合 条 件 ： 21 tx PP 轴 向 端 面mmm tx 21 标 准 值 (与 齿 轮 不 同 ,表 13.4)cosnx mmm 蜗 杆 导 程 角三 、 齿 形 角 0刀 具 基 准 齿 形 的 齿 形 角 ： 200 阿 基 米 德 蜗 杆 、 渐 开 线 蜗 杆 ： 轴 向 齿 形 角 2001 x法 向 直 廓 蜗 杆 ： 法 向 齿 形 角 2001 n 四 、 蜗 杆 分 度 圆 直 径 d1（ 中 圆 直 径 ）同 一 m的 蜗 杆 ， 应 对 直 径 d 1进 行 限 制d1为 标 准 值 111111tan dmzdmzdpz x d1 pxpx tan11 zmd 加 工 蜗 轮 时 的 滚 刀 与 尺 寸 与 与 之 啮 合 的 蜗 杆 尺 寸相 同 ， 但 m一 定 时 ， 由 于 z1和 的 变 化 ， d1是 变 化 的 ，即 需 要 配 备 很 多 加 工 蜗 轮 的 滚 刀 。 五 、 蜗 杆 直 径 系 数 qmdq 1d1、 m为 标 准 值 q为 导 出 值 ,不 一 定 为 整 数 。 11 mzmqd 六 、 蜗 杆 导 程 角 121111111tan dudqzdmzdmzdpz x 335.3 制 造 困 难 m一 定 时 ， q d1 蜗 杆 刚 度 z1一 定 时 ， q ， 自 锁 性 小 m蜗 杆 选 用 大 q， 保 证 强 度 和 刚 度 适 于 小 P 大 m蜗 杆 选 用 小 q， 保 证 效 率 适 于 大 P 传 递 动 力 时 :头 数 z1 采 用 多 头 蜗 杆传 递 运 动 时 :保 证 自 锁 ( ), z1 ,采 用 单 头 蜗 杆七 、 z1、 z2蜗 杆 头 数 z1： 蜗 杆 上 蜗 旋 线 的 数 目 。 z1=1、 2、 4、 6等z1 加 工 困 难 12 uzz 传 递 动 力 ： 28 2 z （ 传 动 平 稳 性 ， 避 免 根 切 ）1002 z (z2 d2 蜗 杆 轴 长 刚 度 ) 一 般 取 z2=3280 z1z2： 互 质 均 匀 磨 损八 、 i、 u 1221 ddnni 12zzu 蜗 杆 主 动 时 : 2112 nnizzu 九 、 中 心 距 a )(2)(2)(21 21221 zzmzqmdda （ 应 按 p264系 列 值 选 取 ）十 、 变 位 系 数1、 变 位 目 的 ： 配 ； 。2、 变 位 方 法 ： 与 齿 轮 变 位 相 同 , 靠 刀 具 的 移 位 实 现 变 位 。 故 ： 蜗 杆 尺 寸 不 能 变 动 ，加 工 蜗 轮 时 的 滚 刀 与 蜗 杆 尺 寸 相 同 ， 加 工 时 滚刀 只 作 径 向 移 动 ， 尺 寸 不 变 。 4、 变 位 类 型1） 齿 数 不 变 ， 凑 a )2(21 21 dxmda x0， 正 变 位 aa x0 负 变 位 aa 3、 变 位 结 果 蜗 杆 各 部 分 尺 寸 不 变 ， 但 节 线 变 化 11 dd 蜗 杆 和 蜗 轮 滚 刀 尺 寸 相 同 ， 蜗 轮 滚 铣 节 圆 就 是 装配 后 与 蜗 杆 的 啮 合 节 圆 。蜗 轮 滚 刀 的 滚 铣 节 线 不 再 是 刀 具 中 线 (分 度 圆 柱 上 母 线 ) 蜗 轮 尺 寸 发 生 变 化 ， 但 22 dd )(21 21 dda maax 2） a不 变 ， 齿 数 变 化 ， 凑 i凑 i： （ a不 变 ， 2z 2z ）)(21 21 zmdmax )(21 21 mzda )(21 22 zzx )2(21)(21 2121 zmxmddda 4 受 力 分 析 与 效 率 计 算一 、 作 用 力圆 周 力 ： 1222 2 at FdTF 轴 向 力 ： 1112 2 ta FdTF 112 uTT (蜗 杆 主 动 )1 啮 合 效 率 nntn d TFF coscos2coscos 2 22 忽 略 Ff 径 向 力 ： 122 tan rtr FFF 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 v2 n22） 各 分 力 方 向Fr： 指 向 各 自 轮 心Ft 蜗 杆 与 n1反 向蜗 轮 与 n 2同 向 12 at FF Fa 蜗 杆 ： 左 、 右 手 定 则蜗 轮 ： 12 ta FF n2 n1 3） 旋 向 判 定 蜗 轮 与 蜗 杆 旋 向 相 同 。v2 练 习 ： n1 n1Fr1Fr2 Ft1xFa2 Fa1Ft2右 旋 n2 Fr1Fr2 Ft1Fa2 xFa1 Ft2n2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. n 4 n3 n2 Ft2 Fa2 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1 蜗 轮 右 旋n4输 出 12 3 4 蜗 杆右 旋 二 、 传 动 效 率与 齿 轮 类 似 ： 321 1、 啮 合 1： 近 似 按 螺 旋 副 计 算)tan(tan1 v （ 蜗 杆 主 动 ） tan )tan(1 v （ 蜗 轮 主 动 ）v当 量 摩 擦 角 ，cos 1vv s 说 明 ： 1） vs v v 油 膜 易 形 成 12） 为 影 响 1的 主 要 因 素 ： 101 dd 245 v 时 ， 1 max此 后 ， 1 2、 2搅 油 效 率 ： 99.02 3、 3轴 承 效 率 ： 99.03 5 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 强 度 计 算 蜗 轮 齿 强 度 低 于 蜗 轮 齿 计 算 针 对一 、 接 触 强 度 计 算 3 2 HAEH a TKZZ minlim HHhnH SZZ 校 核 式3 2limmin2 HHEA SZZTKa 设 计 式 参 数 说 明 ：1） T2蜗 轮 转 矩 ,N mm2） KA使 用 系 数 ,表 12.9（ 同 齿 轮 传 动 ）3） ZE弹 性 系 数 ,表 13.2， P2604） Z接 触 系 数 ,考 虑 齿 面 曲 率 和 接 触 线 长 度 影 响 ,Z 初 值 a是否接近？与 ZZ 根 据 查 得 。 ad1设 计 时 ：未 知 ， 初 选 值 ad1 ad1 ad1 112 uTT （ 蜗 杆 主 动 ） 6 温 度 计 算 （ 热 平 衡 计 算 ）由 于 发 热 大 易 胶 合即 ： 发 热 率 H1 = 散 热 率 H2摩 擦 功 耗 ： )1(1000)1( 11 PKWPPf )1(10001 PH )/( sJ冷 却 散 去 的 热 量 ：)( 012 ttAH W 环 境 温 度 t0=20箱 内 工 作 温 度散 热 面 积 ， 可 由 13.27式 估 算表 面 传 热 系 数 ， )/( 2 cmW 则 ： 21 HH CtAPt W 80)1(1000 011 热 平 衡 计 算 油 温 比 t1高 15 左 右 ， 蜗 杆 上 置 ： 飞 溅 冷 却 作 用 差若 t1太 高 ， 可 采 取 如 下 措 施 ：2、 蜗 杆 轴 端 装 风 扇1、 加 散 热 片3、 外 冷 却 压 力 喷 油 润 滑4、 油 池 内 安 装 蛇 形 冷 却 水 管 习题： 蜗轮蜗杆传动一、选择题1、当两轴线 时，可采用蜗杆传动。（1）平行；（2）相交；（3）垂直交错；2、在蜗杆传动中，通常 为主动件。（1）蜗杆；（2）蜗轮；（3）蜗杆或蜗轮都可以；3 1 3、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角 当量摩擦角。（1）小于；（2）大于；（3）等于；4、起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应用 蜗杆。（1）单头、小导程角；（2）单头、大导程角；（3）多头、小导程角；（4）多头、大导程角；5、为了减少蜗轮滚刀型号，有利于刀具标准化，规定 为标准值。（1）蜗轮齿数；（2）蜗轮分度圆直径；（3）蜗杆头数；（4）蜗杆分度圆直径； 6、为了凑中心距或改变传动比，可采用变位蜗杆传动，这时 。（1）仅对蜗杆进行变位；（2）仅对蜗轮进行变位；（3）同时对蜗杆、蜗轮进行变位； 11 4 2 7、蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中 最易发生。（1）点蚀与磨损；（2）胶合与磨损；（3）轮齿折断与塑性变形；8、蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对 来进行的。（1）蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度；（2）蜗轮齿面接触强度和蜗杆齿根抗弯强度；（3）蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度；（4）蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度；9、对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了 。（1）防止润滑油受热膨胀后外溢，造成环境污染；（2）防止润滑油温度过高而使润滑条件恶化；（3）防止蜗轮材料在高温下力学性能下降；（4）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏；10、与齿轮传动相比， 不能作为蜗杆传动的优点。 （1）传动平稳，噪声小；（2）传动比可以很大；（3）可以自锁；（4）传动效率高； 24 24 二、试分析如图所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。右旋蜗杆（主动）2 341 右旋蜗杆（主动）Ft1 Fr4Fa2 Ft3Ft2 Ft4Fa1 Fa4Fa3Fr1Fr2 Fr3