14 蜗杆传动

第14章蜗杆传动机械设计基础——蜗杆传动14-1蜗杆传动的特点和类型14-2主要参数和几何尺寸14-3蜗杆传动的失效形式、材料及结构14-4蜗杆传动的强度计算14-5运动学及效率热平衡计算基本要求:掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法14-1蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动及其特点二、蜗杆传动的类型机械设计基础——蜗杆传动一、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，蜗轮被动蜗杆蜗轮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14-2基本参数和几何尺寸一、正确啮合条件二、主要参数及几何尺寸机械设计基础——蜗杆传动一、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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Ldf1da1hahfh二、主要参数及几何尺寸机械设计基础——蜗杆传动1模数2压力角3导程角4分度圆直径5中心距d1p2df1da1hahfh1模数机械设计基础——蜗杆传动mx1=mt2=m具体见表14-1（GB/T10088-88）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d1p2压力角机械设计基础——蜗杆传动GB/T10088-88规定：阿基米德蜗杆：=20°动力传动：=25°分度传动：=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齿数和传动比机械设计基础——蜗杆传动z2=i12z1,(通常29~70)从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动蜗杆的齿数即蜗杆的头数，z1=1,2,4、6，取小i，,自锁性好d1122112zznniv2,va112dd?12dd4直径系数和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d1111111tanzpzmzmddd1zq1qdm——蜗杆的直径系数交错角∑为90°的蜗杆传动导程角螺旋角的关系机械设计基础——蜗杆传动5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见表14-1d1Bpa2df1da1hahfhda26滑动速度机械设计基础——蜗杆传动润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合充分润滑时：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相对滑动速度很大产生的利弊：d1v2,va1v1v2vssmndvvscos60000cos1117中心距机械设计基础——蜗杆传动其余几何尺寸见表14-2反映功率大小2121)(21rrddaad1Bpde22df1da1hahfh14-3蜗杆传动的失效形式、材料及结构材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度一、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)二、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14-4蜗杆传动的强度计算一、失效形式及设计准则二、受力分析三、轮齿表面的接触强度计算四、轮齿的弯曲强度计算机械设计基础——蜗杆传动一、失效形式及设计准则机械设计基础——蜗杆传动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二、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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Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft2FaFa三、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23[]AHEHKTZZMPaa232[]EAHZZaKTmm说明：1z1、z1的选择：z1查表14-3,根据传动比选择；z226~282载荷系数K：据经验选择,见p2443许用接触应力：表14-4、14-5四、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：22121.53[]cosAFaFFKTYMPamdd2322121.53cos[]AFaFKTYmdmmz14-5热平衡计算一、目的及对象二、计算方法三、提高散热能力方法机械设计基础——蜗杆传动14.5.1传动效率机械设计基础——蜗杆传动轴承及搅油损失效率2：滚动轴承：2=0.98~0.99滑动轴承：2=0.97~0.98设计之初，未知，可按z1初选：z1=1时，=0.7~0.75z1=2时，=0.75~0.82z1=4时，=0.85~0.92啮合效率1类似于螺旋副：d1v2,va121)'tan(tan1提示：设计完成后，需验算η，若与初选值相差太远，则需重选η再设计。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-)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t≤50~60℃14.5.2热平衡三、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箱内装冷却水管作业习题：14-5，14-6（在书上完成）