西南交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件 (6)

1、 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)概述概述 失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 材料選擇與結(jié)構(gòu)形式 主要參數(shù)和幾何關(guān)系 蝸桿傳動(dòng)受力分析蝸桿傳動(dòng)受力分析 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)的撓度計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)的潤滑、溫度計(jì)算1 1 概述概述一、特點(diǎn)和應(yīng)用一、特點(diǎn)和應(yīng)用外形類似： 螺旋與斜齒輪的傳動(dòng)從中間平面剖開： 齒輪與齒條的傳動(dòng)（虛擬現(xiàn)實(shí)中的蝸桿傳動(dòng)）1、應(yīng)用P 750KW（通常50KW），Vs 35 m/s（通常15 m/s）。由于 i 大，可用于機(jī)床分度機(jī)構(gòu)、儀器儀表中。2、特點(diǎn)1）工作平穩(wěn)：兼有斜齒輪與螺旋傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。2）i大12zzi 蝸桿1、2、4、6傳遞動(dòng)力時(shí)：i=8100（常用1550）

2、傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)：i=幾百上千（單頭，）用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 一般：空間垂直為什么？優(yōu)點(diǎn)：齒輪z1173）結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音小。4）自鎖性能好(用于提升機(jī)構(gòu)) 。缺點(diǎn)：1）制造成本高，加工困難。2）滑動(dòng)速度vs大。3）低。4）蝸輪需用貴重的減摩材料。1、按蝸桿形狀分圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿二、分類二、分類ZA型:阿基米德蝸桿中間平面：齒條與漸開線齒輪嚙合端面：阿基米德螺旋線ZI型:漸開線蝸桿 端面：漸開線,較精密傳動(dòng)ZN型:法向直廓蝸桿(刀具加工位置不同)圓柱蝸桿錐蝸桿：嚙合齒數(shù)多，平穩(wěn)，承載。環(huán)面蝸桿：接觸齒對(duì)數(shù)，承載（1.54）倍， 高，但制造安裝要求高。2、按蝸桿頭數(shù)分單頭蝸桿：i

3、，自鎖性，多頭蝸桿：相反3、按旋向分左旋右旋一般采用右旋三、精度等級(jí)三、精度等級(jí)12個(gè)等級(jí)：動(dòng)力傳動(dòng)：69級(jí)測(cè)量分度：5級(jí)或以上2 2 失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu)失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu)一、失效形式一、失效形式與齒輪傳動(dòng)類似：點(diǎn)蝕、膠合、磨損、折斷vs、發(fā)熱 主要為：膠合、磨損、點(diǎn)蝕蝸輪強(qiáng)度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。二、材料二、材料vs減摩性 、強(qiáng)度不能都用硬材料1、蝸輪指齒冠部分材料：減摩材料鑄錫青銅：vs1226m/s鑄鋁青銅：vs10m/s，抗膠合能力差鑄鋁黃銅：抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng),耐磨性差,用于vs小場(chǎng)合HT、QT：vs2m/s大直徑蝸輪：鑄鐵（蝸桿用青銅）2、蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬面蝸

4、桿：首選 淬火磨削調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設(shè)備時(shí)選用。2、蝸輪整體式齒冠：用貴重耐磨金屬(青銅)輪心：鑄鐵或鑄鋼鑄造（澆鑄）過盈螺栓（鉸制孔）三、結(jié)構(gòu)三、結(jié)構(gòu)1、蝸桿：與軸一體。車制、銑制。組合式3 3 圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)一、基本齒廓一、基本齒廓中間平面上基本齒廓和漸開線齒輪基本齒廓基本相同。mc2 . 0mf3 . 0、二、模數(shù)二、模數(shù)mm正確嚙合條件：21txPP 軸向 端面mmmtx21標(biāo)準(zhǔn)值(與齒輪不同,表13.4)cosnxmmm蝸桿導(dǎo)程角三、齒形角三、齒形角0刀具基準(zhǔn)齒形的齒形角：200阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿：軸向齒形角2001x法向直廓蝸桿：法向齒形角200

5、1n四、蝸桿分度圓直徑四、蝸桿分度圓直徑d d1 1（中圓直徑）（中圓直徑）同一m的蝸桿，應(yīng)對(duì)直徑d1進(jìn)行限制d1為標(biāo)準(zhǔn)值111111tandmzdmzdpzxd1pxpxtan11zmd加工蝸輪時(shí)的滾刀與尺寸與與之嚙合的蝸桿尺寸相同，但m一定時(shí)，由于z1和的變化，d1是變化的，即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。d1m 表13.4五、蝸桿直徑系數(shù)五、蝸桿直徑系數(shù)q qmdq1d1、m為標(biāo)準(zhǔn)值q為導(dǎo)出值,不一定為整數(shù)。11mzmqd六、蝸桿導(dǎo)程角六、蝸桿導(dǎo)程角 121111111tandudqzdmzdmzdpzx335 . 3制造困難m一定時(shí)，qd1蝸桿剛度z1一定時(shí)， q，自鎖性 小m蝸桿選用大

6、q，保證強(qiáng)度和剛度適于小P 大m蝸桿選用小q，保證效率適于大P傳遞動(dòng)力時(shí):頭數(shù)z1 采用多頭蝸桿傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí):保證自鎖( ),z1 ,采用單頭蝸桿七、七、z z1 1、z z2 2蝸桿頭數(shù)z1：蝸桿上蝸旋線的數(shù)目。z1=1、2、4、6等z1加工困難12uzz傳遞動(dòng)力：282z（傳動(dòng)平穩(wěn)性，避免根切）1002z(z2d2蝸桿軸長剛度) 一般取z2=3280z1z2：互質(zhì)均勻磨損八、八、i i、u u1221ddnni12zzu 蝸桿主動(dòng)時(shí):2112nnizzu九、中心距九、中心距a a)(2)(2)(2121221zzmzqmdda（應(yīng)按p264系列值選?。┦⒆兾幌禂?shù)十、變位系數(shù)1、變位目的：配

7、；。2、變位方法：與齒輪變位相同, 靠刀具的移位實(shí)現(xiàn)變位。故：蝸桿尺寸不能變動(dòng)，加工蝸輪時(shí)的滾刀與蝸桿尺寸相同，加工時(shí)滾刀只作徑向移動(dòng)，尺寸不變。4、變位類型1）齒數(shù)不變，湊a)2(2121dxmdax0，正變位 aa x0 負(fù)變位 aa 3、變位結(jié)果蝸桿各部分尺寸不變，但節(jié)線變化11dd蝸桿和蝸輪滾刀尺寸相同，蝸輪滾銑節(jié)圓就是裝配后與蝸桿的嚙合節(jié)圓。蝸輪滾刀的滾銑節(jié)線不再是刀具中線(分度圓柱上母線)蝸輪尺寸發(fā)生變化，但22dd)(2121ddamaax2）a不變，齒數(shù)變化，湊i湊i：（a不變， 2z2z ）)(2121zmdmax)(2121mzda)(2122zzx例13.1、例13.2)

8、2(21)(212121zmxmdddax022zz齒數(shù)x022zz齒數(shù)4 4 幾何計(jì)算（略）幾何計(jì)算（略）5 5 受力分析與效率計(jì)算受力分析與效率計(jì)算一、作用力一、作用力圓周力：12222atFdTF軸向力：11122taFdTF112uTT(蝸桿主動(dòng))1嚙合效率nntndTFFcoscos2coscos222忽略Ff ，F(xiàn)n徑向力：122tanrtrFFF方向判定：1）蝸輪轉(zhuǎn)向已知：n1、旋向n2左、右手定則：四指n1、拇指反向：嚙合點(diǎn)v2n22）各分力方向Fr：指向各自輪心Ft蝸桿與n1反向蝸輪與n2同向12atFFFa蝸桿：左、右手定則蝸輪：12taFFn2n13）旋向判定蝸輪與蝸桿旋

9、向相同。v2練習(xí)：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蝸桿軸為輸入，大錐齒輪軸為輸出，軸轉(zhuǎn)向如圖。試：確定各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。1. n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1蝸輪右旋n4輸出1234蝸桿右旋二、傳動(dòng)效率二、傳動(dòng)效率與齒輪類似：3211、嚙合1：近似按螺旋副計(jì)算)tan(tan1v（蝸桿主動(dòng)）tan)tan(1v（蝸輪主動(dòng)）v當(dāng)量摩擦角，與vs有關(guān)。cos1vvs說明：1）vsvv 油膜易形成12）為影響1的主要因素：101dd245v時(shí)，1 max此后，1（p268 表13.6）一般取

10、2728后：緩慢大時(shí)，加工困難2、2攪油效率：99.023、3軸承效率：99.036 6 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒強(qiáng)度低于蝸輪齒計(jì)算針對(duì)一、接觸強(qiáng)度計(jì)算一、接觸強(qiáng)度計(jì)算32HAEHaTKZZminlimHHhnHSZZ校核式32limmin2HHhnEASZZZZTKa設(shè)計(jì)式參數(shù)說明：1）T2蝸輪轉(zhuǎn)矩,N mm2）KA使用系數(shù),表12.9（同齒輪傳動(dòng)）3）ZE彈性系數(shù),表13.2，P2604）Z接觸系數(shù),考慮齒面曲率和接觸線長度影響,Z初值a是否接近？與ZZ根據(jù)查得。ad1設(shè)計(jì)時(shí)：未知，初選值ad1ad1ad1112uTT（蝸桿主動(dòng)）b）ad1 5）Zn轉(zhuǎn)速系數(shù)（式1

11、3.17、13.18）6）Zh壽命系數(shù)基本公式6 . 12500061hhLZ即hLh15007）求d1、z1、z2、m。P271三、彎曲強(qiáng)度計(jì)算三、彎曲強(qiáng)度計(jì)算難于精算條件性估算參見式13.24（P272）彎曲強(qiáng)度主要與模數(shù)、蝸輪齒寬有關(guān)。討論：ZH a一定時(shí)，ad1d1蝸桿剛度d1一定時(shí)，ad1a結(jié)構(gòu)緊湊蝸桿傳動(dòng)的重要參數(shù)ad1a）ad18 8 溫度計(jì)算（熱平衡計(jì)算）溫度計(jì)算（熱平衡計(jì)算）由于發(fā)熱大易膠合即：發(fā)熱率H1 = 散熱率H2摩擦功耗：)1 (1000)1 (11PKWPPf)1 (10001PH)/(sJ冷卻散去的熱量：)(012ttAHW環(huán)境溫度t0=20箱內(nèi)工作溫度散熱面積，

12、可由13.27式估算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，)/(2cmW則：21HH CtAPtW80)1 (1000011熱平衡計(jì)算油溫比t1高15左右， 油溫小于100。 蝸桿上置：飛濺冷卻作用差， 0.8W若t1太高，可采取如下措施：2、蝸桿軸端裝風(fēng)扇1、加散熱片3、外冷卻壓力噴油潤滑4、油池內(nèi)安裝蛇形冷卻水管9 9 潤滑潤滑一、油粘度與潤滑方法一、油粘度與潤滑方法運(yùn)動(dòng)粘度:40抗膠合潤滑方法：smvs/5：蝸桿下置浸油潤滑smvs/105：蝸桿上置浸油（攪油阻力大）smvs/10：壓力噴油潤滑,油嘴對(duì)著蝸桿嚙入端二、蝸桿布置與潤滑方式二、蝸桿布置與潤滑方式蝸桿下置：浸入油中深度至少一個(gè)牙高，但油面不應(yīng)超過軸承最低滾動(dòng)體的中心。蝸桿上置：浸入油池的蝸輪深度為（1/61/3）r2蝸桿下置式冷卻效果更好。10 10 提高圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力的措施提高圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力的措施不同位置