圆柱蜗杆传动的热平衡计算一课件

61 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动62 圆柱蜗杆传动的主要参数圆柱蜗杆传动的主要参数 和几何尺寸和几何尺寸 概述概述63 蜗杆传动的失效形式、材料蜗杆传动的失效形式、材料 和结构和结构61 蜗杆传动的特点和类型第六章 蜗杆传动6165 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算66 圆柱蜗杆传动的效率、圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算64 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 65 圆柱蜗杆传动的强度计算66 圆柱蜗2概述概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，交错轴之间的传动，通常两轴交错角通常两轴交错角=90=90。传动中一般蜗杆是主动传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。件，蜗轮是从动件。蜗杆传动广泛应用于各蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。种机器和仪器中。概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，通36-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型一、一、蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点 二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型 6-1 蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动的特点 二、蜗杆4一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点优点：优点：结构紧凑结构紧凑;工作平稳、噪声小工作平稳、噪声小;传动比大传动比大;在在一定条件下，可以实现自锁。一定条件下，可以实现自锁。但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。缺点：缺点：按蜗杆形状分按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动一、蜗杆传动的特点优点：结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大5圆柱蜗杆按其螺旋面圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：的形状分为：阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动1、蜗杆的形状、蜗杆的形状2、蜗杆的旋向、蜗杆的旋向蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：阿基米德蜗杆渐开线蜗杆普通圆柱6端面齿廓形状为：端面齿廓形状为：切削刃的切削刃的平面通过平面通过蜗杆轴线蜗杆轴线NN法向剖面法向剖面II轴向剖面轴向剖面车刀切削刃夹角车刀切削刃夹角2 040端面齿廓形状为：切削刃的平面通过蜗杆轴线NN法向剖面II7切削刃的平面与基切削刃的平面与基圆或上或下相切。圆或上或下相切。切削刃的平面与基圆或上或下相切。8圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 9环面蜗杆环面蜗杆 环面蜗杆 10锥蜗杆锥蜗杆 锥蜗杆 1162 62 圆柱蜗杆传动的主圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何尺寸要参数和几何尺寸一、一、圆柱蜗杆传动的主要参数圆柱蜗杆传动的主要参数二、二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算62 圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何12在中间平面内在中间平面内一、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数1、模数模数 m 和压力角和压力角蜗轮加工蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆正确啮合条件：正确啮合条件：ma1=mt2=ma1=t2=20蜗杆轴向蜗杆轴向模数模数蜗轮端面蜗轮端面模数模数标准模数标准模数蜗杆轴向蜗杆轴向压力角压力角蜗轮端面蜗轮端面压力角压力角中间（主）平面中间（主）平面 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。a下标表示轴向参数下标表示轴向参数t下标表示端面参数下标表示端面参数在中间平面内一、圆柱蜗杆传动的主要参数1、模数 m 和压13 蜗杆导程角蜗杆导程角与蜗轮螺与蜗轮螺旋角旋角之关系之关系=90 时：时：=且旋向相同且旋向相同 z1=1、2、42、蜗杆头数蜗杆头数 z1、蜗轮齿数、蜗轮齿数 z2 及传动比及传动比 ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?d2/d1 但但 z1 少，效率低少，效率低要得到大传动比要得到大传动比时取：时取：z1=1 z1 过多过多,制造困难制造困难z2=i z1=26 80 常取常取 z2=32 63为提高效率可取：为提高效率可取：z1 1 蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系=90 时：143、蜗杆直径系数蜗杆直径系数 q 及导程角及导程角 d1 标准系列值标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化。便于刀具标准化。d1=m qq与导程角与导程角之关系：之关系：q =d1/m蜗杆直径系数：蜗杆直径系数：螺旋线导程螺旋线导程轴向齿距轴向齿距3、蜗杆直径系数 q 及导程角 d1 标准系列值 154、齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度 vs由此可见，由此可见，vs v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。在节点在节点C处，蜗杆速度处，蜗杆速度为为v1，蜗轮速度为，蜗轮速度为v2，则齿，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为对滑动速度为vs，有：，有：4、齿面间相对滑动速度 vs由此可见，vs v1、v16在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合蜗杆传动设计计算都以中间平17圆柱蜗杆传动的热平衡计算一课件18二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸计算见其他尺寸计算见P117表表6-2普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：传动比传动比 i 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i=d2/d1 i d2/d1 m、法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值中间平面为标准值 1=-2=,旋向相同旋向相同 d1 d1=mnz1/cosd1=mq,且为标准值且为标准值 二、几何尺寸计算中心距 a=(d1+d2)/2=m(q1912-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、材料和结构材料和结构 一、一、蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的失效形式及材料选择 二、二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆和蜗轮结构12-3 蜗杆传动的失效形式、20一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1、失效形式、失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损和轮齿断裂等齿面磨损和轮齿断裂等 由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。碳素钢碳素钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火蜗蜗 杆杆合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡铸锡青铜青铜 ZCuSn10P1 适合高速适合高速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载减摩性好减摩性好2、材料选择、材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1、失效形式齿面点蚀齿面胶合21二、二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆和蜗轮结构蜗杆结构蜗杆结构蜗轮结构蜗轮结构蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。轮齿部分轮齿部分青铜青铜 轮毂部分轮毂部分钢钢 二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆结构蜗轮结构蜗杆绝大多数和轴制成一体，22圆柱蜗杆传动的热平衡计算一课件2312-4 12-4 圆柱圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析 1、确定蜗轮的旋转方向确定蜗轮的旋转方向2、蜗杆与蜗轮作用力判断蜗杆与蜗轮作用力判断12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析 1、确定蜗轮的旋转方向2241、确定蜗轮的旋转方向、确定蜗轮的旋转方向 蜗轮的旋转方向与蜗杆的蜗轮的旋转方向与蜗杆的旋向旋向和蜗杆的和蜗杆的旋转方旋转方向向有关。有关。方法：方法：左右手定则左右手定则左旋蜗杆用左手定则判断左旋蜗杆用左手定则判断右旋蜗杆用右手定则判断右旋蜗杆用右手定则判断判断时把判断时把蜗杆看成螺杆，蜗杆看成螺杆，蜗轮蜗轮看成螺母看成螺母1、确定蜗轮的旋转方向 蜗轮的旋转方向与蜗杆的25用右手定则判断用右手定则判断1、四指弯曲与、四指弯曲与蜗杆转动方向一蜗杆转动方向一致。致。2、拇指的指向、拇指的指向为螺杆相对螺母为螺杆相对螺母前进的方向。前进的方向。用右手定则判断1、四指弯曲与蜗杆转动方向一致。2、拇指的指向26用左手定则判断用左手定则判断左旋蜗杆左旋蜗杆用左手定则判断左旋蜗杆272、蜗杆与蜗轮受力分析、蜗杆与蜗轮受力分析圆周力圆周力Ft1 蜗杆传动的受力蜗杆传动的受力分析分析同斜齿轮相似。同斜齿轮相似。齿面上的法向力齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂分解成三个相互垂直的分力，分别为：直的分力，分别为：轴向力轴向力 Fa1 径向力径向力 Fr1 蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮圆周力圆周力Ft2 轴向力轴向力 Fa2 径向力径向力 Fr2 2、蜗杆与蜗轮受力分析圆周力Ft1 蜗杆传28各力方向：各力方向：1、蜗杆上的圆周力、蜗杆上的圆周力Ft1起阻起阻力作用，其方向与蜗杆回转力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。方向相反。蜗轮上的圆周力蜗轮上的圆周力Ft2起驱起驱动作用，其方向与蜗轮回转动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。方向相同。2、径向力、径向力Fr分别指向各自的圆心。分别指向各自的圆心。3、蜗杆轴向力、蜗杆轴向力Fa1，按，按“左、右手定则左、右手定则”来判断。来判断。蜗轮轴向力蜗轮轴向力Fa2与与蜗杆圆周力蜗杆圆周力Ft1方向相反。方向相反。各力方向：1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，其方向与蜗杆29各力关系：各力关系：各力大小：各力大小：各力关系：各力大小：30125 圆柱蜗杆传动的圆柱蜗杆传动的 强度计算强度计算125 圆柱蜗杆传动的 31一、齿面接触疲劳强度计算一、齿面接触疲劳强度计算1 1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2 2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮特点：特点：因此，因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导一、齿面接触疲劳强度计算1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原32设计公式设计公式 说明：说明：由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，一般参照斜齿圆柱齿轮作近比接触强度大得多，一般参照斜齿圆柱齿轮作近比接触强度大得多，一般参照斜齿圆柱齿轮作近比接触强度大得多，一般参照斜齿圆柱齿轮作近似计算。似计算。似计算。似计算。二、轮齿的弯曲强度二、轮齿的弯曲强度设计公式 说明：由于齿形的原因，通常蜗33验算公式验算公式 设计公式设计公式 验算公式 设计公式 3412-6 12-6 圆柱蜗杆传动的效率、圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算一、一、圆柱蜗杆传动的效率圆柱蜗杆传动的效率二、二、圆柱蜗杆传动的润滑圆柱蜗杆传动的润滑三、三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算圆柱蜗杆传动的热平衡计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、35一、一、圆柱蜗杆传动的效率圆柱蜗杆传动的效率=123 与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：230.950.97轮齿啮合的功率损耗轴承中摩擦损耗 搅动箱体内润滑油的油阻损耗 啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：故：故：故：故：一、圆柱蜗杆传动的效率=123 与齿轮传动类似：36设计之初，设计之初，未知，可按未知，可按 z1 初选：初选：由上式可知，由上式可知，由上式可知，由上式可知，z z1 1 z1=1 时，时，=0.70.75 z2=2 时，时，=0.750.82 z2=4 时，时，=0.870.92 当当 时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低 4 m/s时蜗杆上置时蜗杆上置有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 三、三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算圆柱蜗杆传动的热平衡计算对象对象 连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动目的目的 控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合二、圆柱蜗杆传动的润滑 一般情况下，采用浸油润滑vs 很大38 闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱体内的油温体内的油温 t（C）和周围空气温度）和周围空气温度 t0（C）之差）之差不超过允许值：不超过允许值：如果超过温差允许值，可如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：采用下述冷却措施：闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱体39圆柱蜗杆传动的热平衡计算一课件40