《蜗轮蜗杆传动设计》PPT课件

齿轮传动设计培训第三部分：蜗轮蜗杆传动设计2004、6本章要点1、了解蜗轮蜗杆传动的啮合特点、运动关系和几何系数。2、掌握蜗轮蜗杆传动的受力分析、强度计算和热平衡计算方法。 下午5时54分2 三、蜗轮蜗杆传动设计蜗杆传动概述蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。1传动比大，一般为i=580，大的可达300以上；2重合度大，传动平稳，噪声低；3摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；4传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。 由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力传输中的应用受到限制。蜗杆传动的主要特点有： 下午5时54分3同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。 三、蜗轮蜗杆传动设计蜗杆传动类型圆 柱 蜗 杆 传 动环 面 蜗 杆 传 动 锥 蜗 杆 传 动 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动圆 弧 圆 柱 蜗 杆 传 动 阿 基 米 德 蜗 杆 、 渐 开 线 蜗 杆法 向 直 廓 蜗 杆 、 锥 面 包 络 圆 柱 蜗 杆其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的。其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高； 下午5时54分4 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的参数与尺寸模 数 m和 压 力 角 a 蜗 杆 与 蜗 轮 啮 合 时 ， 蜗 杆 的 轴 面 模 数 、 压 力 角 应 与 蜗 轮 的 端 面 模 数 、压 力 角 相 等 ， 即 : m a1= mt2 = m; aa1= at2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= d1 m)称 为 蜗 杆 的 直 径 系 数 。 下午5时54分5 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的参数与尺寸蜗杆的模数与分度圆直径 下午5时54分6 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的参数与尺寸蜗 杆 的 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。 考 虑 啮 合 摩 擦 损 耗 是 蜗 杆 的 传 动 效 率 ： )( vtg tg 下午5时54分7 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的参数与尺寸导 程 角 增 大 时 ， 传 动 效 率 将 提 高 ， 导 程 角 与 蜗 杆头 数 z1之 间 有 如 下 关 系 ： qzdmzdpztg a 1 1111 显 然 ， 当 蜗 杆 头 数 z1增 多 时 ， 导 程 角 增 大 ， 从 而 使 传 动 效 率 提 高 。但 头 数 增 多 给 制 造 带 来 困 难 ， 且 效 率 提 高 不 显 著 ， 故 通 常 蜗 杆 头 数 取 为 1、2、 4、 6 。导 程 角 ：11d mztg 在 m和 d1为 标 准 值 时 ， z1正 确 啮 合 时 ， 蜗 轮 蜗 杆 螺 旋 线 方 向 相 同 ， 且 1b2 下午5时54分8 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的参数与尺寸蜗 轮 齿 数 主 要 取 决 于 传 动 比 ， 即 z 2= 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 。 正 确 啮 合 时 ， 蜗 轮 蜗 杆 螺 旋 线 方 向 相 同 ， 且 1b2蜗 轮 齿 数 z2：传 动 比 i：1221 zznni 12dd 下午5时54分9 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的参数与尺寸中 心 距 mzqdda )(21)(21 221 为 了 避 免 用 蜗 轮 滚 刀 切 制 蜗 轮 时 产 生 根 切 ， 理 论 上 应 使 z2min17,但 在z28； 对 于 动 力 传 动 ， 为 了 保 证 蜗 轮 轮 齿 的弯 曲 和 相 啮 合 蜗 杆 的 弯 曲 强 度 ， 通 常 要 求 z280， 设 计 时 可 参 考 下 表 选 取z1和 z2: i=z1/z2 z1 z2571514302982 6421 293129 6129 6129 82 下午5时54分10 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算蜗 杆 传 动 的 失 效 形 式 ：蜗 杆 传 动 的 主 要 问 题 是 摩 擦 磨 损 严 重 ， 这 是 设 计 中 要 解 决 的 主 要 问 题 。蜗 轮 磨 损 、 系 统 过 热 、 蜗 杆 刚 度 不 足 是 主 要 的 失 效 形 式 。蜗 杆 传 动 的 常 用 材 料 ：为 了 减 摩 ， 通 常 蜗 杆 用 钢 材 ， 蜗 轮 用 有 色 金 属 （ 铜 合 金 、 铝 合 金 ） 。高 速 重 载 的 蜗 杆 常 用 15Cr、 20Cr渗 碳 淬 火 ， 或 45钢 、 40Cr淬 火 。 低 速 中 轻 载 的 蜗 杆 可 用 45钢 调 质 。 蜗 轮 常 用 材 料 有 ： 铸 造 锡 青 铜 、 铸 造 铝 青 铜 、 灰 铸 铁 等 。 下午5时54分11 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算蜗 杆 传 动 的 设 计 准 则 ：蜗 杆 的 刚 度 计 算 防 止 蜗 杆 刚 度 不 足 引 起 的 失 效 。传 动 系 统 的 热 平 衡 计 算 防 止 过 热 引 起 的 失 效 。蜗 轮 的 齿 根 弯 曲 疲 劳 强 度 计 算蜗 轮 的 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 计 算 防 止 齿 面 过 度 磨 损 引 起 的 失 效 。 下午5时54分12 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算蜗 杆 传 动 强 度 计 算 ：q蜗 轮 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 计 算 ：式 中 ： Z 为 蜗 杆 传 动 的 接 触 线 长 度 和 曲 率 半 径 对 接 触 强 度 的 影 响 系 数 。 K为 载 荷 系 数 。 其 它 的 符 号 含 义 与 齿 轮 传 动 部 分 相 同 。3 22 3 20 )( HE HEEnH ZZTKa aTKZZZL FK 设 计 计 算 ：校 核 计 算 ： m m 下午5时54分13 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算许 用 接 触 应 力 H,根 据 蜗 轮 材 料 的 不 同 ， 可 在 下 两 表 中 选 取 。1、 蜗 轮 材 料 为 灰 铸 铁 及 铸 铝 铁 青 铜 时 ， 其 许 用 应 力 直 接 在 下 表 选 取 ： 下午5时54分14 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算2、 蜗 轮 材 料 若 为 铸 锡 青 铜 ， 则 下 表 的 H为 基 本 许 用 接 触 应 力 ， 而 ：10 8 7 HHHNH NK nLjnN 260 下午5时54分15 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算Z的 大 小 ， 可 根 据 不 同 的 蜗 杆 齿 阔 曲 线 ， 由 下 图 确 定 ： 下午5时54分16 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算K=KAKVK, 其 中 KA为 使 用 系 数 ， 由 下 表 确 定 ：工 作 类 型载 荷 性 质 均 匀 无 冲 击 不 均 匀 、 小 冲 击 不 均 匀 、 大 冲 击每 小 时 启 动 次 数 50启 动 载 荷 小 较 大 大K A 1 1.15 1.2Kv为 动 载 系 数 ， 当 蜗 轮 速 度 v23m/s时 ， Kv=11.1 当 蜗 轮 速 度 v23m/s时 ， Kv=1.11.2K为 齿 向 载 荷 分 布 系 数 ， 载 荷 平 稳 时 ， K=1 载 荷 变 化 时 ， K=1.11.3 下午5时54分17 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算q蜗 轮 齿 根 弯 曲 疲 劳 强 度 计 算 ： bb YYZ KTdm YYmdd KT FaF FFaF 22 212 221 2 53.1 53.1设 计 计 算 ：校 核 计 算 ： m m 31401 cos 2322 bb YY xZZY vFa为 螺 旋 角 影 响 系 数 ， 查 得及 蜗 轮 变 位 系 数据为 蜗 轮 齿 行 系 数 ， 可 根 下午5时54分18 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算;10, ,K, 9 6 FNFF NKK FNFN 为 寿 命 系 数其 中蜗 轮 的 许 用 弯 曲 应 力 N=60jn2Ln由 下 表 选 取 ； ，后 蜗 轮 的 基 本 许 用 应 力数为 计 入 齿 根 应 力 校 正 系 2 saF Y注 ： 表 中 各 种 青 铜 的 基 本 许 用 弯 曲 应 力 为 应 力 循 环 次 数 N=106时 之 值 ， 当 N106时 ， 需 将 表 中 的 数 值 乘 以 KFN； 当 N25 107时 ， 取 N=25 107； 当 N105时 ， 取 N=105。 下午5时54分19 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的承载能力计算 下午5时54分20 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的热平衡计算由 于 传 动 效 率 较 低 ， 对 于 长 期 运 转 的 蜗 杆 传 动 ， 会 产 生 较 大 的 热 量 。如 果 产 生 的 热 量 不 能 及 时 散 去 ， 则 系 统 的 热 平 衡 温 度 将 过 高 ， 就 会 破坏 润 滑 状 态 ， 从 而 导 致 系 统 进 一 步 恶 化 。系 统 因 摩 擦 功 耗 产 生 的 热 量 为 ： )1(1000 1 P自 然 冷 却 从 箱 壁 散 去 的 热 量 为 ： )(2 aod ttS ad 箱 体 表 面 的 散 热 系 数 ， 可 取 ad(8.1517.45)W/(m2 )；S 箱 体 的 可 散 热 面 积 (m2)；t0润 滑 油 的 工 作 温 度 ( )； ta 环 境 温 度 ( )。 下午5时54分21 三、蜗轮蜗杆传动设计普通蜗杆传动的热平衡计算在 热 平 衡 条 件 下 可 得 ：SPtt dao )1(1000 此 式 可 用 于 系 统 热 平 衡 验 算 ， 一 般 to7080 )( )1(1000 aod ttPS 此 式 可 用 于 结 构 设 计当 自 然 冷 却 的 热 平 衡 温 度 过 高 时 ， 则 必 须 采 用 散 热 措 施 ， 如 ：加 散 热 片 以 增 大 散 热 面 积 或 在 蜗 杆 轴 端 加 装 风 扇 以 加 速 空 气 流 通 。加 冷 却 管 路 或 散 热 器 冷 却 。 下午5时54分22 二、蜗轮蜗杆传动设计设计实例 已 知 一 传 递 动 力 的 蜗 轮 蜗 杆 传 动 ， 蜗 杆 为 主 动 件 ， 所 传递 功 率 为 P=3 kw， 转 速 n1=960r/min， n2=70r/min， 载 荷 平 稳 ，试 设 计 此 蜗 杆 传 动 。 解 ： 由 于蜗轮蜗 杆 传 动 的 强 度 计 算 是 针 对 蜗 轮 进 行 的 ，而 且 对 载 荷 平 稳 的 传 动 ，蜗轮轮齿接触强度和热平衡计算所限定的承载能力，通常都是满足弯曲强度的要求，因此，本题只需进行接触强度和热平衡计算。 下午5时54分23 二、蜗轮蜗杆传动设计设计实例 1、 蜗 轮 轮 齿 齿 面 接 触 强 度 计 算 （ 1） 选 材 料 ： 确 定 许 用 接 触 压 力 H 蜗 杆 用 45钢 ， 表 面 淬 火 45-50HRC； 蜗 轮 用 ZCuSn10P1（ 10-1锡 青 铜 ） 砂 型 铸 造 。 由 表 查 得 H=200。 （ 2） 选 用 蜗 杆 头 数 z 1， 确 定 蜗 轮 齿 数 z2 传 动 比 i=n1/n2=960/70=13.71 因 为 传 动 比 不 大 ， 为 了 提 高 传 动 效 率 ， 可 选 z1=2 则 z2=iz1=13.71 2=27.42， 取 z2=27。 下午5时54分24 )mmN(4.327428nP1055.9nP1055.9T 2162262 设计实例 （ 3） 确 定 作 用 在 蜗 轮 上 的 转 矩 T2： 因 z1=2， 故 初 步 选 =0.08， 则 （ 4） 确 定 载 荷 系 数 K:因 载 荷 平 稳 ， 速 度 较 底 ， 取 K=1.1得 ： )mm(6.30874.3274281.120027500z 500dm 222H22 二、蜗轮蜗杆传动设计 查 表 取 m=8， d 1=80 mm 下午5时54分25 设计实例 （ 5） 计 算 主 要 几 何 尺 寸 ： 蜗 杆 分 度 圆 直 径 ： d1=80 mm 蜗 轮 分 度 圆 直 径 ： d2=mz2=8 27=216 mm 中 心 距 ： a=0.5(d1+d2)=0.5 (80+216)=148 mm 二、蜗轮蜗杆传动设计 s10 A )1(P1000ttt 2、热平衡计算 取s=15w/(m2C)；散热面积A1.1m2；效率=0.8C7060tC36.365.11.1 )8.01(31000ttt 0 故满足热平衡要求