蜗杆传动设计

机械设计基础 蜗杆传动 6-1 概 述 6-2 基 本 参 数 和 几 何 尺 寸 6-3 运 动 学 及 效 率 6-4 蜗 杆 、 蜗 轮 的 材 料 及 结 构 6-5 蜗 杆 传 动 的 强 度 计 算 6-6 热 平 衡 计 算v 基 本 要 求 :v 掌 握 蜗 杆 传 动 的 几 何 参 数 的 计 算 、 选 择 方 法v 掌 握 进 行 蜗 杆 传 动 的 力 分 析 、 强 度 计 算v 了 解 蜗 杆 传 动 的 热 平 衡 原 理 和 计 算 方 法 一 、 蜗 杆 传 动 及 其 特 点二 、 蜗 杆 传 动 的 类 型机械设计基础 蜗杆传动 一、蜗杆传动及其特点机械设计基础 蜗杆传动2 特 点v 传 动 比 大 ： 一 般 传动 i=780; v 结 构 紧 凑v 传 动 平 稳 ， 噪 声 小 v 效 率 低v 成 本 高1 组 成 和 应 用v 通 常 二 轴 交 角 90v 蜗 杆 主 动 ， 蜗 轮 被 动蜗杆蜗轮 二、蜗杆传动的类型机械设计基础 蜗杆传动v 环 面 蜗 杆v 锥 蜗 杆 按 蜗 杆 整 体 形 状 分 ：v圆 柱 蜗 杆 二、蜗杆传动的类型机械设计基础 蜗杆传动v 环 面 蜗 杆v 锥 蜗 杆 按 蜗 杆 整 体 形 状 分 ：v圆 柱 蜗 杆 圆柱蜗杆机械设计基础 蜗杆传动v 渐 开 线 蜗 杆 (ZI蜗 杆 )v 法 向 直 廓 蜗 杆 (ZN蜗 杆 )v 锥 面 包 络 蜗 杆 (ZK蜗 杆 )v 圆 弧 面 蜗 杆 (ZC蜗 杆 )按 螺 旋 面 形 状 分v 阿 基 米 德 蜗 杆 (ZA蝇 杆 ) 2轴面呈齿条（直廓）阿基米德螺旋线刃面过轴面 渐开线dbII III IIII IIIII IIIIIIIIII凸廓直廓刃面切于基圆柱面凸廓 一 、 主 要 参 数 及 几 何 尺 寸二 、 正 确 啮 合 条 件机械设计基础 蜗杆传动 一、主要参数及几何尺寸机械设计基础 蜗杆传动1 模 数2 压 力 角3 导 程 角4 分 度 圆 直 径5 中 心 距 d1 p2 d a2d2df 2 df1da1 hahf h 1 模 数机械设计基础 蜗杆传动v m x1 = mt2=mv 具 体 见 表 6-1（ GB/T 10085-88）v 从 主 平 面 看 ， 蜗杆 齿 形 是 标 准 齿条 齿 形 ， 蜗 轮 齿形 是 渐 开 线 齿 轮齿 形v 啮 合 传 动 类 似 于齿 轮 齿 条 运 动 d1 p 2 压 力 角机械设计基础 蜗杆传动v GB/T 10088-88规 定 ： v 阿 基 米 德 蜗 杆 ： =20v 动 力 传 动 ： =25v 分 度 传 动 ： =12 、 15v 从 主 平 面 看 ， 蜗 杆齿 形 是 标 准 齿 条 齿形 ， 蜗 轮 齿 形 是 渐开 线 齿 轮 齿 形v 啮 合 传 动 类 似 于 齿轮 齿 条 运 动 d1 Bp2 3 导 程 角机械设计基础 蜗杆传动 v 根 据 正 确 啮 合 条 件 ， 1= 2（ 蜗 轮 的 螺 旋 角 ）v 从 整 体 看 ， 蜗 杆 蜗 轮齿 面 间 的 相 对 运 动 类似 于 螺 旋 传 动v 蜗 杆 的 导 程 角 相 当 于螺 纹 的 螺 旋 升 角 pz1p z1pd1111111tan dmzdmzdpz 4 分 度 圆 直 径机械设计基础 蜗杆传动v 蜗 轮 分 度 圆 直 径 同 齿 轮v d 2=mz2v 蜗 杆 分 度 圆 标 准 化， 以 限 制 刀 具 数v d1与 模 数 相 匹 配v 见 表 6-1 d1 Bp a2 da2d2df 2 df1da1 hahf h da2 5 中 心 距机械设计基础 蜗杆传动 v 其 余 几 何 尺 寸 见 表 6-2v 反 映 功 率 大 小 2121 )(21 rrdda ad1 Bp de22 da2d2df 2 df1da1 hahf h 二、正确啮合条件机械设计基础 蜗杆传动 v 正 确 啮 合 条 件 ： mx1 = mt2=m x1 = t2= 1= 2v 旋 向 相 同 , 即 蜗 杆 、 蜗 轮 同 为 左 旋 ， 或 同 为 右 旋v 主 平 面 (中 间 平 面 ):通 过 蜗 杆 轴 线 并 垂 直 与 蜗 轮 轴 线 的 平 面1b 2b 2fd 2ad2d 2cd 1d1fd1ad a 啮合特点机械设计基础 蜗杆传动 v 几 何 尺 寸 计 算 上 ， 按 主 平 面 的 参 数 仿 照 齿 轮 进 行 计 算v 受 力 上 ， 与 斜 齿 轮 相 似v 从 整 体 看 ， 蜗 杆 蜗轮 齿 面 间 的 相 对 运动 类 似 于 螺 旋 传 动v 从 主 平 面 看 ， 蜗 杆齿 形 是 标 准 齿 条 齿形 ， 蜗 轮 齿 形 是 渐开 线 齿 轮 齿 形 ， 啮合 传 动 类 似 于 齿 轮齿 条 运 动 d1 Bp da2 a2 da2d2df 2L df1da1 hahf h 三、齿数和传动比机械设计基础 蜗杆传动 v z2 = i12 z1, (通 常 2970)v 从 整 体 看 ， 蜗 杆 蜗轮 齿 面 间 的 相 对 运动 类 似 于 螺 旋 传 动v 蜗 杆 的 齿 数 即 蜗 杆的 头 数 ， z1 = 1, 2, 4、 6， 取 小 i ，, 自 锁 性 好 d1122112 zznni v2 ,va112dd ?12dd v 材 料 要 求 ： 减 摩 性 好 、 耐 磨 、 抗 胶 合 、 足 够 的 强 度一、蜗杆的材料v 高 的 强 度 、 刚 度 及 光 洁 度v 碳 钢 45号 钢 调 质 或 淬 火v 合 金 钢 20Cr、 20CrMnTi(渗 碳 淬 火 )、 40Cr (表 面 淬 火 )二、蜗轮的材料 v 减 摩 、 抗 胶 合 、 抗 点 蚀v 铸 锡 青 铜 ZCuSn10P1 适 合 高 速v 铸 铝 青 铜 ZCuAl 9Fe3 低 速 重 载 v 灰 铸 铁 HT200 低 速 轻 载 机械设计基础 蜗杆传动 三、蜗杆结构机械设计基础 蜗杆传动v 通 常 为 整 体 式 蜗 杆 轴 四、蜗轮结构机械设计基础 蜗杆传动v 通 常 为 组 合 式 一 、 失 效 形 式 及 设 计 准 则二 、 受 力 分 析三 、 轮 齿 表 面 的 接 触 强 度 计 算四 、 轮 齿 的 弯 曲 强 度 计 算机械设计基础 蜗杆传动 一、失效形式及设计准则机械设计基础 蜗杆传动2 设 计 准 则 主 要 考 虑 蜗 轮v 开 式 齿 轮 传 动 ： 齿 面 磨 损 、 轮 齿 折 断 v 保 证 齿 根 疲 劳 强 度v 闭 式 齿 轮 传 动 ： 齿 面 胶 合 、 点 蚀v 按 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 设 计 ， 齿 根 疲 劳 强 度 校 核v 另 外 ， 还 应 作 热 平 衡 计 算1 失 效 形 式v 失 效 ： 胶 合 、 磨 损 、 点 蚀 、 齿 根 折 断 蜗 轮 轮 齿v 开 式 齿 轮 传 动 ： 齿 面 磨 损 、 轮 齿 折 断v 闭 式 齿 轮 传 动 ： 齿 面 胶 合 、 点 蚀v 由 于 蜗 轮 材 料 强 度 低 ， 失 效 通 常 发 生 在 蜗 轮 轮 齿 上 二、受力分析机械设计基础 蜗杆传动v 作 用 力 的 大 小 ：受 力 分 析 类 似 斜 齿 传 动蜗 杆 、 蜗 轮 旋 向 相 同蜗 杆 三 个 分 力 ： Fr1, Ft1, Fa1蜗 轮 三 个 分 力 ： Fr2, Ft2, Fa2 Ft1 Fa2Fr1Fr2Fa1 Ft2tgFFF trr 221 1121 2 dTFF at 2221 2 dTFF ta mmNnPTiT 32112 109550 v 径 向 力 的 判 断 方 法 ：v 指 向 各 自 圆 心v 圆 周 力 的 判 断 方 法 ：v 利 用 转 向 判 断v 轴 向 力 的 判 断 方 法 ：v 蜗 杆 左 、 右 手 方 法v 主 动 轮 为 右 旋 ， 握 紧 右 手 ， 四 指 弯 曲方 向 表 示 主 动 轮 的 回 转 方 向 ， 拇 指 的指 向 即 为 作 用 在 主 动 轮 上 轴 向 力 的 方向 ； 若 主 动 轮 为 左 旋 ， 用 左 手作用力的方向机械设计基础 蜗杆传动 v 蜗 轮 的 转 向 ： 与 Fa1反 向 Ft1 Fa2Fr1Fr2Fa1 Ft2 三、轮齿表面的接触强度计算机械设计基础 蜗杆传动v 校 核 公 式 ：v 设 计 公 式 ：特 点 ：v 强 度 计 算 主 要 针 对 蜗 轮 轮 齿 （ 材 料 原 因 ）v 中 间 平 面 内 相 当 于 齿 条 与 齿 轮 啮 合 ， 蜗 轮 类 似 于 斜 齿 轮v 蜗 轮 轮 齿 的 强 度 计 算 与 斜 齿 轮 相 似MPadKTd HH 510 122 3 22212 )510( mmKTzdm Hv说 明 ：1 z1、 z1的 选 择 ： z1 查 表 6-1, 根 据 传 动 比 选 择 ； z226282 载 荷 系 数 K： 据 经 验 选 择 , 见 p2443 许 用 接 触 应 力 ： 表 6-3、 6-4 四、轮齿的弯曲强度计算机械设计基础 蜗杆传动v 说 明 ：v 由 于 齿 形 的 原 因 ， 通 常 蜗 轮 轮 齿 的 弯 曲 强 度 比 接 触 强 度 大得 多 v 故 在 受 强 烈 冲 击 、 z2特 多 或 开 式 传 动 中 计 算 弯 曲 强 度 才 有意 义v 校 核 公 式 ：v 设 计 公 式 ： MPazdm YKT FFF cos2.2 212 2 32 212 2.2 mmz YKTdm F F 一 、 目 的 及 对 象二 、 计 算 方 法三 、 提 高 散 热 能 力 方 法机械设计基础 蜗杆传动 一、目的及对象机械设计基础 蜗杆传动v二、计算方法v 热 平 衡 时 ， 单 位 时 间 内 ： 发 热 量 = 散 热 量v 单 位 时 间 内 的 发 热 量 (由 于 摩 擦 损 耗 引 起 )：v Q1=1000P1(1-)v 单 位 时 间 内 的 散 热 量 ： v Q2=htA(t-t0)v Q1=Q2， 则 温 升v 对 象 连 续 工 作 的 闭 式 蜗 杆 传 动v 目 的 控 制 油 温 ， 防 止 胶 合AhPttt t )1(1000 10 v使 用 时 控 制 ：v油 温 t一 般 限 制 在6070 ， 不 超 过 80v温 升 t5060 三、提高散热能力方法机械设计基础 蜗杆传动v增 大 散 热 面 积 ；v提 高 散 热 系 数 ： 在 蜗 杆 轴 端 加 装 风 扇v箱 内 装 冷 却 水 管 四、滑动速度机械设计基础 蜗杆传动v 润 滑 、 散 热 不 良 时 ： 易 产 生 磨损 、 胶 合 v 充 分 润 滑 时 ： 有 利 于 油 膜 的 形成 ， 滑 动 速 度 越 大 ， 摩 擦 系 数越 小 ， 提 高 了 传 动 效 率v 相 对 滑 动 速 度 很 大 产 生 的 利 弊 ： d1 v2 ,va1v1v2vssmndvvs cos60000cos 111 五、传动效率机械设计基础 蜗杆传动v 轴 承 及 搅 油 损 失 效 率 2：v 滚 动 轴 承 ： 2=0.980.99v 滑 动 轴 承 ： 2=0.970.98v 设 计 之 初 ， 未 知 ， 可 按 z1 初 选 ：v z1 = 1 时 ， = 0.70.75 v z1= 2 时 ， = 0.750.82 v z1= 4 时 ， = 0.850.92 v 啮 合 效 率 1类 似 于 螺 旋 副 ： d1 v2 ,va121 )tan(tan1