普通圆柱蜗轮蜗杆传动设计计算

第 九 章 蜗 杆 传 动9.1 概 述 蜗 杆 传 动 图 一 、 蜗 杆 传 动 的 特 点 和 应 用1、 特 点 ：单 级 传 动 比 大 ;结 构 紧 凑 ;传 动 平 稳 ， 无 噪 音 ;可 自 锁 ;传 动 效 率 低 ;成 本 高 。 2、 应 用 ：机 床 ： 数 控 工 作 台 、 分 度汽 车 ： 转 向 器冶 金 ： 材 料 运 输矿 山 ： 开 采 设 备起 重 运 输 ： 提 升 设 备 、 电 梯 、自 动 扶 梯 二 、 蜗 杆 传 动 的 类 型1、 按 蜗 杆 形 状 分 环 面 蜗 杆 传 动 锥 蜗 杆 传 动圆 柱 蜗 杆 传 动 2、 根 据 齿 面 形 状 不 同 分 为 ： 普 通 蜗 杆 传 动 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 传 动 3、 阿 基 米 德 蜗 杆在 轴 剖 面 ： 直 线 齿 廓 法 剖 面 ： 凸 曲 线垂 直 轴 剖 面 ： 阿 基 米 德 螺 线车 削 加 工 ， 不 能 磨 削 ， 精 度 低 。 蜗 轮 滚 刀 ： 与 蜗 杆 尺 寸 相 同在 中 间 平 面 上 可 看 成 直 齿 齿 条 与 渐 开 线 齿 轮 啮 合 9.2 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 主 要 参 数 和 几 何 尺 寸 计 算中 间 平 面 上 的 参 数 作 为 设 计 基 准一 、 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 主 要 参 数 及 其 选 择1 、 蜗 杆 传 动 的 正 确 啮 合 条 件 及 模 数 m和 压 力 角 2 21 21 ta ta mmm旋 向 相 同 2 、 蜗 杆 分 度 圆 直 径 d1和 导 程 角 为 了 限 制 蜗 轮 滚 刀 的数 目 并 便 于 滚 刀 的 标准 化 ， 因 此 对 每 一 标准 模 数 规 定 了 一 定 数量 的 蜗 杆 分 度 圆 直 径d1（ 表 9-1） 11111 /tan dmZdPZ a 导 程 角 ： 普 通 蜗 杆 传 动 的 m与 d1搭 配 值 （ 表 9-1） 3 、 传 动 比 i、 蜗 杆 头 数 Z1和 蜗 轮 齿 数 Z21221 ZZnni 蜗 杆 头 数 Z1通 常 取 为 ： 1， 2， 3， 4， 或 6Z2=iZ1， 一 般 取 Z2=28804 、 传 动 中 心 距 a和 变 位 系 数 x2标 准 中 心 距 )(21 21 dda 变 位 蜗 杆 传 动 （ 只 对 蜗 轮 变 位 ） （ 1） 变 位 前 后 ， 蜗 轮 的 齿 数 不 变 : Z2= Z2 而 传 动 中 心 距 改 变 : a a maax mxmzdxmaa 21 221 一 般 取 x 1 按 变 位 后 的 尺 寸 加 工 、 安 装 （ 2） 变 位 前 后 ， 传 动 中 心 距 不 变 a=a蜗 轮 的 齿 数 变 化 : Z2 Z2 21 21 21 221 mzda mxmzda 2 222 22 zzx xzz 一 般 取 x 1 5 相 对 滑 动 速 度 S2 21 21 1 1cos60 1000coss d n m/s式 中 ：d1-蜗 杆 分 度 圆 直 径 ， mmn1-蜗 杆 的 转 速 ， r/min-蜗 杆 分 度 圆 上 的 导 程 角 , 度 二 、 蜗 杆 传 动 的 几 何 尺 寸 计 算 9.3 蜗 杆 传 动 的 失 效 形 式 、 设 计 准 则和 材 料 选 择一 、 蜗 杆 传 动 的 失 效 形 式 和 设 计 准 则失 效 形 式 ： 主 要 是 齿 面 胶 合 、 点 蚀 和 磨 损 ， 而 且失 效 通 常 发 生 在 蜗 轮 轮 齿 上 。设 计 准 则 ： 通 常 按 齿 面 （ 蜗 轮 ） 接 触 疲 劳 强 度 条件 计 算 蜗 杆 传 动 的 承 载 能 力 。在 选 择 许 用 应 力 时 ， 要 适 当 考 虑 胶 合 和 磨 损 失 效因 素 的 影 响 。对 闭 式 传 动 要 进 行 热 平 衡 计 算 ， 必 要 时 对 蜗 杆 强度 和 刚 度 进 行 计 算 。 二 、 蜗 杆 和 蜗 轮 的 常 用 材 料对 蜗 杆 和 蜗 轮 材 料 的 要 求 ： 不 仅 要 求 具 有 足 够 的强 度 ， 更 重 要 的 是 要 求 具 有 良 好 的 减 摩 性 、 耐 磨性 和 跑 和 性 能 。蜗 杆 材 料 ： 一 般 用 碳 素 钢 或 合 金 钢 制 成蜗 轮 材 料 ： 一 般 为 铸 造 锡 青 铜 、 铸 造 铝 铁 青 铜 、灰 铸 铁 9.4 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 承 载 能 力 计 算一 、 蜗 杆 传 动 的 受 力 分 析 和 计 算 载 荷1 受 力 分 析 tan22 121 2212 1121 arr at at FFF dTFF dTFF 而 法 向 力 nan FF coscos/1取 11 aa FF ， coscos n 则 有 coscos2cos 2 21 d TacoaFF an N 式 中 ：T1、 T2分 别 为 蜗 杆 和 蜗 轮 轴 上 的 转 矩 ， N.mm,T2=iT1， N.mm, 传 动 效 率 ， i 传 动 比d1 、 d2分 别 为 蜗 杆 和 蜗 轮 的 分 度 圆 直 径 , mm压 力 角 ， =20蜗 杆 分 度 圆 柱 上 的 导 程 角 ， 度 力 的 方 向 ：确 定 圆 周 力 Ft及 径 向 力 Fr的 方 向 的 方 法 同 外 啮 合 圆 柱齿 轮 传 动 ， 而 轴 向 力 Fa的 方 向 则 可 根 据 相 应 的 圆 周 力Ft的 方 向 来 判 定 ， 即 Fa1与 Ft2方 向 相 反 ， Ft1与 Fa2的方 向 相 反 。也 可 按 照 主 动 件 左 右 手 定 则 来 判 断 。 力 的 方 向 判 断 例 题 2 蜗 杆 传 动 的 计 算 载 荷计 算 载 荷 =K*名 义 载 荷KKKK A式 中 KA工 作 情 况 系 数 K动 载 荷 系 数 K齿 向 载 荷 分 布 系 数 二 、 蜗 轮 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 计 算校 核 公 式 为 ： HEEH Zdm KTZddKTZ 99 2212 2221 2 设 计 公 式 为 ： 22212 )(9 HEZ ZKTdm MPamm3 ZE弹 性 系 数 ， 对 于 青 铜 或 铸 铁 蜗 轮 与 钢 制 蜗 杆 配 对 时 ， 取 MPaZE 160H 蜗 轮 材 料 的 许 用 接 触 应 力 ， MPa式 中 ： 0 HHNH K 式 中 ： 0 H 应 力 循 环 次 数 N=107时 ， 蜗 轮 材 料 的 基 本许 用 接 触 应 力 ， MPaHNK 寿 命 系 数 9.5 蜗 杆 传 动 的 效 率 、 润 滑 和 热 平 衡 计 算一 、 蜗 杆 传 动 的 效 率321 式 中 ： 1啮 合 效 率 )tan(tan 1 2 3分 别 为 轴 承 效 率 和 搅 油 效 率 一 般 取 2 3=0.950.96 蜗 杆 传 动 的 总 效 率 )tan(tan)96.095.0( 二 、 蜗 杆 传 动 的 润 滑润 滑 的 目 的 ： 防 止 胶 合 和 磨 损 、 提 高 效 率开 式 ： 定 期 涂 润 滑 脂闭 式 ： 浸 油 或 喷 油 三 、 蜗 杆 传 动 的 热 平 衡 计 算单 位 时 间 内 由 摩 擦 损 耗的 功 率 产 生 的 热 量 为 )1(1000 11 PH W式 中 ： P1蜗 杆 传 动 的 功 率 ， K W 蜗 杆 传 动 的 总 效 率 单 位 时 间 由 箱 体 外 壁 散 发 到 空 气 中 的 热 量 为)( 02 ttAKH s W式 中 Ks散 热 系 数 A散 热 面 积 t达 到 平 衡 时 ， 箱 体 内 的 油 温 ， t在 800以 内 t 0周 围 空 气 温 度 ， t0=200 根 据 热 平 衡 条 件 H 1=H 2可 求 得 既 定 工 作 条 件 下的 油 温 AKPtt s )1(1000 10 在 既 定 工 作 条 件 下 ， 保 持 正 常 油 温 所 需 要 的散 热 面 积 )( )1(1000 01 ttK PA s 2m C一 般 应 使 t在 80 以 下 若 t80 或 有 效 的 散 热 面 积 不 足 时 ,则 必 须采 取 措 施 ,以 提 高 其 散 热 能 力常 用 措 施 :1 、 合 理 设 计 箱 体 结 构 ,铸出 或 焊 上 散 热 片 ,以 增 大 散热 面 积2 、 在 蜗 轮 轴 上 装 置 风 扇 ,进 行 人 工 通 风 ,以 提 高 散热 系 数 3 、 在 箱 体 油 池 内 装设 蛇 形 冷 却 水 管 4 、 采 用 压 力 喷 油 循环 润 滑 9.6 蜗 杆 和 蜗 轮 的 结 构一 蜗 杆 的 结 构车 削 ： 有 退 刀 槽 ， 二 、 蜗 轮 的 结 构 蜗 轮 可 制 成 整 体 式 或 装 配 式1 整 体 式 2 齿 圈 压 配 式 3 螺 栓 联 接 式 4 镶 铸 式 斜 齿 圆 柱 齿 轮 蜗 杆 减 速 器齿 轮 传 动 、 蜗 杆 传 动 的 应 用 圆 柱 齿 轮 减 速 器