内蒙古工业大学机械设计课件第十一章

第十一章蜗杆传动§概述二、蜗杆传动的组成组成：蜗杆和蜗轮一、蜗杆传动的应用用于传递交错轴之间的运动和动力，通常交角为90°。运动：转速n（rpm、r/min）；动力：功率P（kW），转矩T（N·mm）。优点：1、传动比大；2、传动平稳、噪声小；3、传动具有自锁性。缺点：1、传动效率低；2、成本高。三、蜗杆传动的特点§11-1蜗杆传动类型分类方法：1、按蜗杆形状分：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动；2、按蜗杆旋向分：左旋、右旋。一、圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动。1、普通圆柱蜗杆传动根据齿廓曲线不同，分为：1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）2）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）3）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）4）锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）2、圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆）§11-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择1、模数m和压力角α主平面：通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面（中间平面）正确啮合条件：蜗杆轴向压力角αa1蜗轮端面压力角αt2蜗杆轴向模数ma1蜗轮端面模数mt2ma1=mt2αa1=αt2costantanna2、蜗杆分度圆柱直径d1mdq1蜗杆直径系数，见表11-23、蜗杆头数z1蜗杆头数z1的选择：1）z1小，传动比i大；2）z1大，效率η高；3）自锁性要求：z1=1；4）制造角度：z1≤6；)'tan(tan常用蜗杆头数z1的选择：1、2、4、64、导程角γ蜗杆轴向齿距paqzdmzdpzdpz1111a11tanγ增大，q减小，蜗杆刚度减小1dZpap传动、加工制造、效率等蜗轮分度圆螺旋角βγ=β5、传动比i和齿数比u传动比i：21nni6、蜗轮齿数z21）z2大，d2大，蜗杆太长容易变形，降低蜗杆刚度；2）不发生根切，z2min≥17，z2＜26时，影响传动平稳性。通常z2＞283）z1、z2互为质数，有利于磨损的调整。12zzu齿数比u：1221zznni蜗杆主动：z1、z2的荐用值荐表11-1γ8、齿面间相对滑动速度vd1ω2v1v2vs蜗轮转向的判定：左右手螺旋定则cos12221vvvvs7、中心距a)(21)(21221zqmddaω1二、蜗杆传动变位的特点变位的目的：配凑中心距、提高蜗杆传动能力及传动效率ad'1d1d2=d'2=mz2O2P分度线节线蜗杆中心线d2=d'2=mz2O2Pd1=d'1分度线(节线)蜗杆中心线d2=d'2=mz2O2P节线分度线蜗杆中心线d'1d1aa'aaa'a(a)(b)(c)1）中心距改变，z2不变，，传动比i12不变aa22'zz2/)2('2212mxddmxaa2）中心距不变，z2改变aa22'zz12121212'zzizzi蜗杆中心线a(d)d'1d1PO2d2=d'2=mz2分度线节线ad1蜗杆中心线分度线d'1d2=d'2=mz2节线a'PO2a(e))(2)2'(22)2(222221zqmxzqmmxdd2222'xzz2'222zzx三、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算参见表11-3§11-3普通圆柱蜗杆传动承载能力计算一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料1、失效形式胶合、点蚀、磨损、轮齿折断2、设计准则A、闭式蜗杆传动：按齿面接触强度设计，齿根弯曲强度校核。B、开式蜗杆传动：按弯曲疲劳强度进行设计。3、材料选择材料要求：足够的强度、耐磨性及抗胶合性。载荷蜗杆材料蜗轮材料高速重载低碳合金钢渗碳淬火：15Cr、20Cr铸锡青铜：ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5中速中载中碳合金钢表面淬火：40Cr、45铸铝青铜：ZCuAl10Fe3低速轻载中碳钢调质：40、45铸铁：HT150、HT200二、蜗杆传动的受力分析112a1t2dTFF222t1a2dTFFtan2t2r1rFFFcoscos2coscoscoscosn22n2tn1andTFFFiTT12Fr2Fr1蜗杆传动的转向及受力分析n1n1n2n2Fa1Ft2Fa2Ft1Fr2Fr1Ft1Fa2Ft2Fa11、蜗轮齿面接触疲劳强度计算32HρE2][ZZKTa校核公式设计公式三、蜗杆传动强度计算E0nHZLKF][H32ρEHaKTZZ若材料为铸铁或高强度青铜（σB≥300MPa），蜗杆传动的承载能力主要取决于胶合强度，许用接触应力见表11-6。若材料为锡青铜（σB300MPa），蜗杆传动的承载能力主要取决于疲劳强度，基本许用接触应力[σH]'见表11-7。[σH]＝KHN[σH]'。接触强度的寿命系数KHN87H10NKNhLjnN2602、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算YYYYmdbKTYYYYmbKFnSa2Fa2n222Sa2Fa222tF2cos36012db][53.1FFa2212FYYmddKT校核公式设计公式[σF]'—计入齿根应力校正系数YSa2后蜗轮的基本许用弯曲应力，见表11-8。[σF]＝KFN[σF]'。YYzKTdmFa2F2212][53.1四、蜗杆的刚度计算]['4832r12t1yLEIFFymm][mm'mmMPaNN4r1t1许用最大挠度，，螺杆两端支承间的跨距，蜗杆危险截面的惯性矩，－蜗杆材料的弹性模量蜗杆所受的径向力，蜗杆所受的圆周力，yLIEFF五、普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择§11-5普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率1、功率损耗：啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗2、效率：321)tan(tanv1cos100060cos111ndvvs96.0~95.032)tan(tan)96.0~95.0(v321二、蜗杆传动的润滑1、润滑油钢蜗杆配青铜蜗轮时，常用润滑油见表11-202、润滑油的粘度及给油方法闭式蜗杆传动，常用润滑油粘度及给油方法见表11-21开式蜗杆传动，采用粘度较高的齿轮油或润滑脂3、润滑油量蜗杆下置式或蜗杆侧置式，浸油深度为一个齿高。蜗杆上置式，浸油深度为蜗轮外径的三分之一。三、蜗杆传动的热平衡计算热平衡条件：单位时间内的发热量Φ1等于同时间内的散热量Φ2。摩擦功率损耗：)1(fPP发热量Φ1：)1(10001PΦ散热量Φ2：)(a0d2ttSΦΦ1=Φ2SPttda0)1(1000或：)()1(1000a0dttPSt080°或有效散热面积不足时，采取以下措施：1、加散热片以增大散热面积123452、在蜗杆轴端加装风扇以加速空气的流通空气流空气流123453、在传动箱内安装循环冷却管路§11-6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计一、蜗杆结构蜗杆：与轴一体，制成蜗杆轴b140b1d1df1da1二、蜗轮结构轮齿部分——青铜轮毂部分——钢或铸铁齿圈式Cde20.4m0.4mCC0.4mCde2拼铸式Cde20.4m0.4mCC0.4mCde2螺栓联接式Cde20.4m0.4mCC0.4mCde2整体式Cde20.4m0.4mCC0.4mCde2作业11-1、11-5阿基米德蜗杆法向直廓蜗杆渐开线蜗杆锥面包络圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆传动