其他齿轮传动资料课件

机械设计基础,国家级精品课程教材,电子工业出版社,主编：唐林虎,副主编：张亚萍等,第7章 其他齿轮传动,第7章 其他齿轮传动,7.1,锥齿轮传动,1,7.2,蜗杆传动,2,课后习题参考答案,第7章 其他齿轮传动,教学要求,（1）了解锥齿轮、蜗杆传动的类型、特点和应用；,（2）熟悉锥齿轮、蜗杆蜗轮的基本参数、几何尺寸计算；,（3）掌握标准直齿锥齿轮传动、蜗杆传动的强度计算。,重点与难点,重点,：,锥齿轮、蜗杆蜗轮的基本参数、正确啮合条件、几何尺,寸及强度计算；,难点,：,锥齿轮、蜗杆传动的受力分析与强度计算。,7.1.1 锥齿轮传动的特点和类型,锥齿轮传动用于传递两相交轴的运动和动力两轴交角可由传动要求确定，常用的轴交角,90。,点击平面动画,7.1 锥齿轮传动,7.1 锥齿轮传动,一对锥齿轮的传动可看成两个锥顶共点的圆锥体相互作纯滚动，这两个锥顶共点的圆锥体就是节圆锥。锥齿轮的轮齿分布在圆锥面上，轮齿的齿形从大端到小端逐渐缩小。,与圆柱齿轮相似，锥齿轮有基圆锥、分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥，如图所示。对于正确安装的标准锥齿轮传动，其节圆锥与分度圆锥重合。,锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲齿三种类型。,7.1 锥齿轮传动,7.1.2 直齿锥齿轮的当量齿数,背锥：过A点作该圆弧的切线与轴线交于O，以OA为母线绕轴线OO 旋转 所得的与球面齿廓相切的圆锥体称为背锥。,R,r,r,V,1背锥,7.1 锥齿轮传动,2当量齿轮,当量齿轮：将背锥展成一平面扇形齿轮，并将该扇形齿轮补充 为整圆齿轮，这样所得的直齿圆柱为原直齿锥齿轮 的当量齿轮。,点击画面观看动画,当量齿数z,v,与实际齿数z的关系为,式中，,分度圆锥角,7.1 锥齿轮传动,7.1.3 直齿锥齿轮的正确啮合条件,一对直齿锥齿轮的啮合，可近似看作是一对当量齿轮的啮合，其正确啮合条件：其正确啮合条件：,m,1,=m,2,=m,1,=,2,=,即两轮大端的模数和大端的压力角分别相等,7.1 锥齿轮传动,7.1.4 直齿锥齿轮的基本参数与几何尺寸的计算,1.基本参数,因大端轮齿尺寸大，计算和测量时相对误差小，同时便于确定齿轮外部尺寸，故定义大端参数为标准值。,基本参数包括：,大端模数m；齿数 z；压力角；分度圆锥角；齿顶高系,h,a,*,数；顶隙系数,c,n,*,；其标准模数见表7-1,直齿锥齿轮按顶隙变化的不同可分为不等顶隙收缩齿与顶隙收缩齿锥齿轮。,不等顶隙收缩齿锥齿轮的齿顶圆锥、分度圆锥和齿根圆锥的锥顶重合于一点O，故顶隙从大端到小端逐渐缩小，如图7-3（a）所示。,2.几何尺寸计算,7.1 锥齿轮传动,不等顶隙收缩齿 等顶隙收缩齿,顶隙收缩齿锥齿轮的分度圆锥和齿根圆锥的锥顶仍然重合，但齿顶圆锥的母线与另一齿轮的齿根圆锥母线相平行，从而保证了顶隙由大端到小端都是相等的，如图7-3（b）所示。,7.1 锥齿轮传动,7.1.5 齿轮的受力分析,如图所示为直齿圆锥齿轮的受力情况，略去摩擦力，法向力可视为集中作用于分度圆锥齿宽中点处的法向截面内，则法向力可分解为三个分力：,1.大小,7.1 锥齿轮传动,主动轮,F,t1,与,v,1,反向；,从动轮,F,t2,与,v,2,同向；,r,指向各自轮心；,a,由小端指向大端。,2.方向,7.1 锥齿轮传动,7.1.6 标准直齿锥齿轮传动的强度计算,1.齿面接触疲劳强度计算,校核公式,2.齿根弯曲疲劳强度计算,设计公式,校核公式,设计公式,公式（7-3）（7-6）中的各符号的意义、单位和确定方法，以及参数选择原则与直齿轮传动基本相同。注意：计算得到的模数YFS按当量齿数由图7-5选取。,7.2 蜗杆传动,7.2.1 蜗杆传动的类型和特点,蜗杆蜗轮机构由交错轴斜齿圆柱齿轮机构演变而来。蜗杆蜗轮机构用于传递空间两交错轴之间的运动，交错角,=,1,+,2,=90。,1.蜗杆传动的类型,7.2 蜗杆传动,圆柱蜗杆,环形面蜗杆,锥蜗杆,普通圆柱蜗杆,圆弧齿蜗杆,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,锥蜗杆传动,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,7.2 蜗杆传动,2.蜗杆传动的特点,（1）结构紧凑、传动比大；,（2）蜗杆齿是连续的螺旋齿，因此传动平稳，振动小、噪声,低。,（3）当蜗杆的导程角小于相啮合轮齿间的当量摩擦角时，蜗,杆传动具有自锁性。因此，只能由蜗杆带动蜗轮转动，,而不能由蜗轮带动蜗杆转动。,（4）摩擦损失大，效率低。,（5）蜗轮材料贵重，成本高。,（6）安装时对中心距的尺寸精度要求较高。,7.2 蜗杆传动,7.2.2 圆柱蜗杆的基本参数与几何尺寸的计算,1.蜗杆传动的正确啮合条件,中间平面：过蜗杆轴线并与蜗,轮轴线垂直的平面。,蜗杆轴面(,x,)-齿条,蜗轮端面(,t,)-直齿轮,m,x1,m,t2,m,x1,t2,1,=,2,(旋向相同),t2,蜗轮端面压力角,m,a1,蜗杆轴面模数,a1,蜗杆轴面压力角,m,t1,蜗轮端面模数,7.2 蜗杆传动,2.蜗杆传动的基本参数,主要参数有：模数,m,、压力角,、分度圆直径,d,1,、直径系数,q,、蜗杆的导程角,、蜗杆头数,z,1,、蜗轮齿数,z,2,、传动比,i,等。,（1）模数m、压力角,模数与压力角为标准参数，见表7-3。蜗杆与蜗轮压力角的标准值,=20,。,（2）蜗杆的导程角,依据蜗杆螺旋线旋向的不同，分为右旋和左旋，通常多用右旋。将蜗杆分度圆柱面展开，螺旋线与垂直于蜗杆轴线的平面所夹的锐角称为蜗杆分度圆柱的导程角，它表示该圆柱面上螺旋线的升角。由图7-10的几何关系可得,7.2 蜗杆传动,导程角越大，效率越高，但制造越困难；反之，效率越低，制造方便，故通常取,28若蜗杆传动要求自锁，则取,330”,7.2 蜗杆传动,由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径,d,1,。,(3)蜗杆的分度圆直径,d,1,和直径系数,q,(4)蜗杆头数z,1,和蜗轮齿数z,2,蜗杆头数 z,1,的选择与传动比、传动效率及制造的难易程度等有关。对于传动比大或要求自锁的蜗杆传动，常取 z,1,=1；为了提高传动效率，z,1,2-6。蜗轮齿数 z,2,常在 2780 范围内选取。z,2,80 后，会使蜗轮尺寸过大及蜗杆轴的刚度下降。z,1,、z,：,的推荐值可参见表 7-4。,7.2 蜗杆传动,(5)中心距a,7.2 蜗杆传动,3.圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,蜗杆蜗轮机构的几何尺寸计算公式,径向间隙,蜗轮螺旋角,蜗杆导程角,齿根圆直径,齿顶圆直径,齿根高,齿顶高,分度圆直径,蜗轮,蜗杆,计算公式,符号,名称,中心距,7.2 蜗杆传动,7.2.3 蜗杆传动的失效形式与设计准则,1.蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的主要失效形式有胶合、弯曲折断、点蚀和磨损等。由于蜗杆传动中齿面间的滑动速度大，效率低，产生的热量大，致使润滑油温度升高而变稀，润滑条件变坏，增大了磨损和胶合的可能性。另外，由于蜗轮在材料的强度或结构方面均较蜗杆弱，故失效一般发生在蜗轮轮齿上。,2.蜗杆传动的设计准则,蜗杆传动的设计准则为：对于开式蜗杆传动，按齿根弯曲疲劳强度进行设计。对于闭式蜗杆传动，按齿面接触疲劳强度进行设计，齿根弯曲疲劳强度进行校核。另外，由于闭式蜗杆传动散热较困难，故需进行热平衡计算。而当蜗杆轴细长且支承跨距大时，还应进行蜗杆轴的刚度计算。,7.2 蜗杆传动,7.2.4 蜗杆传动的常用材料和结构,1.蜗杆传动的常用材料,针对蜗杆传动的主要失效形式，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，更要具有良好的减摩、耐磨性及抗胶合的能力。故通常采用青铜作蜗轮的齿圈配淬硬磨削的钢制蜗杆，材料的具体选择可参考表7-7。,7.2 蜗杆传动,蜗杆一般是用碳素钢或合金钢制成。,高速重载且载荷变化较大的条件下，常用20CrMnTi、20Cr等，经渗碳淬火，5863HRC；,高速重载且载荷稳定的条件下常用45钢、40Cr等，经表面淬火，4555HRC；,对于不重要的传动及低速中载蜗杆，可采用45钢调质，220250HBS。,蜗杆材料,7.2 蜗杆传动,蜗轮常用材料为青铜和铸铁。,锡青铜（ZcuSn10Pb1）的抗胶合和耐磨性能好，允许的滑动速度,v,25m/s，易于切削加工，但价格较贵；,滑动速度较低的传动，可用铝铁青铜ZcuAl10Fe3，它的抗胶合能力远比锡青铜差，但强度较高，价格便宜，一般用于,v,10m/s的传动；,在低速轻载或不重要的传动中，蜗轮可用灰铸铁（HT200或HT300）制造，允许,v,2m/s。,蜗轮材料,7.2 蜗杆传动,2.蜗杆传动的结构,当蜗杆螺旋部分的直径不大时，常与轴做成一个整体，称为蜗杆轴。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可将轴与蜗杆分开制作。按蜗杆螺旋部分的加工方法，分为车制与铣制蜗杆，如图7-11（a）、（b）所示。,蜗杆的结构,7.2 蜗杆传动,常用蜗轮的结构有整体浇铸式（图7-12（a）、齿圈压配式（图7-12（b）、拼铸式（图7-12（c）、螺栓联接式（图7-12（d）。,蜗轮的结构,（a）整体浇铸式,（b）齿圈压配式,（c）拼铸式,（d）螺栓联接式,7.2 蜗杆传动,7.2.5 蜗杆传动的强度计算,1.受力分析,蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿法向载荷,F,n,可分解为径向载荷,F,r,、切向载荷,F,t,、轴向载荷,F,a,。,（1）力的大小,7.2 蜗杆传动,（2）力的方向,蜗杆所受圆周力的方向与其力作用点速度方向相反；径向力的方向沿半径指向轴心；轴向力的方向由左（右）手定则来确定。,点击此处 受力分析练习,7.2 蜗杆传动,2.蜗杆传动的强度计算,由失效形式和设计准则可知，在进行蜗杆传动的强度计算时，只需作蜗轮轮齿的强度计算。,蜗轮齿面接触强度计算,蜗杆传动可以近似地看作齿条与斜齿圆柱齿轮的啮合传动，并考虑蜗杆和蜗轮齿廓特点，可得齿面接触疲劳强度的校核公式和设计公式。,校核公式,设计公式,7.2 蜗杆传动,7.2.6 蜗杆传动的安装、效率、润滑与热平衡计算,1.蜗杆传动的安装方式,下置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；,蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。,当采用浸油润滑时，蜗杆尽量下置；当蜗杆的速度大于45m/s时，为避免蜗杆的搅油损失过大，采用蜗杆上置的形式；,蜗杆上置,蜗杆下置,7.2 蜗杆传动,2.蜗杆传动的效率,闭式蜗杆传动的功率损失包括：齿面间啮合摩擦损失、轴承摩擦损失、搅油损失。因后两项的影响较小，故蜗杆传动的总效率为,导程角,V,当量摩擦角，；由表7-12查取；,在闭式传动中初步估算时按如下估取：当为1、2、3、4时，分别为0.7、0.8、0.85、0.9；,3.蜗杆传动的润滑,为了提高蜗杆传动的效率，降低工作温度，避免胶合和减少磨损，必须进行良好的润滑。蜗杆传动所用润滑油的黏度与润滑方式见表7-13。,7.2 蜗杆传动,4.蜗杆传动的热平衡计算,由于蜗杆传动的效率低，工作时产生的热量大，在连续工作的闭式蜗杆传动中，若散热条件不好，易产生齿面胶合，故应对其进行热平衡计算，以保证油温在规定的范围内。,单位时间内由摩擦损耗而产生的热量为,式中：,K,s,箱体的表面传热系数，W/(,m,2,)，,大,值用于通风条件良好的环境；,t,0,周围空气的温度，通常取20。,t,1,润滑油的工作温度，通常限制在6070，最高不,超过80,经箱体表面单位时间内散发的热量为,7.2 蜗杆传动,A传动装置散热的计算面积（m,2,），散热面积可按,长方体表面积估算，但需除去不与空气接触的面,积，凸缘和散热片面积按50计算；,由热平衡方程可求得达到热平衡时的油温为,选定润滑油的工作温度t,1,后，也可由热平衡方程得出该传动装置所必需的散热面积为,若实际散热面积小于最小散热面积，或润滑油的工作温度超过80，则需采取下列措施提高散热能力。,（1）增加散热面积 在箱体上铸出或焊上散热片。,（2）提高散热系数 在蜗杆轴端装风扇强迫通风。,7.2 蜗杆传动,（3）加冷却装置 采用上述方法后，若散热能力不够，可在箱体油池内装蛇形循环冷却