7 - 10 齿轮传动及蜗杆传动-宋宝玉版

156《机械设计》课程第7章蜗杆传动7.3蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择157《机械设计》课程7.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则•主要失效形式：齿面疲劳点蚀磨损轮齿减薄温升齿面胶合齿面间主要发生在蜗轮轮齿上！接触应力相对滑动速度vSH蜗杆传动——特殊的齿轮传动蜗轮轮齿部分材料的硬度、强度等低于蜗杆材料齿面点蚀齿面磨损齿面胶合蜗杆传动失效形式158《机械设计》课程7.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则•设计准则：分析按齿面点蚀计算按齿面胶合计算按齿面磨损计算目前尚无成熟设计计算理论和数据！H中间平面直齿齿条渐开线齿轮可以沿用齿轮传动接触疲劳强度计算公式！用间接的方法控制工作温度—温度配对材料—减磨,耐磨性好提高齿面粗糙度要求…等(1)按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力,在选择许用应力时，适当考虑胶合和磨损失效因素的影响；(2)对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算设计准则？159《机械设计》课程7.3.2蜗杆和蜗轮的常用材料•对蜗杆、蜗轮材料要求：传动副—应具有良好的•蜗杆材料对蜗杆和蜗轮材料的要求足够的强度和刚度齿面光洁较高的齿面硬度蜗杆材料—应具有蜗轮材料—应具有足够的强度蜗杆蜗轮减摩性耐磨性跑和性碳素钢—20,40,45合金钢—15Cr,20Cr,20CrMnTi,20MnVB40Cr,40CrNi,42SiMn等15Cr,20Cr,20CrMnTi,20MnVB高速重载的蜗杆渗碳淬火HRC58~6540,45,40Cr,40CrNi,42SiMn等表面淬火HRC45~55低速中载的蜗杆40,45等调质处理，HB220~300160《机械设计》课程7.3.2蜗杆和蜗轮的常用材料•蜗轮材料：1）铸造锡青铜(ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5)2）铸造铝铁青铜(ZCuAl10Fe3)3）灰口铸铁(HT150,HT200等)特点—减磨性、耐磨性最好抗胶合能力强抗弯曲强度较低，价格贵！适用范围vS6m/s(最大25m/s)—重要传动中。特点—有足够的强度，价格便宜耐磨性、抗胶合能力差！适用范围—vS6m/s的一般传动。价格最便宜！适用于—vS2m/s的低速或手动传动中。161《机械设计》课程第7章蜗杆传动7.4普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算162《机械设计》课程7.4.1蜗杆传动的受力分析和计算载荷•受力分析：1)蜗杆传动运动分析蜗杆转向蜗轮转向轮齿旋向(一般用右旋)n1n2右旋*熟练掌握:根据判断蜗轮转向判断蜗杆旋向判断蜗杆转向(1)蜗杆转向轮齿旋向(2)蜗杆转向蜗轮转向(3)蜗轮转向轮齿旋向163d2Cn22T2n11AA向d2n22n11AA向d2Cn22T2n11AA向判断蜗杆转向d2Cn22T2n11AA向判断蜗杆旋向判断蜗轮转向C蜗杆传动运动分析练习：中间位置164d2Cn22T2n11AA向Ft2Fa1Fr1Fr2Ft1Fa2n1T1T1Fr1Fr2由蜗杆传动运动分析结果分析所受分力165《机械设计》课程7.4.1蜗杆传动的受力分析和计算载荷•受力分析：受哪些力？力的方向？各力间的相互关系？——计算公式。蜗轮蜗杆传动与斜齿轮传动类似，在齿面间有如下力：啮合齿面间在节点处Fn—法向力F't—圆周力F'a—轴向力F'r—径向力fFn—齿面间摩擦力在齿轮传动中,将此力忽略！在蜗杆传动中—胶合是主要失效形式—不能忽略！FnfFn合成一个力—R166Fr1CRαn1T1O1O1Fn—F't1F'a1F'r1=Fr1R—Ft1Fa1Fr1中间平面轴断面fFnFn167对蜗杆R1Fa1Ft1Fr1对蜗轮R2Fr2Fa2Ft2Fr1=-Fr2Ft1=-Fa2Fa1=-Ft2注意！FnFrfFn—作用在与Fr垂直的平面内无径向分力FnfFnRFaFrFtR投影到中间平面上的分力。R投影到周断面上的分力。168《机械设计》课程7.4.1蜗杆传动的受力分析和计算载荷•各力间的相互关系：tan2212122121121arratatFFFdTFFdTFF而法向力)cos/(cos1nanFF取11aaFF，coscosn有:coscos2coscos221dTaFFan,N式中：T1,T2—分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mmT2=iT1,为传动效率,i为传动比d1,d2—分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径,mm——压力角，=20——蜗杆分度圆柱上的导程角，度169《机械设计》课程7.4.1蜗杆传动的受力分析和计算载荷•力的方向确定小结：2)按照主动件左右手定则来判断。方向的方法同外啮合圆柱齿轮圆周力—Ft径向力—Fr确定1)可根据相应的圆周力Ft的方向来判定,即：Fa1与Ft2方向相反；Ft1与Fa2方向相反。确定轴向力Fa方向方法：左旋—左手定则右旋—右手定则主动件3)用蜗杆传动运动分析方法最实用！170《机械设计》课程7.4.1蜗杆传动的受力分析和计算载荷•蜗杆传动的计算载荷：计算载荷=K·名义载荷KKKKAKA—工作情况系数，查《教材》P157表7.4K—动载荷系数K—齿向载荷分布系数式中:当m/s时，32vK=1.0当m/s时，32vK=1.1~1.2平稳载荷时，载荷变化较大有冲击,振动时蜗杆刚度大时取小值，否则取大值K=1.0K=1.1~1.3171《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗杆直齿齿条中间平面内蜗轮渐开线斜齿轮蜗杆与蜗轮节点啮合时的条件斜齿圆柱齿轮传动齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算计算公式?计算条件?中间平面上的蜗杆传动蜗杆蜗轮蜗杆传动的俯视简图蜗轮类似于斜齿轮蜗杆蜗轮赫兹公式LFZnEH172《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度条件计算：HH][???中间平面蜗杆蜗轮直齿齿条斜齿轮内法截面内曲率半径节点处法截面内曲率半径12LFZnEH=?按渐开线斜齿轮计算2)cos2(sin22d斜齿轮——)cos2(sin22btd蜗轮——赫兹公式1.计算综合曲率半径—2221111111)cos2(sin22d)cos2(sin22dFnC173《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算2.计算计算载荷—FnCcoscos222dTFnnnCFKFcoscos222dKTFnC3.计算蜗轮齿面接触线长度—Lcos31.11dL4.用赫兹公式计算—HFnCLLFZnCEH95.0cos20取H蜗轮齿面接触接触应力174《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算5.蜗轮齿面接触疲劳强度计算公式22212)][(9HEZZKTdmHEEHZdmKTZddKTZ][99221222212,MPa校核条件公式：设计计算公式：,mm3(1)ZE—弹性系数，对于青铜或铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对时，取公式说明：MPaZE160H][(2)—蜗轮材料的许用接触应力，MPa175《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算6.蜗轮材料的许用应力——H][1)蜗轮为的青铜材料时MPaB300蜗轮齿面主要失效形式疲劳点蚀H][与应力循环次数N有关0][][HHNHK0][H当N=107时蜗轮材料的基本许用接触应力,蜗轮材料铸造方法蜗杆齿面硬度根据查《教材》P158表7.58710NKHN寿命系数，N根据工作寿命计算，其取值范围为751025106.2N0][][HHNHK176《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算1772)蜗轮为的青铜或铸铁材料时《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算MPaB300H][蜗轮齿面主要失效形式胶合H通过限制防止发生齿面胶合无成熟理论和直接计算方法根据抗胶合条件来选择许用接触应力—HH][即防止胶合的条件也间接地采用:不能直接作为胶合计算基准H][蜗杆副相对滑动速度vS大小根据查《教材》P158表7.6蜗轮蜗杆材料组合与应力循环次数无关！H][注意：178《机械设计》课程7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算179《机械设计》课程7.4.3蜗杆轴的强度与刚度计算把蜗杆螺旋部分看作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段。df1蜗杆轴df1普通阶梯轴按此一般轴来计算蜗杆轴的强度和刚度第九章轴后面讲！181《机械设计》课程7.5.1蜗杆传动的效率321闭式蜗杆传动功率损耗及效率齿面间啮合摩擦损耗———啮合效率1蜗杆轴上轴承的摩擦损耗—轴承效率2蜗杆浸油部分搅油损失——溅油效率3为影响蜗杆传动效率的主要因素闭式蜗杆传动蜗杆轴上轴承蜗杆轴螺旋部分蜗杆为主动轴时转速高浸油高速溅油油池箱体182《机械设计》课程7.5.1蜗杆传动的效率1—啮合效率，)tan(tan12,3—分别为轴承效率和搅油效率，一般取:2,3=0.95~0.961但越大蜗杆加工困难当以后1提高得很少28281要求蜗杆表面光洁！321蜗杆传动的总效率183《机械设计》课程7.5.1蜗杆传动的效率蜗杆传动的总效率：)tan(tan)96.0~95.0(Z11234闭式传动0.7~0.750.75~0.820.82~0.870.87~0.92η开式传动0.6~0.7在设计蜗杆传动时,可根据蜗杆头数Z1按下表初步估计蜗杆传动的总效率。184《机械设计》课程7.5.2蜗杆传动的润滑1.润滑的目的减磨散热降温蜗杆传动润滑不良的后果显著降低(摩擦损耗)温度严重时轮齿剧烈摩擦或胶合润滑对于蜗杆传动具有特别的重要意义。应保证良好润滑。2.润滑的措施—采用粘度大的矿物油必要时在油中加入添加剂以提高抗胶合能力开式传动—采用粘度大的齿轮油或润滑脂定期润滑闭式传动—根据相对滑动速度载荷情况查《教材》P160表7.8润滑剂粘度185《机械设计》课程7.5.2蜗杆传动的润滑3.对闭式蜗杆传动浸油润滑及喷油的要求1).浸油深度：蜗杆传动32ed蜗杆浸油不超过1~2个齿高蜗杆上置蜗杆下置2).喷油润滑要求：喷油嘴186《机械设计》课程7.5.3蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动啮合传动—啮合齿面间有摩擦蜗杆轴浸油部分高速搅油滚动轴承高速转动—滚动体与滚道间摩擦…等产生热量温升润滑油的粘度油膜被破坏相啮轮齿金属表面直接接触齿面温度高齿面胶合蜗杆传动失效！为保证油温在蜗杆传动正常工作范围内，应满足——热平衡条件：产生的热量=散发掉的热量187《机械设计》课程7.5.3蜗杆传动的的热平衡计算)1(100011PH,W式中：P1—蜗杆传动的功率，KW—蜗杆传动的总效率1.单位时间内摩擦功耗产生的热量—H12.单位时间内箱体外壁散发到空气中的热量—H2)(02ttAKHs式中:Ks—散热系数,视箱体周围通风条件而定;A—散热面积,m2;t—达到平衡时，箱体内的油温，限制在70~80º；t0—周围空气温度，t0=20º,W188《机械设计》课程7.5.3蜗杆传动的热平衡计算根据热平衡条件H1=H2可求得既定工作条件下的油温：AKPtts)1(100010在既定工作条件下，保持正常油温所需要的散热面积A为：)()1(100001ttKPAs2mC3.由热平衡条件求正常工作下的油温t或散热面积A189《机械设计》课程7.5.3蜗杆传动的热平衡计算常用措施:1)合理设计箱体结构,铸出或焊上散热片,以增大散热面积2)在蜗轮轴上装置风扇,进行人工通风,以提高散热系数4.若t80º或有效散热面积不足时的提高散热能力措施3)在箱体油池内装设蛇行冷却水管4)采用压力喷油循环润滑190《机械设计》课程7.5.1蜗杆传动的效率蜗杆传动的总效率：)tan(tan)96.0~95.0(Z11234闭式传动0