圆柱蜗杆传动的热平衡计算一课件.ppt
61 蜗杆传动的特点和类型,第六章 蜗杆传动,62 圆柱蜗杆传动的主要参数 和几何尺寸,概述,63 蜗杆传动的失效形式、材料 和结构,65 圆柱蜗杆传动的强度计算,66 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,64 圆柱蜗杆传动的受力分析,概述,蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，通常两轴交错角=90。,传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。,蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。,6-1 蜗杆传动的特点和类型,一、蜗杆传动的特点,二、蜗杆传动的类型,一、蜗杆传动的特点,优点：,结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大;在一定条件下，可以实现自锁。,但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。,缺点：,按蜗杆形状分,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥面蜗杆传动,二、蜗杆传动的类型,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,普通圆柱蜗杆传动,1、蜗杆的形状,2、蜗杆的旋向,蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。,端面齿廓形状为：,NN法向剖面,II轴向剖面,车刀切削刃夹角2040,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,62 圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何尺寸,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,在中间平面内,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,1、模数 m 和压力角,蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆,正确啮合条件：,ma1=mt2=m,a1=t2=20,蜗杆轴向模数,蜗轮端面模数,标准模数,蜗杆轴向压力角,蜗轮端面压力角,中间（主）平面,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。,a下标表示轴向参数,t下标表示端面参数,蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系,=90 时：=,且旋向相同,z1=1、2、4,2、蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i,i=n1/n2=z2/z1,=d2/d1?,d2/d1,但 z1 少，效率低,要得到大传动比时取：z1=1,z1 过多,制造困难,z2=i z1=26 80,常取 z2=32 63,为提高效率可取：z1 1,3、蜗杆直径系数 q 及导程角,d1 标准系列值,限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化。,d1=m q,q与导程角之关系：,q=d1/m,蜗杆直径系数：,螺旋线导程,轴向齿距,4、齿面间相对滑动速度 vs,由此可见，vs v1、v2,所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。,在节点C处，蜗杆速度为v1，蜗轮速度为v2，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为vs，有：,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合,蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。,二、几何尺寸计算,中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2,其他尺寸计算见P117表6-2,普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：,传动比 i,齿轮传动,蜗杆传动,i=d2/d1,i d2/d1,m、,法面为标准值,中间平面为标准值,1=-2,=,旋向相同,d1,d1=mnz1/cos,d1=mq,且为标准值,12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,二、蜗杆和蜗轮结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,1、失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损和轮齿断裂等,由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。,材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。,碳素钢 45号钢 调质或淬火,蜗 杆,合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr,铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速,蜗 轮,铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载,灰铸铁 HT200 低速轻载,减摩性好,2、材料选择,二、蜗杆和蜗轮结构,蜗杆结构,蜗轮结构,蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。,轮齿部分青铜,轮毂部分钢,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,1、确定蜗轮的旋转方向,2、蜗杆与蜗轮作用力判断,1、确定蜗轮的旋转方向,蜗轮的旋转方向与蜗杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。,方法：,左右手定则,左旋蜗杆用左手定则判断,右旋蜗杆用右手定则判断,判断时把蜗杆看成螺杆，蜗轮看成螺母,用右手定则判断,1、四指弯曲与蜗杆转动方向一致。,2、拇指的指向为螺杆相对螺母前进的方向。,用左手定则判断,左旋蜗杆,2、蜗杆与蜗轮受力分析,圆周力Ft1,蜗杆传动的受力分析同斜齿轮相似。,齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂直的分力，分别为：,轴向力 Fa1,径向力 Fr1,蜗杆,蜗轮,圆周力Ft2,轴向力 Fa2,径向力 Fr2,各力方向：,1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。蜗轮上的圆周力Ft2起驱动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。,2、径向力Fr分别指向各自的圆心。,3、蜗杆轴向力Fa1，按“左、右手定则”来判断。蜗轮轴向力Fa2与蜗杆圆周力Ft1方向相反。,各力关系：,各力大小：,125 圆柱蜗杆传动的 强度计算,一、齿面接触疲劳强度计算,1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）,2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮,特点：,因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，,其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导,设计公式,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，一般参照斜齿圆柱齿轮作近似计算。,二、轮齿的弯曲强度,验算公式,设计公式,12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率,二、圆柱蜗杆传动的润滑,三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率,=123,与齿轮传动类似：,230.950.97,轮齿啮合的功率损耗,轴承中摩擦损耗,搅动箱体内润滑油的油阻损耗,啮合效率类似于螺旋副：,故：,设计之初，未知，可按 z1 初选：,由上式可知，z1,z1=1 时，=0.70.75,z2=2 时，=0.750.82,z2=4 时，=0.870.92,当时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低 0.5。,闭式传动：,二、圆柱蜗杆传动的润滑,一般情况下，采用浸油润滑,vs 很大时，采用喷油润滑,v1 小时，蜗杆下置,v1 4 m/s时蜗杆上置,有利于润滑,避免过大的搅油损失,蜗杆下置,蜗杆上置,三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算,对象 连续工作的闭式蜗杆传动,目的 控制油温，防止胶合,闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱体内的油温 t（C）和周围空气温度 t0（C）之差不超过允许值：,如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：,
