第11章蜗杆传动简

单击此处编辑母版标题样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章蜗杆传动,11-1,蜗杆传动概述,11-2,蜗杆传动的类型,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,11-6,圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计,11-5,蜗杆传动的效率、,润滑和热平衡计算,11-1,蜗杆传动概述,作用：,用于传递交错轴之间的回转运动和动力。通常,蜗杆主动、蜗轮从动。,90,组成：,优点：,传动比大、结构紧凑、,传动平稳、噪声小、,线接触可传动较大动力、,机构易自锁。,分度机构：,i=1000,通常,i=8,80,缺点：,磨损大，,效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高,蜗轮,蜗杆,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德蜗杆,最常用,1.,正确啮合条件,中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。,正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：,m,t2,=,m,a1,=,m,，,t2,=,a1,=,，,1,=,2,取标准值,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,11-3,普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,a,=20,模数,m,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,-,88,2.,模数,m,和压力角,压力角：,为了限制滚刀数目及便于滚刀标准化，规定,d,1,只,能取标准值。,定义：,s=e,的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。,d,1,d,2,3.,蜗杆的分度圆直径,d,1,e,s,表,11,-,2,蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列,mm,m,1,1.25,1.6,2,d,1,18,20,22.4,20,28,(18),22.4,(28),35.5,m,2.5,3.15,4,d,1,(22.4),28,(35.5),45,(28),35.5,(45),56,(31.5),m,4,5,6.3,d,1,40,(50),71,(40),50,(63),90,(50),63,m,6.3,8,10,d,1,(80),112,(63),80,(100),140,(71),90,摘自,GB10085-88,，,括号中的数字尽可能不采用,称比值 为蜗杆的直径系数。,q=d,1,/m,一般取,:,q=,8,18,20,q,=12.5,28,q,=17.5,1.6,4.,蜗杆头数,z,1,通常取,z,1,=1 2 4 6,5.,蜗杆的导程角,将分度圆柱展开得,z,1,p,a1,/d,1,mz,1,/d,1,tan,1,=l/d,1,z,1,/q,蜗杆旋向：,左旋、右旋,(,常用,),6.,传动比,i,和齿数比,u,传动比,z,1,z,2,=,n,2,n,1,i,=,若想得到大,i,可取：,z,1,=1,，但传动效率低。,对于大功率传动,可取：,z,1,=2,，或,4,。,蜗轮齿数,z,2,=,i,z,1,为避免根切，增大啮合区,z,2,28,一般情况,z,2,80,z,2,过大,蜗杆长度,刚度、啮合精度,结构尺寸,=,u,齿数比,7.,蜗轮齿数,z,2,表,11-1,蜗杆头数,z,1,与蜗轮齿数,z,2,的推荐值,传动比,i,5 715 1430 2982,蜗杆头数,z,1,6 4 2 1,蜗轮齿数,z,2,2931 2961 2961 2982,a,(,d,1,+,d,2,)/2,8.,蜗杆传动的标准中心距,m,(,q,+,z,1,),/2,二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算,由蜗杆传动的功率，以及给定的传动比,i,z,1,z,2,强度,计算求得,m,、,d,1,计算几何尺寸,表,11-3,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,名 称,计 算 公 式,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,a1,=m(q+2),d,f1,=m(q-2.4)d,f2,=m(q-2.4),p,a1,=p,t2,=p,x,=,m,c=0.2 m,a=0.5(d,1,+d,2,)m=0.5m(q+z,2,),材料,蜗轮齿圈采用青铜,：,减摩、耐磨性、抗胶合。,蜗杆采用碳素钢与合金钢,：,表面光洁、硬度高,材料牌号选择,高速重载蜗杆：,20Cr,20CrMnTi,(,渗碳淬火,5662HRC,),或,40Cr,、,42SiMn,、,45,(,表面淬火,4555HRC,),一般蜗杆：,40,、,45,钢调质处理,(,硬度为,220,250HBS,),蜗轮材料：,v,S,12m/s,时,ZCuSn10P1,锡青铜制造,v,S,12m/s,时,ZCuSn5Pb5Zn5,锡青铜。,v,S,6 m/s,时,ZCuAl10Fe3,铝青铜。,v,S,2 m/s,时 球墨铸铁、灰铸铁。,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,一、蜗杆传动的常用材料,蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发热严重和磨损加剧。,三、蜗杆传动的设计准则,*,蜗杆的刚度计算,*,蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算,*蜗轮的齿面接触疲劳强度计算,为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行,*,传动系统的热平衡计算,为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行,为了防止过热引起的失效，就要进行,二、,蜗杆传动的失效形式,主要,失效形式：,胶合、点蚀、磨损。,四、,圆柱蜗杆传动的受力分析,F,t2,F,r2,F,a2,F,t1,F,r1,F,a1,2,法向力可分解为三个分力：,圆周力,F,t,轴向力,F,a,径向力,F,r,且有如下关系：,F,t1,F,a2,F,r1,F,r2,F,a1,F,t2,2T,1,/d,1,2T,2,/,d,2,F,t2,tan,式中,T,1,、,T,1,分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,2,1,1,1,2,p,1,2,p,右旋蜗杆：,伸出右手，四指蜗杆转向，大拇指蜗杆轴向力方向，蜗轮圆周力方向相反，则蜗轮转动方向确定。,用手势确定蜗轮的转向,：,左旋蜗杆：,用左手判断，方法一样。,2,2,F,t2,F,t2,蜗轮的转向,因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：,a,r,1,r,2,蜗轮转向的确定,蜗轮由蜗杆推动，所受切向力与速度方向一致，,正确判别蜗轮的转向，对进行力分析至关重要。,F,a1,F,a1,例：蜗杆传动受力方向的判定,F,a1,F,r1,F,r2,2,(3),蜗杆轴向力用主动轮的左右手定则，且,F,a1,=-,F,t2,；,(4),蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，,且,F,r1,=-,F,r2,。,(2),蜗杆圆周力指向与其转动方向相反，且,F,t1,=-,F,a2,；,(1),蜗杆所受扭矩,T,1,与转动方向,1,一致,(,主动,),；,T,1,T,1,1,1,F,t1,F,t1,F,a2,F,a2,1,2,p,F,t2,F,t2,F,a1,五、,圆柱蜗杆传动的强度计算,校核公式,：,设计公式,：,式中,K,为载荷系数，取,K,K,A,K,v,K,Z,接触线长度和曲率半径对接触强度的,影响系数,。,H,许用接触应力按下表选取，,P,253,256,。,(1),齿面接触疲劳强度,(2),蜗轮齿根弯曲强度计算,校核计算,设计公式,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,影响系数,Z,圆弧圆柱蜗杆,使用系数,K,A,工作类型,I II III,载荷性质,均匀、无冲击 不均匀、小冲击 不均匀、大冲击,每小时启动次数,25 25,50,50,起动载荷,小 较 大 大,K,A,1 1.15 1.2,动载系数,K,v,，当,V,2,3m/s,K,v,=1,1.1,当,V,2,3m/s,K,v,=1.1,1.2,齿向载荷分布系数,K,，当载荷平稳时,，,取,K,=1,当载荷变化时,，,取,K,=1.1,1.3,普通圆柱蜗杆,校核计算,设计公式,Y,Fa2,为蜗轮,齿形系数,，按当量齿数,z,v,=z/cos,3,以及蜗轮变位系数选取。,Y,为螺旋角影响系数，,Y,=1-,/140,F,许用弯曲应力；,(2),蜗轮齿根弯曲强度计算,3.7,3.6,3.5,3.4,3.3,3.2,3.1,3.0,2.9,2.8,2.7,2.6,2.5,2.4,2.3,2.2,2.1,2.0,1.9,1.8,1.7,3.7,3.6,3.5,3.4,3.3,3.2,3.1,3.0,2.9,2.8,2.7,2.6,2.5,2.4,2.3,2.2,2.1,2.0,1.9,1.8,1.7,10 11 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 80 100 400,Z,v,蜗轮的齿,形系数,Y,Fa2,x,2,=,-,0.5,-0.3,-0.2,0.3,0.2,0.1,0.4,0.5,0.7,0.8,0.9,0.6,-,0.3,-,0.4,x=1,x,2,=0,理论根切极限,齿顶变尖极限,六、蜗轮蜗杆传动设计的步骤,选择材料、热处理和精度,根据,i,选,择齿数,z,1,，见表,1,、,2,，,z,2,=i,z,1,，圆整，求实际,i=z,2,/z,1,按接触强度计算中心距,a,，并按表,2,圆整为标准值。,校核齿根弯曲疲劳强度,按表,2,确定,m,和,d,1,，验算,d,1,/a,。,确定蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸,蜗杆刚度校核,开 始,结 束,作业：,Ex11-1,热平衡计算,结构设计,一、,蜗杆传动的效率,功率损耗：,啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。,=,（,0.950.96,）,tan(,+,v,),tan,蜗杆主动时，总效率计算公式为,11-5,蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,二、,蜗杆传动的润滑（略）,三、,蜗杆传动的热平衡计算,由热平衡条件,H,1,=,H,2,得：,t,0,=,t,a,+,d,S,1000,P,1,(1-,),其中：,P,1,蜗杆传递的功率；,d,表面散热系数；一般取,d,=8.15,17.45 W/(m,2,),S,散热面积,(m,2,),指箱体外壁与空气接触而内壁被油,飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热,面积按,50%,计算。,摩擦损耗产生的热量,H,1,=1000P,1,(1-,),箱璧散发的热量,H,2,=,d,S,(,t,0,-,t,a,),蜗杆传递的效率；,t,0,工作油温，一般取,60,70,t,a,工作环境温度，一般取,20,保持工作温度所需散热面积,S,=m,2,d,(,t,0,-,t,a,),1000,P,1,(1-,),当工作油温,t,0,80,或散热面积不足时，应采,取散热措施：,（,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。,油泵,冷却器,冷却水,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用铣制的办法。,(2),有退刀槽,:,加工螺旋部分可用铣制也可用车制的办法。,蜗轮齿宽角,90130,轮圈厚度,C 1.6m+1.5 mm,轮缘宽度,B 0.75d,a,0.67 d,a,蜗轮顶圆直径,d,e2,d,a2,+2m,d,a2,+1.5m,d,a2,+2m,蜗杆头数,Z,1,1 2 4,蜗轮的常用结构,整体式,组合式,过盈配合,d,e2,d,e2,d,e2,d,e2,B,B,B,B,c,c,c,组合式,螺栓联接,组合式铸造,骑缝螺钉,48,个，孔心向硬边偏移,=23mm,