華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)4蝸桿.ppt

傳遞動(dòng)力時(shí) 傳動(dòng)比i 8 80 用于空間交錯(cuò)軸間的傳動(dòng) 通常 90 第四章蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 工作平穩(wěn) 噪聲小 傳動(dòng)比大 但效率低 制造成本較高 4 1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及類型 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿傳動(dòng) ZA 漸開線蝸桿傳動(dòng) ZI 法向直廓蝸桿傳動(dòng) ZN 第四章蝸桿傳動(dòng) 主要參數(shù) 按蝸桿形狀分 圓柱蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)的類型 環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 第四章蝸桿傳動(dòng) 主要參數(shù) 蝸桿傳動(dòng)類型的選擇 1 載荷較小 精度較低 要求自鎖 低速 不重要的場合 可選阿基米德蝸桿傳動(dòng) 2 載荷大 精度高 速度高的重要場合 可選圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 3 精度較高 速度較大 蝸桿頭數(shù)較多 加工工藝簡單 可選漸開線 法向直廓蝸桿 4 要求傳動(dòng)效率高 蝸桿不磨削的大功率傳動(dòng) 可選環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 本章主要討論阿基米德蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 4 2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算 一 主要參數(shù) 模數(shù)m和壓力角 中間平面 包含蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面 蝸輪加工 滾刀滾制 滾刀幾何參數(shù)同相配蝸桿 在中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合 正確嚙合條件 在中間平面內(nèi) mx1 mt2 m x1 t2 20 蝸桿軸面模數(shù) 蝸輪端面模數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 蝸桿軸面壓力角 蝸輪端面壓力角 第四章蝸桿傳動(dòng) 主要參數(shù) 對(duì)于蝸桿 中間平面是軸面對(duì)于蝸輪 中間平面是端面 蝸桿導(dǎo)程角 與蝸輪螺旋角 之關(guān)系 90 時(shí) 且旋向相同 蝸桿分度圓直徑d1及直徑系數(shù)q d1 標(biāo)準(zhǔn)系列值 限制蝸輪滾刀數(shù)量 便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化 蝸桿直徑系數(shù) q d1 m d1 mq q與導(dǎo)程角 之關(guān)系 第四章蝸桿傳動(dòng) 主要參數(shù) 蝸桿導(dǎo)程pz 蝸桿頭數(shù) 軸向齒距px1 m 而d2 mz2 根據(jù)i查表4 9 d2 d1 mz2 mq z2 q z1 1 6 蝸桿頭數(shù)z1 蝸輪齒數(shù)z2及傳動(dòng)比i i n1 n2 z2 z1 d2 d1 d2 d1 z1少 則 小 效率低 重載時(shí)取z1 1要求自鎖z1 1 z1過多 則 大 制造困難 z2 iz1 28 80 常取z2 32 63 第四章蝸桿傳動(dòng) 主要參數(shù) 齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度vs 由此可見 vs v1 v2 所以蝸桿傳動(dòng)摩擦損失大 效率低 第四章蝸桿傳動(dòng) 主要參數(shù) 二 蝸桿傳動(dòng)的變位 目的 湊中心距或湊傳動(dòng)比 特點(diǎn) 只對(duì)蝸輪進(jìn)行變位 而蝸桿不變位 蝸輪的分度圓仍與節(jié)圓重合 即d2 d2 mz2 變位后 若只改變中心距 湊中心距 蝸桿的分度圓與節(jié)圓分離 即d1 d1 例 蝸輪變位系數(shù) 變位后的中心距 變位前的中心距 若只改變蝸輪齒數(shù) 湊傳動(dòng)比 中心距不變 變位前的齒數(shù) 變位后的齒數(shù) 例 第四章蝸桿傳動(dòng) 變位 x2可取 1 1 故z2最多只能改變兩個(gè)齒 或 mz2 三 幾何尺寸計(jì)算 中心距a d1 d2 2 x2m m q z2 2 x2m 其他尺寸計(jì)算見表4 3和4 4 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)的區(qū)別 傳動(dòng)比i 齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) i d2 d1 i d2 d1 m 法面為標(biāo)準(zhǔn)值 中間平面為標(biāo)準(zhǔn)值 1 2 旋向相同 d1 d1 mnz1 cos d1 mq 且為標(biāo)準(zhǔn)值 第四章蝸桿傳動(dòng) 幾何尺寸計(jì)算 4 3蝸桿傳動(dòng)的失效形式 材料及結(jié)構(gòu) 第四章蝸桿傳動(dòng) 材料及結(jié)構(gòu) 一 失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 齒面點(diǎn)蝕 蝸輪材料為鑄錫青銅時(shí) 此種材料強(qiáng)度稍低 齒面膠合 蝸輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時(shí) 齒面磨損 開式傳動(dòng)或潤滑不良 輪齒折斷 蝸輪齒數(shù)過多或強(qiáng)烈沖擊載荷 由于蝸輪材料強(qiáng)度低 失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上 對(duì)于大多數(shù)閉式蝸桿傳動(dòng) 其承載能力主要取決于接觸強(qiáng)度 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 閉式蝸桿傳動(dòng) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 并進(jìn)行熱平衡計(jì)算 z2 80或強(qiáng)烈沖擊載荷時(shí)校核彎曲強(qiáng)度 材料要求 減摩性好 耐摩 抗膠合 足夠的強(qiáng)度 碳鋼 45鋼調(diào)質(zhì)或淬火 蝸桿 合金鋼 20Cr 20CrMnTi 40Cr 鑄錫青銅ZCuSn10P1 適合高速 蝸輪 鑄鋁青銅ZCuAl9Fe3 中速重載 灰鑄鐵HT200 低速輕載 減摩性好 蝸桿結(jié)構(gòu) 蝸輪結(jié)構(gòu) 第四章蝸桿傳動(dòng) 材料及結(jié)構(gòu) 表面淬火 二 蝸桿 蝸輪的材料及結(jié)構(gòu) 第四章蝸桿傳動(dòng) 材料及結(jié)構(gòu) 三 許用應(yīng)力 1 許用接觸應(yīng)力 HP 主要失效形式是點(diǎn)蝕 蝸輪為鑄錫青銅時(shí) 壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 主要失效形式是膠合 蝸輪為鋁青銅或鑄鐵時(shí) 應(yīng)保證蝸輪的抗膠合能力 承載能力取決于蝸輪的接觸強(qiáng)度 基本許用應(yīng)力 第四章蝸桿傳動(dòng) 材料及結(jié)構(gòu) 2 許用彎曲應(yīng)力 FP 壽命系數(shù) 若N 25 107 則取N 25 107 齒根彎曲應(yīng)力視為脈動(dòng)循環(huán) 齒根彎曲應(yīng)力視為對(duì)稱循環(huán) 蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與蝸桿的軸向力方向相反 各力關(guān)系 各力方向 一 受力分析 Ft Fr同斜齒輪 Fa 用主動(dòng)輪左 右手定則判斷 通常 蝸桿是主動(dòng)輪 各力大小 第四章蝸桿傳動(dòng) 受力分析 例1 4 4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 例2 1 強(qiáng)度計(jì)算主要針對(duì)蝸輪輪齒 材料原因 2 中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒條與齒輪嚙合 蝸輪類似于斜齒輪 計(jì)算載荷 則 T2 iT1 KT2 iKT1 K 1 0 1 3 載荷平穩(wěn) vs 3m s時(shí)取小值 二 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 特點(diǎn) 因此 蝸輪輪齒的強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似 其強(qiáng)度公式可仿照斜齒輪的計(jì)算方法推導(dǎo) 第四章蝸桿傳動(dòng) 受力分析 蝸桿傳動(dòng)的效率 P1 蝸桿功率P2 蝸輪功率 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件 設(shè)計(jì)式 說明 第四章蝸桿傳動(dòng) 接觸強(qiáng)度計(jì)算 ZE 彈性系數(shù) 青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿ZE 160 為保證安全 表中查得的值應(yīng)大于計(jì)算值 如 計(jì)算值m2d1 4350 則查得m2d1 5120 相應(yīng)的m 8 d1 80 三 蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 第四章蝸桿傳動(dòng) 彎曲強(qiáng)度計(jì)算 借用斜齒輪彎曲強(qiáng)度公式 考慮蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn) 校核式 設(shè)計(jì)式 齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 注 2 螺旋角系數(shù) 3 蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度比接觸強(qiáng)度大得多 所以只是在受強(qiáng)烈沖擊 z2特多或開式傳動(dòng)中計(jì)算彎曲強(qiáng)度才有意義 一般情況下 不用計(jì)算蝸輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 4 5蝸桿傳動(dòng)的效率 潤滑和熱平衡計(jì)算 一 效率 1 2 3 與齒輪傳動(dòng)相同 嚙合效率類似于螺旋副 2 3 0 95 0 97 故 當(dāng)量摩擦系數(shù) 第四章蝸桿傳動(dòng) 效率計(jì)算 提高效率的途徑 蝸桿制造困難 故 采用減摩性好的材料 如青銅 保證良好的潤滑狀態(tài) vs較大時(shí)嚙合齒面間易于形成油膜 自鎖條件 當(dāng)量摩擦角 表4 8 設(shè)計(jì)之初 未知 z1 1時(shí) 0 7 0 75 z1 2時(shí) 0 75 0 82 z1 3時(shí) 0 82 0 87 自鎖蝸桿 0 5 第四章蝸桿傳動(dòng) 效率計(jì)算 z1 4時(shí) 0 87 0 92 故設(shè)計(jì)時(shí) 可按z1估選 而T2 iT1 二 潤滑 一般情況下 采用浸油潤滑 vs很大時(shí) 采用噴油潤滑 v1小時(shí) 蝸桿下置 v1 4m s時(shí)蝸桿上置 有利于潤滑 避免過大的攪油損失 蝸桿下置 蝸桿上置 三 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 對(duì)象 連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng) t1 熱平衡時(shí)的油溫 目的 控制油溫 防止膠合失效 應(yīng)使t1 許用油溫 第四章蝸桿傳動(dòng) 潤滑 通風(fēng)不好Kt 8 7 10 5 H1 P1 P2 單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 單位時(shí)間內(nèi)的散熱量 H2 KtA t1 t0 KtA tW Kt 散熱系數(shù) W m2 自然方式冷卻時(shí) A 箱體散熱面積 箱體暴露在空氣中的部分 近似計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)中心距 t0 環(huán)境溫度 常取t0 20 t 溫升 第四章蝸桿傳動(dòng) 熱平衡計(jì)算 P1 P1 kW 1000P1 1 W 通風(fēng)良好Kt 14 17 5 熱平衡時(shí) 單位時(shí)間內(nèi) 發(fā)熱量 散熱量 熱平衡時(shí) 1000P1 1 KtA t1 t0 則熱平衡計(jì)算式 若t1 tp 則采取措施提高散熱能力 在箱殼外表面加鑄散熱片 蝸桿軸端裝風(fēng)扇加速空氣流通 同時(shí)沿氣流方向配置散熱片 箱體油池內(nèi)放置蛇形冷卻水管 噴油潤滑循環(huán)冷卻 自然通風(fēng)時(shí)豎直布置 第四章蝸桿傳動(dòng) 熱平衡計(jì)算 增加散熱面積A 按50 計(jì)算 增大散熱系數(shù)Kt 20 28 許用油溫 第四章蝸桿傳動(dòng) 小結(jié) 本章小結(jié) 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇 主要討論普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 與斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系 蝸桿分度圓直徑為標(biāo)準(zhǔn)值 蝸桿 蝸輪螺旋角旋向相同但大小不等 蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率的關(guān)系 變位的目的 材料 失效形式 為減小摩擦磨損 鋼蝸桿與青銅蝸輪配對(duì) 失效主要發(fā)生在蝸輪上 受力分析 各分力的對(duì)