机械设计基础 第8章 蜗杆传动

第8章蜗杆传动机械设计基础——蜗杆传动8-1蜗杆传动的特点和类型8-2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸8-3蜗杆传动设计基础8-4蜗杆传动的计算8-5热平衡一、蜗杆传动及其特点机械设计基础——蜗杆传动2特点传动比大：一般传动i=7~80;分度机构可达1000结构紧凑传动平稳，噪声小效率低成本高1组成和应用通常二轴交角＝90°蜗杆主动，蜗轮从动蜗杆蜗轮8-1蜗杆传动的特点和类型动画二、蜗杆传动的类型机械设计基础——蜗杆传动环面蜗杆锥蜗杆按蜗杆整体形状分：圆柱蜗杆圆柱蜗杆机械设计基础——蜗杆传动渐开线蜗杆(ZI蜗杆)法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)圆弧面蜗杆(ZC蜗杆)按螺旋面形状分阿基米德蜗杆(ZA蝇杆)2轴面呈齿条（直廓）阿基米德螺旋线刃面过轴面渐开线dbIIIIIIIIIIIII－III－IIIII－III凸廓直廓刃面切于基圆柱面凸廓一、正确啮合条件机械设计基础——蜗杆传动正确啮合条件：mx1=mt2=mx1=t2=1=2;旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋;主平面(中间平面):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面;1b2b2fd2ad2d2cd1d1fd1ada8-2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸啮合特点机械设计基础——蜗杆传动几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算受力上，与斜齿轮相似;从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动;从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形，啮合传动类似于齿轮齿条运动;d1Bpda2a2Ldf1da1hahfh1模数机械设计基础——蜗杆传动mx1=mt2=m从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形啮合传动类似于齿轮齿条运动d1p二、主要参数及几何尺寸2压力角机械设计基础——蜗杆传动GB/T10088-88规定：阿基米德蜗杆：a=20°动力传动：a=25°分度传动：a=12°、15°从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形啮合传动类似于齿轮齿条运动d1Bp23导程角机械设计基础——蜗杆传动根据正确啮合条件，1=2（蜗轮的螺旋角）从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角pz1pz1pd1111111tandmzdmzdpz4分度圆直径机械设计基础——蜗杆传动蜗轮分度圆直径同齿轮d2=mz2蜗杆分度圆标准化，以限制刀具数d1与模数相匹配d1Bpa2df1da1hahfhda25中心距机械设计基础——蜗杆传动反映功率大小2121)(21rrddaad1Bpde22df1da1hahfh6蜗杆尺寸计算公式8-3蜗杆、蜗轮的失效形式及选材机械设计基础——蜗杆传动一、失效形式及设计准则1失效形式失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断——蜗轮轮齿;开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断;闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀;由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上;2设计准则——主要考虑蜗轮开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断保证齿根疲劳强度闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核另外，还应作热平衡计算材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度;1蜗杆的材料高的强度、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);2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ZCuAl9Fe3—低速重载;灰铸铁HT200—低速轻载;机械设计基础——蜗杆传动二、选材三、蜗杆结构机械设计基础——蜗杆传动通常为整体式——蜗杆轴四、蜗轮结构机械设计基础——蜗杆传动通常为组合式一、受力分析机械设计基础——蜗杆传动作用力的大小：受力分析类似斜齿传动;蜗杆、蜗轮旋向相同;蜗杆三个分力：Fr1,Ft1,Fa1蜗轮三个分力：Fr2,Ft2,Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft2tgFFFtrr22111212dTFFat22212dTFFtammNnPTiT321121095508-4蜗杆传动的强度计算径向力的判断方法：指向各自圆心;圆周力的判断方法：利用转向判断;轴向力的判断方法：蜗杆左、右手方法:主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；若主动轮为左旋，用左手;作用力的方向机械设计基础——蜗杆传动蜗轮的转向：与Fa1反向;Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft2二、轮齿表面的接触强度计算机械设计基础——蜗杆传动校核公式：设计公式：特点：强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）;中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮;蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似;MPadKTdHH][510122322212)][510(mmKTzdmH说明：1z1、z1的选择：z1根据传动比选择；z226~28;2载荷系数K：据经验选择;3许用接触应力;三、轮齿的弯曲强度计算机械设计基础——蜗杆传动说明：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;故在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义;校核公式：设计公式：MPazdmYKTFFF][cos2.2212232212][2.2mmzYKTdmFF一、目的及对象机械设计基础——蜗杆传动二、计算方法热平衡时，单位时间内：发热量=散热量;单位时间内的发热量(由于摩擦损耗引起)：Q1=1000P1(1-h)单位时间内的散热量：Q2=htA(t-t0)Q1=Q2，则温升对象—连续工作的闭式蜗杆传动目的—控制油温，防止胶合AhPtttt)1(100010使用时控制：油温t一般限制在60-70℃，不超过80℃温升Dt≤50-60℃8-5热平衡计算三、提高散热能力方法机械设计基础——蜗杆传动增大散热面积；提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇;箱内装冷却水管;