机械设计基础第五版第十二章.

第十二章蜗杆传动12-1齿轮传动的特点和类型组成：蜗杆蜗轮机构用于两交错轴之间的传动，两轴的交错角通常为90°。蜗杆通常为主动件。1、大,且结构紧凑2、承载能力高3、可设计成反行程自锁（只能蜗杆带动蜗轮反之不行）4、传动平稳、无噪音i优点：1、磨损大，效率低2、蜗杆轴向力较大缺点：蜗杆种类：圆弧面蜗杆圆柱蜗杆普通蜗杆（阿基米德蜗杆）渐开线蜗杆蜗杆种类：左旋右旋（常用）单头蜗杆（）：蜗杆上只有一条螺旋线。蜗杆双头蜗杆（）：蜗杆上有二条螺旋线。11z21z左旋右旋蜗杆12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、蜗杆传动的主要参数中间平面——通过蜗杆轴线同时垂直蜗轮轴线切面。在中间平面，蜗杆传动相当于齿条与渐开线齿轮传动。蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗轮在中间平面上是渐开线齿形一、蜗杆传动的主要参数1)模数m和压力角:标准值m查表12-12)蜗杆头数、蜗轮齿数和传动比：201z2z41z211、z80~272z（太多加工困难）i传动比：122112zznnii、—蜗轮、蜗杆转速2n1n3）蜗杆直径系数q和导程角：为了减少加工蜗轮的刀具的数量并便于标准化制定了蜗杆分度圆标准系列。3）蜗杆直径系数q和导程角：11z21z1xp1xpzp1xpzp1d1d1xp——轴面齿距1dzp螺旋线111111dmzdmzdpztgx——导程zp3）蜗杆直径系数q和导程角：111111dmzdmzdpztgx引入蜗杆直径系数q，得：tgz1qqztg1mqd1分析：qztg1传动效率高，蜗杆刚度、强度。转速高的蜗杆取较小的值，蜗轮齿数较多时取较大的值。)(1qd1d2z1d4、齿面间滑动速度：svsmvvvvscos12221—蜗杆圆周速度—蜗轮圆周速度1v2vsv1v2v1d2d5、标准中心距：a)(21)(21)(212221zqmmzmqddaa二、正确啮合条件（交错成）：在中间平面内，蜗杆轴面模数等于蜗轮端面模数mmmta2121ta在中间平面内，蜗杆轴面压力角等于蜗轮端面压力角蜗杆的导程角等于蜗轮的分度圆柱螺旋角r（标准值）（标准值）（相互啮合的蜗轮蜗杆旋向相同）90三、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算：设计时，根据传动的功用、传动比的要求选择蜗杆头数、蜗轮齿数按强度计算确定中心距a和模数m根据表12-3公式计算蜗杆、蜗轮几何尺寸。1z2z三、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算：22mzd)(12atmmm，tgmzmqd11分度圆直径：齿顶高：mha1mha2齿根高：mhf2.11mhf2.12蜗杆齿顶圆直径、蜗轮喉圆直径：)2(1qmda)2(22zmda1ad2ad2ed齿根圆直径：)4.2(1qmdf)4.2(22zmdf1fd2fd蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距、径向间隙：Pmpppxta21mc2.012-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择：失效形式：胶合、点蚀、磨损蜗杆材料：高速重载蜗杆：20Cr、20CrMnTi（渗碳淬火56~62HRC）40Cr、42SiMn、45（表面淬火45~55HRC）蜗杆材料：一般蜗杆采用45、40碳素钢（调质220~250HBS）低速人力传动中，蜗杆可不经热处理，甚至采用铸铁。蜗轮材料：重要的高速蜗杆传动：ZCuSn10P1)25(SmvsZCuSn5Pb5Zn5)12(SmvsZCuAl10Fe3)6(Smvs采用球墨铸铁、灰铸铁，尼龙、增强尼龙。)2(Smvs二、蜗轮、蜗杆的结构：蜗杆通常和轴作成一体——蜗杆轴蜗轮结构：整体式组合式：齿圈用有色金属制造，轮心用钢或铸铁制成。组合式：浇铸成批制造过盈联接尺寸不大、工作温度变化小螺栓联接尺寸较大、磨损后需更换齿圈12-4蜗杆传动的受力分析一、蜗杆、蜗轮转向判别：1、已知：蜗杆转向求：蜗轮旋向，蜗轮转向。解：蜗轮右旋，根据右手定则蜗杆左移，若蜗杆不移动，蜗轮的圆周速度方向向右，蜗轮顺时针转。12二、受力分析（夹角）：FnFr1Ft1Fa190总法向力Fn圆周力径向力轴向力FtFrFa蜗杆蜗杆圆周力：FnFr1Ft1Fa121112atFdTFT1—蜗杆上的转矩方向：蜗杆主动，与运动方向相反。蜗杆轴向力：FnFr1Ft1Fa122212taFdTFiTT12—蜗杆传动效率T2—蜗轮上的转矩方向：用左、右手定则判断蜗杆径向力：FnFr1Ft1Fa1221rtrFtgFFabc在∆abc中tgFFar1121taFF方向：指向轴心判断蜗杆旋向，分析受力方向：蜗杆主动Fr1Ft1Fa1Fr2Ft2Fa212-5圆柱蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的主要破坏形式：蜗轮齿面胶合，点蚀，磨损。闭式传动：按接触强度设计,校核蜗杆刚度，当时校核弯曲强度。闭式传动进行热平衡计算。802z开式传动：按弯曲强度设计。一.蜗轮齿面接触强度验算公式：HAEHaTkzz32kA---使用系数，K=1.1-1.4－－蜗轮转矩，Nmm－－蜗轮许用接触应力，Mp蜗轮齿圈是锡青铜，查表12-4蜗轮是铝青铜或铸铁，查表12-5zE------材料综合弹性系数。Zp－－－接触系数，查图12－11a-----中心距HT2设计公式：由验算公式得。根据值由公式12-10adm、1m由表12－1圆整成标准值mmzzTkaHEA322二.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算：FFaAFYmddTk2212cos53.1－－－－蜗杆导程角－查图由－－－蜗轮齿形系数，－表蜗轮许用弯曲应力，查8116122vFaFZY设计公式：FAzTkdmcos53.12212由值查表12－1决定主要尺寸。12dm三.蜗杆刚度计算：EIlFYEIlFYrrtt48,48311311由切向力和径向力产生的挠度分别为：YYYYrt2121总挠度：24519.0641006.21000dlldIIMPaEEdYY蜗杆支承跨距，蜗杆危险截面惯性矩，钢蜗杆材料弹性模量，＝－－许用挠度，12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率：闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合的功率损耗轴承中摩擦损耗搅动油箱中润滑油的油阻损耗蜗杆传动的总效率（蜗杆主动）：)()97.0~95.0(tgtg蜗杆导程角—。当量摩擦角，查表—712分析：1）常采用多头蜗杆。过大，蜗杆加工困难。2）时，蜗杆具有自锁性，但效率0050蜗杆传动的总效率：闭式传动：75.0~7.011z82.0~75.021z92.0~87.041z开式传动：70.0~60.0211、z二、蜗杆传动的润滑：润滑不良，轮齿早期发生胶合或磨损。滑动速度：油浴或喷油润滑。滑动速度：蜗杆置于蜗轮之上，由蜗轮带油润滑。滑动速度：喷油润滑。滑动速度：油浴润滑。Smvs10~5Smvs4Smvs15~10Smvs5三、蜗杆传动的热平衡计算：传动效率低，发热量大。闭式传动中，温度差：)()1(100001ttttAPtt?三、蜗杆传动的热平衡计算：70~6017~1021ttAcmWptt温差允许值，一般—散热面积—）（表面传热系数，—蜗杆传动功率—传动效率—)()1(100001ttttAPtt冷却措施：温度超过许用值时采用。1）增加散热面积：合理设计箱体结构、铸出或焊上散热片。2）提高表面传热系数：在蜗杆上装电风扇2）提高表面传热系数：在箱体油池内装蛇形冷却水管。用循环油冷却。1、蜗杆形成：蜗杆是用样板刀（、、）使刀刃与蜗杆的轴线同在一个水平面，在车床上加工出。所以蜗杆轴面齿形为标准齿条齿形201*ah2.0*c*蜗杆、蜗轮的形成：蜗轮是用形状同蜗杆相似（仅顶圆增大）的滚刀用展成法加工出。mc*2、蜗轮形成：相啮合轮齿点接触变成线接触1d1O2O2O2d*为提高承载能力使蜗轮包住蜗杆*例已知：蜗轮转向求：蜗轮旋向蜗杆转向解：蜗轮左旋根据左手定则，蜗轮右移，若蜗轮不移动，蜗杆的圆周速度向左，蜗杆顺时针转（如图）12