蜗杆传动概述

第六章 蜗杆传动,6-1 蜗杆传动概述,按蜗杆形状分,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的特点：,结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大,但效率低；制造成本较高,6-1 概述,用于空间交错轴间的传动，通常,=90,蜗杆传动的类型：,环面蜗杆传动,锥面蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,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,6-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算,一、主要参数,1. 模数,m,和压力角,中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合,在中间平面内为标准值,m,x1,=,m,t2,=,m,x1,=,t2,=,= 20,2、蜗杆分度圆直径,d,1、,导程角,及直径系数,q,刀具数量,同一,m,的蜗杆，应对直径,d,1,进行限制,d,1,为标准值,d,1,p,x,p,x,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,z,1,和,的变化，,d,1,是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。,d,1,m,表6-1,6-2 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算,蜗杆直径系数,q,d,1,、m,为标准值,q,为导出值,不一定为整数。,m,一定时，,qd,1,蜗杆刚度,z,1,= 1 4,3. 蜗杆头数,z,1,、,蜗轮齿数,z,2,及传动比,i,i,=,n,1,/,n,2,=,z,2,/,z,1,=,d,2,/,d,1,?,d,2,/,d,1,但,z,1,少，效率低,z,1,过多,制造困难,z,2,=,i z,1,=28 80,常取,z,2,= 32 63,传递动力时:头数,z,1, 采用,多头蜗杆,传递运动时:保证自锁(,),z,1,采用,单头蜗杆,三. 蜗杆传动的正确啮合条件,1,=,2,蜗杆传动的正,确啮合条件,1,=,2,O,1,O,1,O,2,O,2,2,二、几何尺寸计算,中心距,a,=(,d,1,+,d,2,)/2 =,m,(,q,+,z,2,)/2,其他尺寸计算见表6-2,材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度,碳 钢 45号钢 调质或淬火,6-3 蜗杆、蜗轮的材料及结构,蜗 杆,合金钢 20,C,r,、20C,r,M,n,T,i,、40C,r,铸锡青铜,ZC,u,S,n,10P1 ,适合高速,蜗 轮,铸铝青铜,ZC,u,Al,9F,e,3 ,低速重载,灰铸铁,HT200 ,低速轻载,减摩性好,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,蜗杆结构,为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,整体式蜗轮,齿圈式蜗轮,镶铸式蜗轮,螺栓联接式蜗轮,观看涡轮照片,蜗轮结构,一、,受力分析与计算载荷,1.受力分析,圆周力：,轴向力：,(蜗杆主动),啮合效率,忽略,F,f,，F,n,径向力：,6-4,蜗杆传动受力分析与强度计算,方向判定：,2）蜗轮转向,1）各分力方向,F,r,：,指向各自轮心,F,t,蜗杆,与,n,1,反向,蜗轮,与,n,2,同向,F,a,蜗杆,：,左、右手定则,蜗轮：,运用,：,Fa1（,左、右手定则）,F,t2,蜗轮转向,已知：,n,1,、,旋向,n,2,练习：,已知：蜗杆轴为输入， 轴为输出，轴转向如图，欲使轴上轴向力相抵消一部分 。,试：确定各轮转向、旋向。,1.,n,4, n,3, n,2, F,t2, F,a1,2.,F,a3, F,a2, F,t1,n,1,蜗轮右旋,n,4,输出,1,2,3,4,蜗杆右旋,二、滑动速度和失效形式,设蜗杆的圆周速度为,V,1,，,蜗轮的圆周速度为,V,2,，V,1,与,V,2,呈90，则齿廓间产生的相对滑动速度,由于,V,S,比蜗杆圆周速度还大，,故引起较严重的磨损和发热。,蜗杆传动受力分析与强度计算,1、滑动速度,V,S,2.计算载荷,：,K,T,2,=, i K,T,1,K,= 11.4,d,1,d,2,2,1,1,v,1,v,s,v,2,载荷平稳、,v,s,3m/s,时，取小值,2、失效形式和设计准则,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上,对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度,设计准则：,闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，,开式蜗杆传动主要是控制因磨损而引起的蜗轮轮齿的,折断，按,齿根,弯曲疲劳强度条件,设计,计算,或校核,计算,。,1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）,2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合， 蜗轮类似斜齿轮,三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算,特点：,因此， 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,蜗轮齿面接触强度条件 ,设计式 ,说明：,计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，,T,2,=, i T,1,m,、,d,1,相互关联，,故,设计时,计算,m,2,d,1,，,m,2,d,1,求出后，查表6-1选择合适的,m,、,d,1,如：,m,2,d,1,4800，,则,m,8 、,d,1,80,6-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、效率,=,1,2,3,与齿轮传动相同：,啮合效率类似于螺旋副：,2,3,0.950.96,故：,设计之初，,未知，可按,z,1,初选：,由此可知，,z,1, ,z,1,= 1,时，,= 0.70.75,z,2,= 2,时，,= 0.750.82,z,2,= 4,时，,= 0.870.92,自锁时，, 4 m/s,时蜗杆上置,有利于润滑,避免过大的搅油损失,蜗杆下置,蜗杆上置,三、蜗杆传动的热平衡计算,对象 ,连续工作的闭式蜗杆传动,t,油温,时间,t,热平衡时的油温,目的 ,控制油温，防止胶合,热平衡时，单位时间内：发热量 = 散热量,H,1,=,P,1,-,P,2,= 1000,P,1,（1 -,）,W,单位时间内的发热量：,单位时间内的散热量：,H,2,=,K,t,A,（,t,-,t,0,）=,K,t,A,t,W,K,t,散热系数,自然方式冷却时,K,t,= 1017,A,箱体散热面积,箱体暴露在空气中的部分,近似计算：,蜗杆传动中心距,t,0,环境温度,常取,t,0,= 20 ,t,温 升,热平衡时：,1000,P,1,（1 -,）=,K,t,A,t,则热平衡计算式：,若,t,t,，,则采取措施提高散热能力：,在箱壳外表面加铸散热片,以增加散热面积,A,蜗杆轴端装风扇加速空气流通,以增大散热系数,K,t,同时沿气流方向配置散热片,箱体油池内放置蛇形冷却水管,喷油润滑循环冷却,自然通风时竖直布置,11.6 蜗杆传动的强度计算,