《机械设计第5章：蜗杆传动2016年》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计第5章：蜗杆传动2016年（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆蜗轮失效形式 蜗杆传动材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,蜗杆传动,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第一节,机械传动分类及特点,机械传动的特点主要体现在传动效率、单级传动比、传动功率、中心距、传动准确性、无级调速、过载保护、寿命、噪声、价格等等,齿轮传动的分类,蜗杆传动的功能及特点,蜗杆传动主要用于传动比较大，结构要求紧凑的场合；或用于需要传动具有自锁性能的场合。,蜗杆传动的分类（1）,蜗杆整体形状,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,蜗杆传动的
2、分类（2）,阿基米德蜗杆（ZA型） 蜗杆齿面为阿基米德螺旋面，端面齿廓为阿基米德曲线；中间平面上的啮合相当于齿条齿轮啮合。通常在无需磨削加工的情况下广泛采用，需要时要采用特制截面形状的砂轮。 渐开线蜗杆（ZI型）端面齿廓为渐开线，与蜗杆基圆柱相切的截面上齿廓是直线，所以使用专用机床可以用平面砂轮磨削，容易得到高精度。 法向直廓蜗杆（ZN型）螺线的导程角很大。加工时刀具的切削平面在垂至于齿槽（或齿厚）中点螺旋线的法平面内。可以磨削出极接近于延伸渐开线蜗杆的轮廓，可与蜗轮得到正确啮合。 圆弧蜗杆传动（ZC型）用具有圆弧形刀刃的刀具切出具有凹圆弧齿廓的螺旋线。在基本条件相同时，比普通圆柱蜗杆传动承载
3、能力约大50，效率约高815。传动比大、速度高时效果更为明显。,轴面呈齿条（直廓）,阿基米德螺旋线,刃面过轴面,蜗杆螺旋面形状（圆柱蜗杆传动）,蜗杆传动的分类（2）,蜗杆螺旋面形状（圆柱蜗杆传动）,阿基米德蜗杆（ZA型）蜗杆齿面为阿基米德螺旋面，端面齿廓为阿基米德曲线；中间平面上的啮合相当于齿条齿轮啮合。通常在无需磨削加工的情况下广泛采用，需要时要采用特制截面形状的砂轮。 渐开线蜗杆（ZI型）端面齿廓为渐开线，与蜗杆基圆柱相切的截面上齿廓是直线，所以使用专用机床可以用平面砂轮磨削，容易得到高精度。 法向直廓蜗杆（ZN型）螺线的导程角很大。加工时刀具的切削平面在垂至于齿槽（或齿厚）中点螺旋线的法
4、平面内。可以磨削出极接近于延伸渐开线蜗杆的轮廓，可与蜗轮得到正确啮合。 圆弧蜗杆传动（ZC型）用具有圆弧形刀刃的刀具切出具有凹圆弧齿廓的螺旋线。在基本条件相同时，比普通圆柱蜗杆传动承载能力约大50，效率约高815。传动比大、速度高时效果更为明显。,渐开线,蜗杆传动的分类（3）,蜗杆螺旋线方向,蜗杆螺旋线头数,一般采用右旋。,单头：主要用于传动比较大的场合，要求自锁的传动必须采用单头。 多头：主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第二节,垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中
5、间平面（主平面）。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。顶隙c0.2m（必要时0.15mc 0.35m），齿根圆半径df等于0.3m（必要时0.2m df 0.4m）。,基本齿廓,模数m,蜗杆的轴向齿距px 与蜗轮端面齿距pt 相等，故蜗杆的轴向模数mx 应与蜗轮的端面模数mt 相等，并同为标准值。教材p110表3-2。,齿形角0,通常刀具基准齿形的齿形角0 20度。阿基米德蜗杆在过蜗杆轴线的平面上，渐开线蜗杆在切于基圆柱且与蜗杆轴线平行的平面上，轴向齿形角x1 0 20度。,主要参数（1）,蜗杆分度圆直径d1,亦称蜗杆中圆直径。考虑蜗杆刀具（用于加工蜗轮）规定尺寸的标准化
6、、系列化，将d1 定为标准值，并与模数搭配。教材p110表3-3。,主要参数（2）,蜗杆直径系数q,q 为导出值，不一定是整数。,蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2,蜗杆头数少，易于得到大传动比，但导程角小，效率低，发热多，故重载不宜采用单头蜗杆。要求反向自锁时头数取1。蜗杆头数多，效率高，但导程角大，制造困难。常用的蜗杆头数有1、2、4、6等。,蜗轮齿数：z2 uz1 。传递动力时，为增加传动平稳性，蜗轮齿数不少于27。齿数越多，蜗轮尺寸越大，蜗杆轴越长且刚度越小，故齿数不宜多于100，一般取3280齿。 z2 和z1 间最好避免有公因数，以利于均匀磨损。当蜗轮齿数大于30时，至少要有两对齿同时啮合
7、，有利于传动趋于稳定。,主要参数（3）,其中，px 蜗杆轴向齿距；z1 蜗杆头数；u齿数比。,蜗杆导程角,角的范围为3.535度，其越大传动效率越高。一般认为，当 小于或等于3度40分时，蜗杆传动具有自锁性。,主要参数（4）,旋向相同,传动比i 、齿数比u、中心距a,式中，n1 、n2 蜗杆、蜗轮的转速，r/min。上式用于减速传动比，蜗杆主动；下式可用于减速或增速，齿数比不变。应当指出：蜗杆传动的传动比不等于蜗轮、蜗杆的直径比。蜗杆传动减速装置，传动比的公称值为：5 7.5 10 12.5 15 20 25 30 40 50 60 70 80。其中，10、20、40、80为基本传动比，应优先
8、选用。,主要参数（5）,变位系数,蜗杆传动变位的目的主要是为了调整中心距或改变传动比，并提高传动承载能力和效率。 蜗杆传动的变位方式和齿轮传动相同。但在蜗杆传动中，蜗杆相当于齿条，蜗轮相当于齿轮，所以被变位的只是蜗轮尺寸，蜗杆尺寸保持不变。,主要参数（6）,主要几何参数计算,教材p115表3-5,普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的主要参数区别,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,蜗杆传动中的滑动,润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合 充分润
9、滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大， 摩擦系数越小，提高了传动效率,相对滑动速度的利弊,蜗杆传动中的自锁,蜗轮无法带动蜗杆旋转的现象，称作自锁。当导程角小于等于当量摩擦角（ e）时发生。 当量摩擦角e 除了取决于蜗杆蜗轮材料、润滑油的种类、啮合角等以外，还取决于滑动速度Vs。 Vs v 。教材p118表3-7。,蜗杆传动精度等级,蜗杆的制造 蜗杆可以在车床上切制，也可在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。蜗轮要用与蜗杆同样大小的滚刀来切制。,蜗杆精度等级的选择 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大，所以制造等级对它的影响比齿轮传动的更显著。蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动要按照6
10、9级精度制造。,教材p116表3-6。,蜗杆传动的效率,搅油损失效率2：（取0.950.98） 轴承效率3 ： 滚动轴承： 3=0.99 滑动轴承： 3=0.980.99 设计之初， 未知，可按 z1 初选 （教材p118表3-8）： z1= 1 时， = 0.70.75 z1= 2 时， = 0.750.82 z1= 4 时， = 0.850.92,啮合效率1类似于螺旋副：,提示：设计完成后，需验算 ，若与初选值相差太远，则需重选再设计。,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第三节,普通蜗杆传动的承载能力计算2,蜗
11、杆传动中的作用力,蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，作用在蜗杆齿面上的法向压力Fn可分解出径向力Fr、圆周力Ft和轴向力Fa。 作用在蜗杆上的轴向力等于蜗轮上的圆周力；蜗杆上的圆周力等于蜗轮上的轴向力；蜗杆上的径向力等于蜗轮上的径向力。方向彼此相反。,普通蜗杆传动的承载能力计算2,作用力的方向与大小,蜗杆为主动件： 蜗杆上的圆周力的方向与蜗杆齿在啮合点的运动方向相反； 蜗轮上的圆周力的方向与蜗轮齿在啮合点的运动方向相同； 径向力的方向在蜗杆、蜗轮上都是由啮合点分别指向轴心。 当蜗杆的回转方向和螺旋方向已知时，蜗轮的回转方向可根据螺旋副的运动规律来确定。,普通蜗杆传动的承载能力计算2,考虑传
12、动效率的力矩关系,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第四节,失效形式,由于蜗杆传动中齿面相对滑动速度大且传动效率低，摩擦、磨损及发热较严重，失效多发生在蜗轮上（蜗轮材料一般强度较低）。,开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断（Z280） 闭式齿轮传动：齿面胶合（非锡青铜）、 点蚀（锡青铜）,由于蜗杆径向尺寸小，轴向尺寸大，有时发生因蜗杆强度和刚度不足的失效。,设计计算准则,闭式传动：,折断(Z2 80),齿面接触强度条件,轮齿弯曲强度条件,温升,热平衡计算tt,开式传动：,折断,轮齿弯曲强度条件,注 蜗杆主要是控制蜗杆轴
13、的变形不超过许用值！,点蚀、胶合,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第五节,蜗轮的材料（减摩、抗胶合、抗点蚀） 铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速 铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载 灰铸铁 HT200 低速轻载,蜗杆的材料（高强度、刚度及光洁度） 碳 钢 45号钢（调质或淬火） 合金钢 20Cr、20CrMnTi(渗碳淬火)、40Cr(表面淬火),材料要求：减摩、耐磨、抗胶合、足够的强度,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第
14、六节,蜗杆传动的强度计算概述,蜗杆传动的强度计算主要为蜗轮齿面接触疲劳强度计算和蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算。 蜗轮轮齿的强度计算类似于斜齿轮，其公式可仿照斜齿轮进行推导。,闭式传动：传动尺寸主要取决于齿面的接触疲劳强度以防止齿面的点蚀和胶合，但须校核轮齿的弯曲疲劳强度。,开式传动：传动尺寸主要取决于轮齿的弯曲疲劳强度，毋须进行齿面疲劳强度计算。,蜗杆传动还须进行蜗杆挠度和传动温度的校验计算。,蜗轮齿面接触疲劳强度计算,接触强度校核公式,弹性系数 铜或铸铁蜗轮 与钢蜗杆组合时,接触强度设计公式,蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,蜗轮轮齿的齿形系数,螺旋角系数,弯曲强度校核公式,弯曲强度设计公式,蜗杆刚度校
15、核计算（挠度计算）,蜗杆轴的挠曲主要由圆周力和径向力造成，轴向力的影响可以忽略。假设轴两端为自由支撑，则圆周力和径向力在轴的啮合部分的挠曲量为,两者合成，得蜗杆轴的最大挠曲量：,I蜗杆轴中间截面惯性距；l两支撑间距；yp最大许用挠度；淬火蜗杆取0.004m，调质蜗杆取0.01m，m为模数。,蜗杆传动热平衡计算,蜗杆传动效率低，工作时会产生较多的热量。对闭式传动需进行热平衡计算（温度计算）。,单位时间内，传动的发热量为P1(1- )，而散热量为kA(t1-t2) 。,t1：油温；t2：工作环境温度,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,概述 蜗杆传动主要参数 蜗杆传动受力分析 蜗杆传动失效形式 蜗杆蜗轮材料选择 蜗杆传动设计计算 蜗杆传动结构设计,第七节,通常为整体式蜗杆轴,蜗杆结构,蜗轮结构,轮箍式 螺栓连接式 整体式 镶铸式,
