第10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,*,机械原理机械的平衡,*,第,10,章 蜗杆传动,机械设计基础,蜗杆传动,10,-1,概述,10,-2,基本参数和几何尺寸,10,-3,运动学及效率,10,-4,蜗杆、蜗轮的材料及结构,10-5,蜗杆传动的强度计算,10-6,热平衡计算,基本要求,:,掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法,掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算,了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法,10-,1,概述,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,传动比大：一般传动,i,=780;,分度机构可达,1000,结构紧凑,传动平稳，噪声小,效率低,成本高,1,组成和应用,通常二轴交角,90,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,环面蜗杆,锥蜗杆,按蜗杆整体形状分：,圆柱蜗杆,圆柱蜗杆,机械设计基础,蜗杆传动,渐开线蜗杆,(ZI,蜗杆,),法向直廓蜗杆,(ZN,蜗杆,),锥面包络蜗杆,(ZK,蜗杆,),圆弧面蜗杆,(ZC,蜗杆,),按螺旋面形状分,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,d,b,II,II,I,I,III,III,I,I,II,II,III,III,凸廓,直廓,刃面切于基圆柱面,凸廓,10-2,基本参数和几何尺寸,一、,正确啮合条件,二、,主要参数及几何尺寸,机械设计基础,蜗杆传动,一、正确啮合条件,机械设计基础,蜗杆传动,正确啮合条件：,m,x1,=m,t2,=m,x,1,=,t,2,=,1,=,2,旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋,主平面,(,中间平面,):,通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面,啮合特点,机械设计基础,蜗杆传动,几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算,受力上，与斜齿轮相似,从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动,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,d,1,B,p,d,a2,a,2,d,a2,d,2,d,f 2,L,d,f1,d,a1,h,a,h,f,h,二、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,d,1,p,2,d,a2,d,2,d,f 2,d,f1,d,a1,h,a,h,f,h,1,模数,机械设计基础,蜗杆传动,m,x1,=m,t2,=m,具体见表,10-1,（,GB/T 10088-88,）,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,d,1,p,2,压力角,机械设计基础,蜗杆传动,GB/T 10088-88,规定：,阿基米德蜗杆：,a,=20,动力传动：,a,=25,分度传动：,a,=12,、,15,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,d,1,B,p,2,3,导程角,机械设计基础,蜗杆传动,根据正确啮合条件，,1,=,2,（蜗轮的螺旋角）,从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动,蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角,p,z,1,p,z,1,p,d,1,4,分度圆直径,机械设计基础,蜗杆传动,蜗轮分度圆直径同齿轮,d,2,=mz,2,蜗杆分度圆标准化，以限制刀具数,d,1,与模数相匹配,见表,10-1,d,1,B,p,a,2,d,a2,d,2,d,f 2,d,f1,d,a1,h,a,h,f,h,d,a2,5,中心距,机械设计基础,蜗杆传动,其余几何尺寸见表,10-2,反映功率大小,a,d,1,B,p,d,e2,2,d,a2,d,2,d,f 2,d,f1,d,a1,h,a,h,f,h,10-3 运动学及效率,一、,齿数和传动比,二、,滑动速度,三、,传动效率,机械设计基础,蜗杆传动,一、齿数和传动比,机械设计基础,蜗杆传动,z,2,=,i,12,z,1,(,通常,2970),从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动,蜗杆的齿数即蜗杆的头数，,z,1,=1,2,4,、,6,，取小,i,，,自锁性好,d,1,v,2,v,a1,?,二、滑动速度,机械设计基础,蜗杆传动,润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合,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,相对滑动速度很大产生的利弊：,d,1,v,2,v,a1,v,1,v,2,v,s,三、传动效率,机械设计基础,蜗杆传动,轴承及搅油损失效率,h,2,：,滚动轴承：,h,2,=0.980.99,滑动轴承：,h,2,=0.970.98,设计之初，,h,未知，可按,z,1,初选：,z,1,=1,时，,h,=0.70.75,z,1,=2,时，,h,=0.750.82,z,1,=4,时，,h,=0.850.92,啮合效率,h,1,类似于螺旋副：,d,1,v,2,v,a1,提示：,设计完成后，需验算,，若与初选值相差太远，则需重选,再设计。,10-,4,蜗杆、蜗轮的材料及结构,材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度,一、蜗杆的材料,高的强度、刚度及光洁度,碳 钢,45,号钢 调质或淬火,合金钢,20Cr,、,20CrMnTi(,渗碳淬火,),、,40Cr(,表面淬火,),二、蜗轮的材料,减摩、抗胶合、抗点蚀,铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速,铸铝青铜,ZCuAl 9Fe3,低速重载,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,通常为整体式,蜗杆轴,四、蜗轮结构,机械设计基础,蜗杆传动,通常为组合式,10-5 蜗杆传动的强度计算,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,开式齿轮传动：,齿面磨损、轮齿折断,保证齿根疲劳强度,闭式齿轮传动：,齿面胶合、点蚀,按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核,另外，还应作热平衡计算,1,失效形式,失效：,胶合、磨损、点蚀、齿根折断,蜗轮轮齿,开式齿轮传动：,齿面磨损、轮齿折断,闭式齿轮传动：,齿面胶合、点蚀,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,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：,F,r1,F,t1,F,a1,蜗轮三个分力：,F,r2,F,t2,F,a2,F,t1,F,a2,F,t1,F,a2,F,t1,F,a2,F,r1,F,r2,F,r1,F,r2,F,t1,F,a1,F,r1,F,a2,F,t2,F,r2,F,r1,F,r2,F,a1,F,t2,F,a1,F,t2,F,a1,F,t2,径向力,的判断方法：,指向各自圆心,圆周力,的判断方法：,利用转向判断,轴向力,的判断方法：,蜗杆左、右手方法,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,蜗轮的转向：与,F,a1,反向,F,t1,F,a2,F,t1,F,a2,F,t1,F,a2,F,r1,F,r2,F,r1,F,r2,F,t1,F,a1,F,r1,F,a2,F,t2,F,r2,F,r1,F,r2,F,a1,F,t2,F,a1,F,t2,F,a1,F,t2,三、轮齿表面的接触强度计算,机械设计基础,蜗杆传动,校核公式：,设计公式：,特点：,强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）,中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮,蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似,说明：,1,z,1,、,z,1,的选择：,z,1,查表,10-3,根据传动比选择；,z,2,2628,2,载荷系数,K,：据经验选择,见,p244,3,许用接触应力：表,10-4,、,10-5,四、轮齿的弯曲强度计算,机械设计基础,蜗杆传动,说明：,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,故在受强烈冲击、,z,2,特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义,校核公式：,设计公式：,10-6 热平衡计算,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,二、计算方法,热平衡时，单位时间内：发热量,=,散热量,单位时间内的发热量,(,由于摩擦损耗引起,),：,Q,1,=1000P,1,(1-,h,),单位时间内的散热量：,Q,2,=h,t,A(t-t,0,),Q,1,=Q,2,，则温升,对象,连续工作的闭式蜗杆传动,目的,控制油温，防止胶合,使用时控制：,油温,t,一般限制在,6070,，不超过,80,温升,D,t,5060,三、提高散热能力方法,机械设计基础,蜗杆传动,增大散热面积；,提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇,箱内装冷却水管,