第11章-蜗杆传动

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十一章 蜗杆传动,通过本章学习：,蜗杆传动正确啮合条件；,11-1,蜗杆传动的,类型,11-2,普通,蜗杆传动的,参数与尺寸,11-3,普通,蜗杆传动的,承载能力计算,11-5,圆柱,蜗杆与蜗轮的结构设计,11-4,蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,失效形式、设计准则、常用材料；,受力分析、强度计算；,润滑方式及热平衡计算。,1,第十一章 蜗杆传动,概述,作用：用于传递空间交错轴之间的运动和动力。,优点：结构紧凑、传动比大（分度机构：,i=1000,通常,i=880,）；,具有自锁性。,缺点：传动效率低；,传动平稳、噪声小；,蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。,2,第十一章 蜗杆传动,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-1,、,蜗杆传动的,类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆,圆弧圆柱蜗杆,3,第十一章 蜗杆传动,普通圆柱蜗杆,加工与螺杆类似,根据车刀安装位置不同,（,1,）阿基米德蜗杆,(ZA,蝇杆,),（,2,）渐开线蜗杆,(ZI,蜗杆,),（,3,）法向直廓蜗杆,(ZN,蜗杆,),（,1,）阿基米德蜗杆,(ZA,蜗杆,),过轴线剖面：直齿条,垂直轴线剖面：,阿基米德螺旋线,4,第十一章 蜗杆传动,（,2,）渐开线蜗杆,(ZI,蜗杆,),d,b,II,II,I,I,III,III,II,IIII,IIIIII,垂直轴线剖面：渐开线,（,3,）法向直廓蜗杆,(ZN,蜗杆,),I,I,II,II,垂直轴线剖面：延伸渐开线,5,第十一章 蜗杆传动,1.,正确啮合条件,正确啮合条件是：,m,t2,=m,a,1,=m,在中间平面内：,蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。,（一）圆柱蜗杆传动的主要参数及选择,11-2,、普通,蜗杆传动的,参数与尺寸,1,=,2,（,旋向相同）,t2,=,a1,1,2,6,第十一章 蜗杆传动,2.,主要参数,模数：取标准值（与齿轮模数系列不同）,第一系列：,1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4,5,6.3 8 10,12.5,16,20,25,31.5,40,第二系列：,1.5,3,3.5,4.5,5.5 6,7,12,14,蜗杆模数,m,值,GB10088-88,模数,m,和压力角,压力角：,ZA,蜗杆,a,=20,ZN,蜗杆,n,=20,ZI,蜗杆,n,=20,tg,a,=,tg,n,/,cos,7,第十一章 蜗杆传动,为了减少蜗轮滚刀的数量，规定一种模数的蜗杆，只有一定数量的蜗杆直径（取标准值）。,蜗杆的分度圆直径,d,1,蜗杆的加工,车削,蜗轮的加工,蜗轮滚刀,（蜗轮滚刀的齿廓和蜗杆一致，但齿顶大一个顶隙）,有一种蜗杆，就必须有一种对应的蜗轮滚刀。,直径特性系数：,q=d,1,/m,q,、,d,1,、,m,搭配见表,11-2,，非标蜗轮滚刀不受此限制,8,第十一章 蜗杆传动,蜗杆头数,z,1,z1,越多：,越大，效率越高；,越不容易自锁，且加工困难。,z,1,=1,、,2,、,4,、,6,头。,蜗杆的导程角,tg,=,z,1,p,a1,/d,1,=,z,1,m/,d,1,=,z,1,/q,p,a,z,1,p,a,z,1,p,a,d,1,传动比,i,z,1,z,2,=-,n,2,n,1,i,=-,=,u,(,齿数比,),9,第十一章 蜗杆传动,z,2,=,i,z,1,为避免根切：,z,2,26,一般情况：,z,2,80,蜗轮齿数,z,2,a,=(,d,1,+,d,2,)/2,蜗杆传动的标准中心距,=m(q+,z,1,),/2,10,第十一章 蜗杆传动,(,二,),圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算,表,11-3,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,名 称,计 算 公 式,蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径,齿顶高,齿根高,顶圆直径,根圆直径,蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距,径向间隙,中心距,蜗 杆,蜗 轮,d,1,=,mq,d,2,=mz,2,h,a,=m h,a,=m,h,f,=1.2m,h,f,=1.2m,d,a1,=m(q+2)d,a2,=m(z,2,+2),d,f1,=m(q-2.4)d,f2,=m(z,2,-2.4),p,a1,=p,t2,=,m,c=0.2 m,a=0.5(d,1,+d,2,)m=0.5m(q+z,2,),11,第十一章 蜗杆传动,(,一,),蜗杆传动的失效形式及材料选择,1,、失效形式：点蚀、胶合、磨损、轮齿折断。,11-3,普通,蜗杆传动的,承载能力计算,2,、设计准则：,开式传动,齿面磨损、轮齿折断：,按齿根弯曲疲劳强度设计；,闭式传动,齿面胶合、点蚀：,按齿面接触疲劳强度设计，,按齿根弯曲疲劳强度校核；,作热平衡核算。,3,、对材料的要求：,足够的强度，良好的磨合和耐磨性能。,12,第十一章 蜗杆传动,蜗轮：,蜗杆：,高速重载：,20Cr,20CrMnTi(,渗碳淬火,5662HRC),40Cr 42SiMn 45(,表面淬火,4555HRC),低速中载、一般传动：,40 45,钢调质处理,(,硬度为,220250HBS),v,S,12m/s,：锡青铜,ZCuSn10P1,6,v,S,12,m/s,：锡青铜,ZCuSn5Pb5Zn5,v,S,6m/s,：铝青铜,ZCuAl10Fe3,；,v,S,2m/s,：球墨铸铁、灰铸铁；,4,、材料,一般采用碳素钢与合金钢。,齿圈采用青铜、灰铸铁。,13,第十一章 蜗杆传动,（二）圆柱蜗杆传动的受力分析,F,r2,F,r1,n,1,F,a2,左右手定则,n,2,F,a1,F,t2,F,t1,F,t1,=F,a2,F,r1,=F,r2,F,a1,=F,t2,=2T,1,/d,1,=2T,2,/d,2,=F,t2,tg,T,2,=T,1,i,F,r1,F,a1,F,t1,F,n,F,n,F,n,F,r1,F,a1,F,t1,F,n,F,n,n,n,1,fF,n,F,n,=,忽略摩擦力,(F,a1,/,cos,)/,cos,n,14,第十一章 蜗杆传动,例：,15,第十一章 蜗杆传动,（三）圆柱蜗杆传动的强度计算,（校核公式）,Z,E,弹性影响系数,仍然沿用赫兹公式：,1,、齿面接触疲劳强度计算,（设计公式）,K,=,K,A,K,v,K,K,A,使用系数（表,11-5,）,K,V,动载系数,：,v,2,3m/s,K,V,=,1,1.1,，,否则,K,V,=1.11.2,K,齿向载荷分布系数,：载荷平稳时,K,=1,，,否则,K,=1.11.3,16,第十一章 蜗杆传动,Z,接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数（接触系数）,H,蜗轮许用接触应力,0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6,d,1,/a,3.6,3.2,2.8,2.4,2.0,ZC,蜗杆,ZA,ZI,ZN,ZK,蜗杆,Z,1,）灰铸铁、高强度青铜（,B,300MPa,）,主要失效为齿面胶合。胶合不属于疲劳失效，,H,与应力循环次数无关，直接从表,11-6,中查。,2,）低强度青铜（,B,5m/s,）；,7,级用于运输和一般工业中的中等速度的动力传动,(v2 10,m/s,：压力喷油润滑。,5 80,时，应采取相应措施：,1,）增加散热面积,加散热片；,2,）提高表面传热系数,加风扇、冷却水管、循环油冷却。,23,第十一章 蜗杆传动,蜗杆的结构,:,通常与轴制成一体（蜗杆轴）,12-6,、,圆柱,蜗杆与蜗轮的结构设计,1),无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能铣制。,2),有退刀槽：加工螺旋部分时可铣可车制。,24,第十一章 蜗杆传动,蜗轮的结构,:,螺栓联接式,齿圈式,拼铸式,25,第十一章 蜗杆传动,例题 设计一搅拌机用的闭式蜗杆减速器中的普通圆柱蜗杆传动。已知,:,输入功率,P,=9kW,，蜗杆转速,n,1=1450r/min,，传动比,i,=20,。传动不反向，工作载荷较稳定，但有不大的冲击。要求寿命,L,h,为,12000h,。,解,1,选择蜗杆传动类型,根据,GBl005-1988,的推荐，采用渐开线蜗杆,(ZI),。,2,选择材料,蜗杆：,传递的功率不大，速度中等，故用,45,号钢；因希望效率高些，耐磨性好些,故蜗杆螺旋面淬火，硬度为,45,55HRC,；,蜗轮：,铸锡磷青铜,ZCuSnl0Pl,，金属模铸造。齿圈用青铜制造，轮芯用灰铸铁,HTl00,制造。,蜗杆：,高速重载：,20Cr,20CrMnTi(,渗碳淬火,5662HRC),40Cr 42SiMn 45(,表面淬火,4555HRC),低速中载、一般传动：,40 45,钢调质处理,(,硬度为,220250HBS),一般采用碳素钢与合金钢。,蜗轮：,v,S,12m/s,：锡青铜,ZCuSn10P1,6,v,S,12,m/s,：锡青铜,ZCuSn5Pb5Zn5,v,S,6m/s,：铝青铜,ZCuAl10Fe3,；,v,S,2m/s,：球墨铸铁、灰铸铁；,齿圈采用青铜、灰铸铁。,26,第十一章 蜗杆传动,3,按齿面接触疲劳强度进行设计,对闭式蜗杆传动,:,先按接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。,1),确定作用在蜗轮上的转矩,T,2,按,z,1,=2,，估取效率,=0.8:,T,2,=9.55106P,2,/n,2,T,2,=94840(Nmm),2),确定载荷系数,K,载荷较稳定,:,K,1,；,表,11-5,：,K,A,1.15,；,转速不高，冲击不大：,K,v,1.05,K=,K,A,K,K,v,K=1.21,3),确定弹性影响系数,Z,E,对铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆,Z,E,=160,27,第十一章 蜗杆传动,4),接触系数,Z,先假设,d,1,/,a,=0.35,Z,=2.9,0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55,d,1,/a,3.6,3.2,2.8,2.4,2.0,ZC,蜗杆,ZA,ZI,ZN,ZK,蜗杆,Z,因,d,1,及,a,均未知，,d,1,/,a,只有假设。,d,1,/,a,对蜗杆传动的影响：,d,1,/,a,取大值：相当于,d,1,增加，或,a,降低,这将增加蜗杆刚度、降低啮合效率，润滑油温度有所增加；,增加齿面接触应力，即降低齿面接触强度。,故大值适用于变载荷，小值适用于不变载荷,28,第十一章 蜗杆传动,5),确定许用接触应力,H,蜗轮基本许用应力：,H,=268MPa,（表,11-7,）,应力循环次数：,N=60jn,2,L,h,=5.2210,7,寿命系数：,K,HN,=(10,7,/5.2210,7,),1/8,=0.8134,H,=218Mpa,低强度青铜（,B,300MPa,）,主要失效为点蚀（疲劳失效,),，故,H,=,K,HN,H,铸锡磷青铜,ZCuSnl0Pl,属于低强度青铜。,29,第十一章 蜗杆传动,由表,11-2,：,这时，实际的,d,1,/,a,，,或,（,d,1,/,a,）,=0.4,中心距,a(mm,),模数,m,(mm),分度圆,直径,d,1,(mm),m,2,d,1,(mm,3,),蜗杆,头数,z,1,直径,系数,q,分度圆,导程角,(),蜗轮,齿数,z,2,变位,系数,x,2,200,5,90,2250,1,18.00,31047,62,0,200,6.3,63,2500.47,6,10,305750,(53),(+0.2460),200,8,80,5120,2,10,111836,(41),(-0.500),取中心距：,a,=200mm,其它参数：,m,=8mm,，,d,1,=80mm,，,Z,1,=2,，,q,=10,，,=111836,，,Z,2,=41,，,x,2,=-0.5,，,即：,d,1,/,a,（,d,1,/,a,）,按较小值取，即按假设的取值。,？,30,第十一章 蜗杆传动,因,d,1,/,a,（,d,1,/,a,）,，故,Z,Z,。理论上应重新假设计算。,因,d,1,/,a,（,d,1,/,a,）,，且相差不大，就以假设值为最终结果。,因为：,d,1,/,a,Z,，