华中科技大学机械设计4蜗杆.ppt
传递动力时，传动比 i 880,用于空间交错轴间的传动，通常=90,第四章 蜗杆传动设计,蜗杆传动的特点：,结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大,但效率低；制造成本较高,4-1 蜗杆传动的特点及类型,普通圆柱蜗杆传动：,阿基米德蜗杆传动（ZA）,渐开线蜗杆传动（ZI）,法向直廓蜗杆传动（ZN）,第四章 蜗杆传动主要参数,按蜗杆形状分,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型：,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,第四章 蜗杆传动主要参数,蜗杆传动类型的选择：,1）载荷较小、精度较低、要求自锁、低速、不重要的场合,可选阿基米德蜗杆传动,2）载荷大、精度高、速度高的重要场合,可选圆弧圆柱蜗杆传动,3）精度较高、速度较大、蜗杆头数较多、加工工艺简单,可选渐开线、法向直廓蜗杆,4）要求传动效率高、蜗杆不磨削的大功率传动,可选环面蜗杆传动,本章主要讨论阿基米德蜗杆传动的设计,4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,一、主要参数,模数 m 和压力角,中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面,蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合,正确啮合条件：在中间平面内,mx1=mt 2=m,x1=t 2=20,蜗杆轴面模数,蜗轮端面模数,标准模数,蜗杆轴面压力角,蜗轮端面压力角,第四章 蜗杆传动主要参数,对于蜗杆：中间平面是轴面对于蜗轮：中间平面是端面,蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系,=90 时：=,且旋向相同,蜗杆分度圆直径 d1 及直径系数 q,d1 标准系列值,限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化,蜗杆直径系数：q=d1/m,d1=m q,q 与导程角之关系：,第四章 蜗杆传动主要参数,蜗杆导程 pz,蜗杆头数,轴向齿距px1 m,而 d2=m z2,根据 i 查表49,d2/d1 mz2/(mq)z2/q,z1=1 6,蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i,i=n1/n2=z2/z1,=d2/d1?,d2/d1,z1 少，则小，效率低,重载时取 z1 1 要求自锁 z1=1,z1 过多,则大，制造困难,z2=i z1=28 80,常取 z2=32 63,第四章 蜗杆传动主要参数,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。,第四章 蜗杆传动主要参数,二、蜗杆传动的变位,目的：凑中心距 或 凑传动比。,特点：只对蜗轮进行变位，而蜗杆不变位。,蜗轮的分度圆仍与节圆重合，即d2d2=mz2；,变位后:,若只改变中心距：（凑中心距）,蜗杆的分度圆与节圆分离，即d1d1。,例：,蜗轮变位系数,变位后的中心距,变位前的中心距,若只改变蜗轮齿数：（凑传动比）中心距不变,变位前的齿数,变位后的齿数,例：,第四章 蜗杆传动变位,x2可取11，故 z2 最多只能改变两个齿。,或=mz2,三、几何尺寸计算,中心距 a=(d1+d2)/2+x2m=m(q+z2)/2x2m,其他尺寸计算见表4-3和4-4,普通圆柱蜗杆传动与齿轮传动的区别：,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,第四章 蜗杆传动几何尺寸计算,4-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构,第四章 蜗杆传动材料及结构,一、失效形式及设计准则,齿面点蚀,蜗轮材料为铸锡青铜时，,此种材料强度稍低,齿面胶合,蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时,齿面磨损,开式传动或润滑不良,轮齿折断,蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷,由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上,对于大多数闭式蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度,设计准则：,闭式蜗杆传动，按齿面接触疲劳强度设计，,并进行热平衡计算；z2 80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度,材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度,碳 钢 45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 中速重载,灰铸铁 HT200 低速轻载,减摩性好,蜗杆结构,蜗轮结构,第四章 蜗杆传动材料及结构,表面淬火,二、蜗杆、蜗轮的材料及结构,第四章 蜗杆传动材料及结构,三、许用应力,1、许用接触应力HP,主要失效形式是点蚀,蜗轮为铸锡青铜时,寿命系数,应力循环次数,主要失效形式是胶合,蜗轮为铝青铜或铸铁时,应保证蜗轮的抗胶合能力,承载能力取决于蜗轮的接触强度,基本许用应力,第四章 蜗杆传动材料及结构,2、许用弯曲应力FP,寿命系数,若N 25107，,则取N 25107,齿根弯曲应力视为脉动循环,齿根弯曲应力视为对称循环,蜗轮的转动方向与蜗杆的轴向力方向相反,各力关系：,各力方向：,一、受力分析,Ft、Fr 同斜齿轮,Fa用主动轮左、右手定则判断，通常，蜗杆是主动轮。,各力大小：,第四章 蜗杆传动受力分析,例1,4-4 蜗杆传动的强度计算,例2,1）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，蜗轮类似于斜齿轮,计算载荷：,则 T2=i T1,K T2=i K T1,K=1.01.3,载荷平稳、vs3m/s时取小值,二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算,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,第四章 蜗杆传动受力分析,蜗杆传动的效率,P1 蜗杆功率P2 蜗轮功率,蜗轮齿面接触疲劳强度条件,设计式,说明：,第四章 蜗杆传动接触强度计算,ZE 弹性系数，青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆 ZE 160,为保证安全，表中查得的值应大于计算值,如：计算值 m2d14350；则查得 m2d15120；相应的 m8、d1 80,三、蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算,第四章 蜗杆传动弯曲强度计算,借用斜齿轮弯曲强度公式、考虑蜗杆传动特点,校核式：,设计式：,齿形系数,螺旋角系数,注,(2)螺旋角系数,(3)蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z2 特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义，一般情况下，不用计算蜗轮的弯曲疲劳强度。,4-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、效率,=1 2 3,与齿轮传动相同：,啮合效率类似于螺旋副,230.950.97,故：,当量摩擦系数,第四章 蜗杆传动效率计算,提高效率的途径：,蜗杆制造困难,故,采用减摩性好的材料，如青铜；,保证良好的润滑状态，vs 较大时啮合齿面间易于形成油膜。,自锁条件：,当量摩擦角（表48）,设计之初，未知,z1=1 时，=0.70.75,z1=2 时，=0.750.82,z1=3 时，=0.820.87,自锁蜗杆，0.5,第四章 蜗杆传动效率计算,z1=4 时，=0.870.92,故设计时，可按 z1 估选：,而 T2=i T1,二、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、蜗杆传动的热平衡计算,对象 连续工作的闭式蜗杆传动,t1 热平衡时的油温,目的 控制油温，防止胶合失效,应使 t1 许用油温,第四章 蜗杆传动润滑,通风不好 Kt=8.710.5,H1=P1 P2,单位时间内的发热量：,单位时间内的散热量：,H2=Kt A（t1 t 0）=Kt A t W,Kt 散热系数，W/(m2.),自然方式冷却时：,A 箱体散热面积,箱体暴露在空气中的部分,近似计算：,蜗杆传动中心距,t 0 环境温度,常取 t 0=20,t 温 升,第四章 蜗杆传动热平衡计算,=P1 P1(kW),=1000P1（1）W,通风良好 Kt=1417.5,热平衡时，单位时间内：发热量=散热量,热平衡时：,1000P1（1-）=Kt A（t1 t 0）,则热平衡计算式：,若 t1 tp，则采取措施提高散热能力：,在箱壳外表面加铸散热片,蜗杆轴端装风扇加速空气流通,同时沿气流方向配置散热片,箱体油池内放置蛇形冷却水管,喷油润滑循环冷却,自然通风时竖直布置,第四章 蜗杆传动热平衡计算,增加散热面积 A，按50计算,增大散热系数 Kt 2028,许用油温,第四章 蜗杆传动小结,本 章 小 结,蜗杆传动的主要参数及其选择,主要讨论普通圆柱蜗杆传动；与斜齿圆柱齿轮传动的区别和联系；蜗杆分度圆直径为标准值，蜗杆、蜗轮螺旋角旋向相同但大小不等；蜗杆头数与传动效率的关系；变位的目的?,材料、失效形式,为减小摩擦磨损，钢蜗杆与青铜蜗轮配对；,失效主要发生在蜗轮上,受力分析,各分力的对应关系及方向的判断，与斜齿圆柱齿轮的区别；蜗轮或蜗杆转动方向的判断,第四章 蜗杆传动小结,强度条件,强度计算针对蜗轮轮齿；,热平衡计算,蜗杆传动效率低，发热量大，容易产生胶合，故要控制热平衡时的油温；,在中间平面上蜗杆传动类似于齿条齿轮传动，故强度计算公式按斜齿轮推导；,一般不用校核齿根弯曲强度,油温过高应采取相应措施,作业：41、45,说明：45 题不要求自锁,
