蜗杆传动的失效形式(精品)

,13.,1,概述,13.,2,蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,13.,3,蜗杆传动的基本参数,13.,4,蜗杆传动的几何计算,13.,5,蜗杆传动的受力分析和效率计算,13.,6,蜗杆传动的强度计算,13.,7,蜗杆轴挠度计算,13.,8,温度计算,13.9,蜗杆传动得润滑,第11,章 蜗杆传动,13.,1,概述,13.,1.1,特点,和应用,蜗杆传动多用于减速，以蜗杆为原动件。也可用于增速，齿轮比单级为515，但应用很少。,蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下，两轴在空间是相互垂直的，轴交角为90度。,最大传动功率可达750,kW，,通常用在50,kW,以下；最高滑动速度可达35,m/s。,13.,1,概述,蜗杆传动的特点,蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。但传动比大的时候传动效率很低，只能用在功率小的场合。,传动平稳，无噪声，冲击振动小。,缺点：在制造精度和传动比相同的条件下，效率比齿轮传动低，同时蜗杆一般需用贵重的减磨（如青铜）制造。,与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少，结构尺寸小，重量轻。,13.1 概述,圆柱蜗杆传动,（,见,图13.2,）,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,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；详见,13.11节,13.,1.2,蜗杆传动的类型,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。,阿基米德蜗杆,（,ZA,型）,其螺旋面的形成与螺纹的形成相同。通常,在无需磨削加工的情况下广泛采用，需要时要采用特制截面形状的,砂轮。中间平面（参看,图,13.7,）。阿基米德螺线。,渐开线蜗杆,（,ZI,型）,端面齿廓为渐开线，与蜗杆基圆柱相切的截面,上齿廓是直线，所以使用专用机床可以用平面砂轮磨削，容易得到,高精度。,法向直廓蜗杆,（,ZN,型）,螺线的导程角很大。加工时刀具的切削平,面在垂至于齿槽（或齿厚）中点螺旋线的法平面内。可以磨 削出,极接近于延伸渐开线蜗杆的轮廓，可与蜗轮得到正确啮合,圆弧,圆柱蜗杆传动（,ZC,型）,用具有圆弧形刀刃的刀具切出具有凹,圆弧齿廓的螺旋线。（参看,图13.3,）在基本条件相同时，比普通,圆柱蜗杆传动承载能力约大50，效率约高815。传动比大、,速度高时效果更为明显。,按,蜗杆形状不同分类,13.1 概述,13.,1.2,蜗杆传动的类型,一般采用右旋。两者原理相同，计算方法也相同，只是作用力的方向不同（径向力除外）。,单头,主要用于传动比较大的场合，要求自锁的传动必须采用单头。,多头,主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。,按,蜗杆螺旋线不同分类,按,蜗杆头数不同分类,13.1 概述,13.,1.3,精度等级的选择,蜗杆的制造,蜗杆可以在车床上切制，也可在特种铣床上,用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。为了保证正确的啮合，,蜗轮要用与蜗杆同样大小的滚刀来切制。,蜗杆的等级选择,由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传,动大，所以制造等级对它的影响比齿轮传动的更显著。,蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动要按照,69级精度制造。,对于测量、分度等要求运动精度高的传动要按照5级或5,级以上的精度制造。,表13.1,列出了6到9级精度等级的应用范围、制造方法、表面粗糙度和许用滑动速度。,13.2,蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,13.2.,1,蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的失效形式和齿轮传动类似，有,疲劳点蚀、胶合、磨损、轮齿折断,等。,在蜗杆传动中，点蚀通常只出现在蜗轮轮齿上。,蜗轮轮齿的磨损比齿轮传动严重得多。这是由于啮合处得相对滑动较大所致。在开式传动和润滑油不清洁得比试传动中，磨损尤其明显。,一般地，蜗轮地强度较弱，所以失效总是在蜗轮上发生。又，蜗轮和蜗杆间地相对滑动较大，比齿轮传动更容易产生胶合和磨粒磨损。而，蜗轮轮齿地材料通常比蜗杆材料软得多，发生胶合时蜗轮表面的金属会粘到蜗杆螺旋面上。,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,13.2.,2,材料选择,考虑到蜗杆传动难于保证高的接触精度，滑动速度又较大，以及蜗杆变形等因素，蜗杆和蜗轮材料不能都用硬材料制造：其一（通常是蜗轮）用减摩性良好的软材料来制造。,蜗轮材料,铸锡青铜,适用于滑动速度在1226,m/s,范围内和持续运转的工况。离心铸造可得到致密的结晶粒组织，可取大值；砂型铸造的取小值。,铸铝青铜,适用于滑动速度小于10,m/s,的工况。抗胶合能力差，蜗杆硬度应不低于45,HRC。,铸铝黄铜,点蚀强度高，但抗磨性差，宜用于低滑动速度场合。,灰铸铁和球墨铸铁,适用于滑动速度小于2,m/s,的工况。前者表面硫化处理有利于减轻磨损，后者与淬火蜗杆配对能用于重载场合；直径较大的蜗轮常用铸铁。,蜗轮材料的力学性能和设计数据参看,表13.2,。,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,蜗杆材料,若按热处理不同分：,硬面蜗杆,和,调质蜗杆,。,首先应考虑选用硬面蜗杆。渗碳钢淬火或碳钢表面/整体淬火磨削；氮化钢渗氮处理抛光，用于要求持久性高的传动中。,只有在缺乏磨削设备时才选用调质蜗杆。受短时冲击的蜗杆，不宜用渗碳钢淬火，最好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配对时有利于提高传动的承载能力和滑动速度。,蜗杆材料数据参看,表13.3,若按材料分类，主要有碳钢和合金钢。若蜗轮直径很大，可采用青铜蜗杆，同时蜗轮用铸铁。,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,13.2.3,蜗杆和蜗轮的结构,1.,蜗杆的结构,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体，很少做成装配式的。下面是两个常见的蜗杆结构。,齿根圆直径小于轴径，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,齿根圆直径大于轴径，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工。,2,.,蜗轮的结构,可以制成整体的或组合的。组合齿轮的齿冠可以铸在或用过盈配合装在铸铁或铸钢的轮心上，常用的配合是,H7/r6。,当蜗轮直径较大时，可采用螺栓联接，最好采用受剪螺栓（铰制孔）联接。,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,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,13.3,圆柱蜗杆传动的基本参数,垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。（参阅课本第,206,页,表12.2,）只是顶隙,c0.2m（,必要时0.15,m1m/s,时应取,小值。表13.6中的滑动速度按下式计算：,13.,5,蜗杆传动的受力分析和效率计算,普通蜗杆传动的承载能力计算,2,这部分的功耗和蜗轮或蜗杆的浸油深度和速度、油的粘度以及箱体的内部结构有关。一般地，这部分功耗不大，,h,2,可取0.99。,油的搅动和飞溅损耗时的效率,导程角式影响蜗杆传动啮合效率最主要的参数之一。由式13.12可以解出当导程角为（45,v,/2）,度时，啮合效率最大。再有，从,图13.10,可以看出当导程角超过28度时，效率随导程角的变化很慢，考虑制造上的问题，,实际中导程角一般小于27度,。,蜗杆传动中，多数用滚动轴承，故,h,3,可取0.99；若采用滑动轴承,h,3,可取0.980.99。,轴承效率,由以上分析可见，,蜗杆传动的效率主要时是传动的啮合效率，影响啮合效率的因素中，导程角起着主导作用。,13.,6,圆柱蜗杆传动的强度计算,蜗杆传动的强度计算主要为齿面接触、轮齿弯曲疲劳强度计算。在这两个计算中，,蜗轮轮齿都是薄弱环节,。,闭式传动,：传动尺寸主要取决于齿面的接触疲劳强度以防止齿面的点蚀和胶合，但须校核轮齿的弯曲疲劳强度。,开式传动,，传动尺寸主要取决于轮齿的弯曲疲劳强度，毋须进行齿面疲劳强度计算。,此外，蜗杆传动还须进行蜗杆挠度和传动温度的计算，两者都是验算性质的。,在,进行蜗杆强度计算之前，除应知道传动功率和载荷性质、转速及其变动的情况等数据外，还要知道其他一些情况，如蜗杆主动或被动，蜗杆上置或下置，蜗杆齿形，环境通风状况，允许传动最高温度等。,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,13.6.1,初选,d,1,/,a,值,中心距,a,在蜗杆传动中是最基本的尺寸，其大小决定了传动的承载能力和传动的外廓尺寸。蜗杆的,d,1,/,a,值是,蜗杆传动的重要参数，其大小将影响传动的工作性能，如：齿面接触疲劳强度，蜗杆轴的刚度，传动的啮合效率和传动的工作温度等。,选取：按照,图13.11,进行。选取时注意：在按照传动比任意选择了,A,点以后，采用,d,1,/,a,，,齿面接触疲劳强度，传动中心距，,蜗杆刚度，但啮合效率，润滑油温度,。,为此，建议在图13.11中间区域选取,A,点为宜。,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,13.6.2,蜗轮齿面接触疲劳强度计算,蜗杆传动不产生接触疲劳点蚀的强度条件为,上式适合于校核计算。用作设计计算时，传动中心距可用下式计算,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,式13.14和式13.15中，,T,2,蜗轮转矩，,N,mm,；,K,A,使用系数，和齿轮传动一样，可见,表12.9,；,Z,E,弹性系数，（,MPa,）,1/2,，,可以根据蜗杆副材料由,表13.2,查出，或用,式12.8,计算出；,Z,考虑齿面曲率和接触线长度影响的接触系数，可由,图13.12,查出；,Z,n,转速系数；,Z,h,寿命系数；,Hlim,接触疲劳极限，,MPa,，,由,表13.2,选取；,S,Hlim,接触疲劳强度的最小安全系数，可取11.3。,下面讨论式13.14和式13.15中的几个参数。,蜗杆转矩,T,2,。,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,转速系数,Z,n,。,这是计及齿面曲率和接触线长度对接触应力的影响系数，系由沿啮合线的赫兹应力平均值得来。,d,1,和,m,均取标准值，,z,1,和,z,2,均取整数。利用,tan,m z,1,/,d,1,的,关系求出蜗杆导程角,设计计算时，求得中心距,a,需圆整为标准值，进而用下列公式求蜗杆直,径、蜗杆头数和模数,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,寿命系数,Z,h,。,式中,L,h,为载荷不变时的寿命时数，,h,。,因寿命不宜过短，故规定寿命系数应小于1.6，即,L,h,应大于1500,h。,只有在间歇、短时运转下工作的蜗杆传动才允许寿命系数大于1.6。,上式中,T,hv,为与,L,hv,相应的当量蜗轮转矩，通常取载荷最大或工作时间最长的蜗轮转矩作为当量蜗轮转矩。,在变载情况下，式13.19中的,L,h,应为,当量寿命,L,hv,。,可按,下式计算,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,接触系数,Z,。,这是计及齿面曲率和接触线长度对接触应力的影响系数，系由沿啮合线的赫兹应力平均值得来。,d,1,和,m,均取标准值，,z,1,和,z,2,均取整数。利用,tan,m z,1,/,d,1,的,关系求出蜗杆导程角,设计计算时，求得中心距,a,需圆整为标准值，进而用下列公式求蜗杆直,径、蜗杆头数和模数,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度取决于轮齿模数的大小。由于轮齿结构比较复杂，其弯曲疲劳强度难于精确计算，只好进行条件性的估算。,式中,Flim,齿根弯曲疲劳极限，见,表13.2,；,S,Flim,最小安全系数，可取1.4；,b,2,、,d,2,蜗轮的宽度和直径，计算公式参见,表13.5,。,13.6.3,蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算,13.7 蜗杆轴挠度计算,蜗杆轴的挠曲主要是由圆周力和径向力造成的，轴向力的影响可以忽略。假设轴两端为自由支撑，则圆周力和径向力在轴的啮合部分的挠去量为,两者合成，得蜗杆轴得最大挠去量应满足下列条件,式中，,I,蜗杆轴中间截面得惯性距；,l,两,支撑间得距离；,最大许用挠度；淬火蜗杆取0.004,m，,调质蜗杆取0.01,m，m,为,模数。,13.8 温度计算,13.8.1,润滑油工作温度,蜗杆传动效率一般比齿轮传动和其他几种机械传动都要低，工作时会产生较多的热量。闭式箱体若散热条件不足，则易于造成润滑油工作温度过高而导致使用寿命降低，甚至有使蜗杆副发生胶合的危