08机械设计基础-蜗杆传动

上页下页总目录本章第８章蜗杆传动§８－１蜗杆传动的类型和特点§８－２蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算§８－３蜗杆传动的强度计算§８－４蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算§８－５蜗杆传动的材料和结构§８－６普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护上页下页总目录本章（一）教学要求1、了解蜗杆传动特点、类型2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算3、熟悉普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、强度计算及热平衡计算等。（二）教学的重点与难点重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、正确啮合条件、强度计算。难点：蜗杆传动的受力分析。上页下页总目录本章§８—1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传递交错轴间的运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚。上页下页总目录本章一、蜗杆传动的类型1、按蜗杆的外形分类圆柱蜗杆传动上页下页总目录本章环面蜗杆锥蜗杆上页下页总目录本章7.1齿轮传动的特点和分类齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，是现代机械中应用最广的一种机械传动。齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点：传递动力大、效率高；寿命长，工作平稳，可靠性高；能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。齿轮传动与其它传动相比主要缺点有：制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；不宜作轴间距离过大的传动。1.齿轮传动的特点上页下页总目录本章BACK上页下页总目录本章1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=7～80；2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮合和退出，故冲击小、噪声低；3.可自锁：升角小于当量摩擦角时；4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损严重。5.制造成本较高：为了减摩耐磨，通常蜗轮齿圈需要用贵重的青铜等材料制造，蜗杆则采取淬硬后磨削工艺，因此制造成本较高。6.不能实现互换：由于蜗轮是用与其匹配的蜗杆滚刀加工的，因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换的。二、蜗杆传动的特点和应用蜗杆传动与齿轮传动相比，具有以下特点：蜗杆传动适用于传动比大、传递功率不大且不作长期连续运转的场合。上页下页总目录本章§８-2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、蜗杆主要参数及其选择1、模数m和压力角α通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为主平面。在主平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。（如图８-5）图８-５上页下页总目录本章蜗杆传动的设计计算都是以主平面内的参数和几何关系为标准。在主平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角。规定主平面上的模数和压力角为标准值，则:阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件αααmmm2121tata当轴交错角∑=90°时，还必须让蜗杆的导程角γ与蜗轮的螺旋角β．上页下页总目录本章在主平面，即蜗杆轴向平面与蜗轮端面的m和压力角相等，且为标准值。（见表６.１５）111mzpzLa11111tandmzdmzdL2、蜗杆分度圆柱上的导程角γ蜗杆螺旋线的导程为：螺旋升角与导程的关系：通常蜗杆螺旋线的升角，升角小时传动效率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的车削加工困难。27~5.3γd1pz(导程)=z1papa上页下页总目录本章3.蜗杆分度圆直径d1蜗杆的分度圆直径：由11111tandmzdmzdLtan11zmdtan11zmdq当模数一定时，q值越小，d1越小，升角越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。得（已标准化）直径系数：上页下页总目录本章4.蜗杆头数z1、传动比ｉ、蜗轮齿数z2蜗杆头数z1=1~4：单头：易自锁，效率低，精度高。多头：η↑，但加工困难，精度降低。一头两个头三个头上页下页总目录本章传动比：注意：蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数有关，而不等于分度圆直径之比。1221zznni为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿，但若z2过大蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小。蜗轮齿数z2常在28~80范围内选取。蜗轮齿数：上页下页总目录本章主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失效是齿面胶合和过度磨损。（1）开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计。（2）闭式传动：主要失效是胶合、磨损和点蚀。设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，另计算热平衡和蜗杆刚度。一、蜗杆传动的失效形式§８-3蜗杆传动的强度计算上页下页总目录本章力的大小：21112atFdTF12222atFdTFtgFFFtrr221圆周力轴向力径向力二、蜗杆传动的受力分析上页下页总目录本章Ft——主反从同Fr——指向各自的轴线Fa1——蜗杆左右手螺旋定则轴向力径向力圆周力蜗轮转向的判别：Fa1的反向即为蜗轮的角速度ω2方向判定蜗轮转向例1判定蜗轮转向例2上页下页总目录本章按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算校核公式（二）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算对于闭式蜗杆传动，Z2＜80，很少出现蜗轮轮齿折断，一般无需进行轮齿弯曲疲劳强度计算。设计公式定m,q（表６．１５）（一）蜗轮齿面接触疲劳强度计算三、蜗杆传动的强度计算2222122121500015000ｚ　ｍdkT＝ddkT　H2221215000KTZdmH上页下页总目录本章V２—蜗轮分度圆圆周速度，m/sv1—蜗杆分度圆圆周速度，m/s蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs较大的VS引起：1、易发生齿面磨损和胶合2、如润滑条件良好,有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率v1vsv2v2P12d2d1一、蜗杆传动的滑动速度§８-4蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算cos100060cos111ndvvs上页下页总目录本章321——由啮合摩擦损耗所决定的效率11/()Vtgtg——轴承的效率2——蜗杆或蜗轮搅油引起的效率3——当量摩擦角查表V蜗杆传动设计时，可根据蜗杆头数估取传动效率Z11，2，4，6效率0.7，0.8，0.9，0.95二、蜗杆传动的效率上页下页总目录本章三、蜗杆传动的润滑四、蜗杆传动的热平衡计算原因——效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降,润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。设蜗杆传动功率为P（KW）,效率为)1(10001PH自然冷却方式，单位时间散热量为02ttSKHdKd——箱体表面散热系数S——箱体散热面积t——油的工作温度t0——环境温度上页下页总目录本章达到热平衡时011000ttSKPd可得到热平衡时的温度CtCSKPttd80][)()1(10000如t80°时措施：1加散热片以增大散热面积2蜗杆轴端加风扇，强制风冷却3在传动箱内安装循环冷却管路上页下页总目录本章§８-5蜗杆蜗轮常用材料及结构一、蜗杆、蜗轮的材料针对蜗杆传动的齿面间有较大的相对滑动，较易出现胶合和磨损的特点，要求蜗杆蜗轮的材料组合不仅要求有足够的强度，还要求具有良好的减摩耐磨性和抗胶合能性能。1、蜗杆材料蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造。2、蜗轮材料常用的蜗轮材料为铸锡青铜，例如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5，其抗胶合、减摩及耐磨性能都较好，但价格较贵，因此用于滑动速度较高的场合．上页下页总目录本章二、蜗杆、蜗轮的结构上页下页总目录本章齿圈式整体式蜗轮的结构上页下页总目录本章镶铸式螺栓连接式BACK上页下页总目录本章§８-6蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护一、精度选择：由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大，所以制造精度对传动的影响比齿轮传动更显著，因此在同样场合下，应采用较高的精度。蜗杆传动规定了12级精度。二、蜗杆传动的安装与维护1、蜗杆、蜗轮的安装调整在蜗杆传动中，蜗杆中心线位于主平面上，蜗杆与蜗轮中心距应准确，在装配时，应仔细调整蜗轮的轴向位置，否则难以正确啮合，齿面会在短时间内严重磨损。上页下页总目录本章2、蜗杆传动的跑合和试运转蜗杆传动装配后，须经跑合，以使齿面接触良好。跑和时采用低速运转，通常，逐步加载至额定载荷，跑和1h~5h。若发现蜗杆齿面上粘有青铜，应立即停车，用细砂纸打去，再继续跑合。跑和好以后，应清洗全部零件，换新润滑油，并把此时蜗轮与蜗杆的相对轴向位置打上标记，便于以后拆装时配对和调整到位。min/100~min/501rrn上页下页总目录本章1、蜗杆传动特点、类型2、蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算3、普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件4、普通圆柱蜗杆传动的受力分析、强度计算及热平衡计算。总结上页下页总目录本章1、当两轴线（）时，可采用蜗杆传动。A平行B相交C垂直交错2、在蜗杆传动中，通常（）为主动件。A蜗杆B蜗轮C蜗杆蜗轮都可以3、阿基米德蜗杆的（）模数，应符合标准数值。A法向B端面C轴向4、蜗杆传动自锁时，应使蜗杆导程角（）当量摩擦角。A大于B小于C等于5、起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应采用（）蜗杆。A单头、小导程角B单头、大导程角C多头、小导程角D多头、大导程角6、计算蜗杆传动的传动比时,公式()是错误的。复习思考题21i21nni12ddi12zziACDB上页下页总目录本章7、为减少蜗轮滚刀数量，有利于刀具标准化，规定()为标准值。A蜗轮齿数B蜗杆头数C蜗杆分度圆直径8、蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对（）来进行。A蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度B蜗轮齿面接触强度和蜗杆齿根弯曲强度C蜗杆齿面接触强度和齿根弯曲强度D蜗轮齿面接触强度和齿根弯曲强度9、蜗杆传动中，蜗杆常用材料（），蜗轮常用材料有（）。A铸铝B碳钢C铸铁D黄铜E锡青铜F合金钢G工程塑料上页下页总目录本章10、在蜗杆传动中，标准化了的参数有（）。Ａ蜗杆的头数Ｂ蜗轮的齿数Ｃ蜗杆的模数Ｄ蜗杆的分度圆直径Ｅ蜗杆的导程角Ｆ蜗杆的压力角Ｇ蜗轮的分度圆直径11、为使蜗杆传动具有自锁性，应采用()和()的蜗杆。Ａ单头Ｂ多头Ｃ大导程角Ｄ小导程角上页下页总目录本章12、标准蜗杆传动的中心距计算公式应力)(2121zzma)(212zqmaAB)(212zqmat)(212zqmanCD13、蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度Vｓ与蜗杆的圆周速度V1之间有()关系AVｓ=V1BVｓV1CVｓV1DVｓ与V1没关系14、蜗杆传动的主要失效形式是A齿面疲劳点蚀B齿根的弯曲折断C齿面的胶合和磨损；D齿面的塑性变形上页下页总目录本章1、试分析图示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向（用各分力表示）。习题上页下页总目录本章2、图示为蜗杆、齿轮传动装置。右旋蜗杆I为主动件，为使轴Ⅱ、Ⅲ上传动件的轴向力能相抵消，试确定：（1）蜗杆的转向1；（2）一对斜齿轮3、4轮齿的旋向；（3）用图表示轴Ⅱ上传动件的受力（用各分力表示）情况。