機(jī)械設(shè)計(jì)：第11章蝸桿傳動(dòng)

1、 結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大,第十一章 蝸桿傳動(dòng)（worm drive）,一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn),動(dòng)力傳動(dòng)：i580 分度機(jī)構(gòu)：i可達(dá)300 傳遞運(yùn)動(dòng)：i可達(dá)1000, 傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪音,蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，是逐漸進(jìn)入和退出嚙合, 具有自鎖性能,螺旋線升角小于當(dāng)量摩擦角, 摩擦損失大，傳動(dòng)效率低,相對(duì)滑動(dòng)速度大,二、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,1、按蝸桿的形狀分 圓柱蝸桿傳動(dòng)（cylindrical worm drive）,環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（enveloping worm drive）,錐蝸桿傳動(dòng)（conical worm drive）,2、圓柱蝸桿傳動(dòng), 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿（Archimedes w

2、orm）,漸開(kāi)線蝸桿（involute worm）,法向直廓蝸桿（straight sided normal worm）,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（milled helicoid worm）, 圓弧齒圓柱蝸桿（cylindrical worm with circular-arc tooth）,三、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù),中間平面：通過(guò)蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面,1、主要參數(shù)及選擇,模數(shù)m和壓力角 m a1m t2m a1 t2 200,蝸桿直徑系數(shù)q qd1m,蝸桿頭數(shù)z1,傳遞運(yùn)動(dòng)，且傳動(dòng)比較大時(shí)，z1取小值 傳遞運(yùn)動(dòng)，且傳動(dòng)比不大時(shí)，z1取大值,為什么要引入q,減少蝸輪滾刀數(shù)目 有利于標(biāo)準(zhǔn)

3、化,z1多，加工困難 z1少，傳動(dòng)效率低,蝸桿升角 ,傳動(dòng)比i,如何選擇z2,d2不變，z2越多，m越小，使輪齒的彎曲強(qiáng)度降低,m不變，則蝸輪直徑d2增大，加大了蝸桿的支承長(zhǎng)度，使蝸桿的剛度下降,標(biāo)準(zhǔn)中心距a,2、變位的特點(diǎn),只能對(duì)蝸輪進(jìn)行變位，有兩種變位情況： 蝸輪齒數(shù)不變（z2z2），改變中心距（a a）,中心距保持不變（a a），改變蝸輪齒數(shù)（z2z2）,四、蝸桿傳動(dòng)的受力分析,1、失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 失效形式：主要是齒面膠合 其次是點(diǎn)蝕和磨損 失效主要發(fā)生在蝸輪輪齒面上,為什么？,蝸桿的強(qiáng)度比蝸輪高 蝸桿齒是連續(xù)齒,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: 閉式傳動(dòng)，按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

4、，進(jìn)行熱平衡計(jì)算； 開(kāi)式傳動(dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。,2、常用材料,對(duì)材料的要求： 有足夠的強(qiáng)度； 良好的耐磨性和抗膠合的性能； 蝸桿硬而光，蝸輪軟而耐磨。 蝸桿： 低速中載用45、40號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為220300 HBS； 高速重載用20Cr、15Cr滲碳淬火，或者40、45號(hào)鋼或40Cr淬火，硬度為4055HRC。,蝸輪： vs3 m/s的重要傳動(dòng)，用ZCuSn10Pl、ZCuSn5Pb5Zn5(錫青銅)； vs 4 m/s 的傳動(dòng)，用ZCuAl10Fe3(鋁青銅)； vs 2 m/s 的傳動(dòng)，用HT150、HT200(鑄鐵)。,3、受力分析,軸向力方向的判斷用左（右）手定則,五、

5、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,1、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 只對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計(jì)算,為什么？,材料：蝸輪的強(qiáng)度低 結(jié)構(gòu)：蝸桿的齒寬大,b2蝸輪的輪齒弧長(zhǎng), 為蝸輪齒寬角,mn法面模數(shù)，mnmcos,Y重合度系數(shù)，Y0.667,Y螺旋角影響系數(shù)，Y1（1400）,YFa2齒形系數(shù)，按zV2及x查圖1119,YSa2應(yīng)力校正系數(shù)，在 F中考慮, F許用彎曲應(yīng)力， F FKFN, F基本許用應(yīng)力，查表118,KFN壽命系數(shù),N應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，N60jn2Lh,n2蝸輪的轉(zhuǎn)速,Lh工作壽命,j 蝸輪輪齒每轉(zhuǎn)的嚙合次數(shù),驗(yàn)算式：,設(shè)計(jì)式：,查表112選參數(shù),2、齒面接觸疲勞強(qiáng)度,K載荷系數(shù)，K=KAKKV,KA使

6、用系數(shù)，查表115 KV動(dòng)載系數(shù) K齒向載荷分布系數(shù),Fn嚙合面上的法向載荷 L0接觸線長(zhǎng) 接觸齒廓綜合曲率半徑 ZE彈性影響系數(shù),驗(yàn)算式：,設(shè)計(jì)式：,Z接觸系數(shù)，查圖1114 H許用接觸應(yīng)力,B300MPa的鑄鐵或高強(qiáng)度青銅蝸輪，查表116； B300MPa的錫青銅蝸輪，查表117取H，再計(jì)算HHKHN,3、蝸桿剛度計(jì)算,E蝸桿材料的彈性模量 I蝸桿危險(xiǎn)剖面的慣性矩,L蝸桿支點(diǎn)間的跨距，初算取 L0.9d2 y蝸桿許用最大撓度，yd11000,六、圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,1、主要參數(shù)及選擇 特點(diǎn),效率高，0.95以上； 承載能力高，比普通蝸桿高5060%； 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊； 有利于潤(rùn)

7、滑油膜的形成； 中心距難以調(diào)整，對(duì)中心距誤差的敏感性強(qiáng)。, 主要參數(shù),齒形角0 0200400 齒廓圓弧半徑, 小,承載能力,會(huì)產(chǎn)生干涉,一般 z11、2，5m z13，5.3m z14，5.5m,變位系數(shù)x2,為了油膜的形成、足夠的接觸面積、避免根切，應(yīng)取xmin0.5； 轉(zhuǎn)速高，可以取較大的x2； 為了避免齒頂變尖，應(yīng)取xmin1.5,一般 z12，x20.71.2 z12，x211.5,2、強(qiáng)度計(jì)算, 失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 失效形式：膠合、磨損、點(diǎn)蝕 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度 保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 校核接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù),式中：SHmin最小安全系數(shù)，查表1112 H蝸輪齒面接

8、觸應(yīng)力,Zm系數(shù),bm2蝸輪平均齒寬，bm20.45（d1+6m） Yz蝸桿齒的齒形系數(shù)，查表1113,Hlim齒面接觸疲勞極限，limK0 fh fn fw,K0配對(duì)材料系數(shù)，查表1114 fh壽命系數(shù)，查表1115 fn速度系數(shù)，轉(zhuǎn)速不變時(shí)，查表1116 fw載荷系數(shù)，當(dāng)載荷平穩(wěn)時(shí)，fw1, 校核彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù),式中：CFlim蝸輪齒根應(yīng)力極限，查表1117 CFmax蝸輪齒根最大應(yīng)力系數(shù),Ft2max蝸輪平均圓上最大圓周力,蝸輪齒弧長(zhǎng),錫青銅齒圈,銅鋁合金齒圈,mn法向模數(shù),七、效率、潤(rùn)滑、熱平衡計(jì)算,1、蝸桿傳動(dòng)的效率 蝸桿傳動(dòng)的效率：123,2攪油損耗的效率 3軸承效率,2 3

9、0.950.96,1蝸桿傳動(dòng)嚙合效率, 普通圓柱蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角 v當(dāng)量摩擦角，查表1118、1119,頭數(shù)z1 1 2 4 6 效率 0.7 0.8 0.9 0.95,摩擦損失產(chǎn)生的熱量：11000P（1） 通過(guò)箱體散發(fā)的熱量：2dS（t0ta）,2、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑,采用高粘度潤(rùn)滑油，加抗膠合能力強(qiáng)的添加劑,3、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算,損失的功率都變成熱量 箱體散熱面積小,油溫不斷升高,由12得,d箱體散熱系數(shù) S散熱面積 t0油的工作時(shí)溫度 ta周?chē)諝獾臏囟?P蝸桿傳遞的功率,在t080時(shí)，應(yīng)采取的散熱措施有：,增加散熱片以增大散熱面積,在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通,傳動(dòng)箱內(nèi)加裝循環(huán)冷卻管路,摩擦損失產(chǎn)生的熱量： 11000(PPF