机械设计课程讲义.ppt
盘铣刀放置在蜗杆齿槽的法向面内，各剖面齿廓均为曲线,第四章 蜗杆传动设计,一、蜗杆传动的类型及其特点,(1)普通圆柱蜗杆传动,用直母线刀刃加工,车刀切削平面通过蜗杆轴线、轴向剖面为直线齿廓,阿基米德蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,1.类型,用于不太重要场合,广泛应用,阿基米德蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,(2)圆弧圆柱蜗杆传动,圆弧车刀刀刃平面通过蜗杆轴线,环面砂轮装置在蜗杆螺旋线的法面内,中间平面上蜗杆齿廓凹弧形、蜗轮齿廓凸弧形 承载能力较普通型高50150%传动效率达90%,目前正推广,2.特点,(1)传动比大 i=1080,从运动关系看，蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动,(2)传动平稳,(4)摩擦发热大、传动效率低,二、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸(阿基米德蜗杆为例),1.中间平面内蜗杆啮合特点,在中间平面内，相当于斜齿条与斜齿轮的啮合,(1)正确啮合条件,(2)蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同,参数：,几何尺寸计算：,通过蜗杆轴线且垂直与蜗轮轴线的平面,2.主要参数,加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀,要减少滚刀数目、便于刀具标准化,交错角为900的螺旋齿轮传动：,大小相等、方向相同,(2)蜗杆分度圆直径,直径系数,(3)蜗杆分度圆柱导程角,的蜗杆具有自锁性,(4)传动比 i,加工困难,1 实现大传动比或要求自锁,传动比,蜗杆头数,2、4 要求效率,避免根切,避免蜗杆过长引起刚度不足,蜗轮齿数,一般取,(5)相对滑动速度,蜗轮变、蜗杆保持不变,蜗轮变位计算与齿轮相同,配凑中心距符合标准值,(6)变位系数,未变位,变位后,凑传动比符合推荐值(中心距保持不变),蜗轮齿数,蜗轮轮齿顶变尖,蜗轮根切,变位系数,未变位,变位后,由,得变位系数,普通蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,3.几何尺寸计算,基本尺寸与齿轮传动类似,(1)蜗轮3个圆,(2)蜗轮轮缘宽度B,(3)蜗杆螺纹长度b1,齿根圆,喉圆(同齿轮齿顶圆),顶圆,闭式传动,开式传动,三、蜗杆传动的失效形式和设计准则,轮和齿胶齿合面点蚀,控制点蚀和胶合：,控制折断(Z2 80)：,齿面接触强度条件,轮齿弯曲强度条件,控制温升：,热平衡计算,轮齿折断,控制折断：,轮齿弯曲强度条件,注 蜗杆主要是控制轴的变形,四、材料及许用应力,1.材料及热处理,蜗杆蜗轮材料组合：,碳素钢：45、,合金钢：40Cr、20Cr、20CrMnTi、,热处理,调质：,减摩 耐磨 抗胶合,蜗杆,材料,45 调质(硬度 350HBS),淬火：,40Cr表面淬火(4555HRC)20Cr渗碳淬火(5863HRC),蜗轮,容易产生胶合,灰铸铁,铝铁青铜,铸锡磷青铜,价廉,价昂,抗胶合差,强,2.许用应力,(1)许用接触应力,传动的承载能力取决于蜗轮的接触强度,寿命系数,应力循环次数,传动的承载能力取决于蜗轮的抗胶合能力,(2)许用弯曲应力,寿命系数,应力循环次数,五、普通圆柱蜗杆传动的强度条件,1.受力分析,(1)力的分解,以蜗杆为对象,(3)力的方向,法面内：,圆周力,径向力,切面内：,径向力,圆周力,轴向力,(2)力的关系,同直齿轮,轴向力：,左旋蜗杆用左手法则,右旋蜗杆用右手法则,(4)力的大小,利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点,2齿面接触疲劳强度条件,校核式：,设计式：,借用斜齿轮弯曲强度公式、考虑蜗杆传动特点,注,3弯曲疲劳强度条件,校核式：,设计式：,(2)蜗轮,六、蜗杆传动的效率和热平衡计算,1.蜗杆传动的效率,(1)效率,搅油损耗效率,轴承摩檫损耗效率,轮齿啮合檫损耗效率,(2)提高效率的途径,蜗杆制造困难,效率,一般,采用减摩性好的材料，如青铜,蜗杆放在高速级,2.热平衡计算,发热,散热,计算式,环境温度、一般取200,工作温度,许用工作温度、一般取600 700,散热面积,散热系数,冷却措施,增加散热面积(增大箱体、加散热片),提高散热系数(冷却油温),的估值,七、圆弧圆柱蜗杆传动设计,设计要点,(1)失效以胶合为主,普通圆柱蜗轮承受的转矩,(2)齿根弯曲疲劳强度远大于齿面接触疲劳强度,引入承载能力提高系数,令,圆弧圆柱蜗轮承受的转矩,只需进行齿面接触强度计算即可满足轮齿的工作能力,校核式：,设计式：,两轴线平行,两轴线相交,两轴线交错,直齿,斜齿,人字齿,直齿,弧齿,螺旋齿,蜗杆,实例：,1)材料、热处理,闭式普通圆柱蜗杆传动，平稳载荷、工作寿命 5 年、8 h/天、,蜗杆材料及热处理 40Cr 表面淬火后磨削,蜗轮材料 ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5 砂模铸造 砂模铸造,蜗轮应力循环次数,2)确定有关参数,3)接触强度设计,
