華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)4-蝸桿課件

傳遞動力時(shí)，傳動比i＝8～80用于空間交錯(cuò)軸間的傳動，通常Σ=90°第四章蝸桿傳動設(shè)計(jì)蝸桿傳動的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊;工作平穩(wěn)、噪聲小;傳動比大但效率低；制造成本較高§4-1蝸桿傳動的特點(diǎn)及類型蝸桿蝸輪普通圓柱蝸桿傳動：阿基米德蝸桿傳動（ZA）漸開線蝸桿傳動（ZI）法向直廓蝸桿傳動（ZN）第四章蝸桿傳動－主要參數(shù)按蝸桿形狀分圓柱蝸桿傳動蝸桿傳動的類型：環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動第四章蝸桿傳動－主要參數(shù)蝸桿傳動類型的選擇：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）要求傳動效率高、蝸桿不磨削的大功率傳動－－可選環(huán)面蝸桿傳動本章主要討論阿基米德蝸桿傳動的設(shè)計(jì)●蝸桿導(dǎo)程角γ與蝸輪螺旋角β之關(guān)系Σ=90°時(shí)：γ=βγ

β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

=mqq與導(dǎo)程角γ之關(guān)系：第四章蝸桿傳動－主要參數(shù)蝸桿導(dǎo)程pz蝸桿頭數(shù)軸向齒距px1

＝πm

而d2

=mz2d1β1

γ小γ大，走刀快大根據(jù)i查表4－9∵d2/d1＝mz2/(mq)＝z2/qz1=1~6●蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2及傳動比ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?≠d2/d1

z1

少，則γ小，效率低重載時(shí)取z1>1要求自鎖z1=1

z1

過多,則γ大，制造困難z2=iz1=28~80常取z2=32~63第四章蝸桿傳動－主要參數(shù)n1起吊裝置要求反行程自鎖●齒面間相對滑動速度vs由此可見，vs>v1、v2所以蝸桿傳動摩擦損失大，效率低。第四章蝸桿傳動－主要參數(shù)v1v2vs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普通圓柱蝸桿傳動與齒輪傳動的區(qū)別：傳動比i—齒輪傳動蝸桿傳動

i=d2/d1

i≠d2/d1m、α—

法面為標(biāo)準(zhǔn)值中間平面為標(biāo)準(zhǔn)值

β—

β1=－β2γ=β,旋向相同d1—d1=mnz1/cosβd1=mq,且為標(biāo)準(zhǔn)值第四章蝸桿傳動－幾何尺寸計(jì)算§4-3蝸桿傳動的失效形式、材料及結(jié)構(gòu)第四章蝸桿傳動－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)生在蝸輪輪齒上對于大多數(shù)閉式蝸桿傳動，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，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－材料及結(jié)構(gòu)滲碳淬火表面淬火二、蝸桿、蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)第四章蝸桿傳動－材料及結(jié)構(gòu)2、許用彎曲應(yīng)力σFP壽命系數(shù)若N＞25×107，則取N＝25×107齒根彎曲應(yīng)力視為脈動循環(huán)齒根彎曲應(yīng)力視為對稱循環(huán)蝸輪的轉(zhuǎn)動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—用主動輪左、右手定則判斷，通常，蝸桿是主動輪。各力大?。旱谒恼挛仐U傳動－受力分析例1§4-4蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算例21）強(qiáng)度計(jì)算主要針對蝸輪輪齒（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=ηiT1K

T2=ηiK

T1

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－受力分析蝸桿傳動的效率P1

－蝸桿功率P2－蝸輪功率(1)齒形系數(shù)YFa按查表4－7；三、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算第四章蝸桿傳動－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?！?-5蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算一、效率η=η1η2η3與齒輪傳動相同：嚙合效率類似于螺旋副η2η3≈0.95~0.97故：當(dāng)量摩擦系數(shù)第四章蝸桿傳動－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：軸承效率攪油效率嚙合效率當(dāng)量摩擦角（表4－8）設(shè)計(jì)之初，η未知z1=1時(shí)，η=0.7~0.75z1=2時(shí)，η=0.75~0.82z1=3時(shí)，η=0.82~0.87自鎖蝸桿，η<0.5提示設(shè)計(jì)完成后，需驗(yàn)算η，若與初選值相差太遠(yuǎn)，則需重選η再設(shè)計(jì)。第四章蝸桿傳動－效率計(jì)算z1=4時(shí)，η=0.87~0.92故設(shè)計(jì)時(shí)，可按z1估選η

：而T2=ηiT1通風(fēng)不好Kt=8.7~10.5H1=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△tWKt

—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：蝸桿傳動中心距

t0

—環(huán)境溫度常取t0

=20℃

△t

—溫升第四章蝸桿傳動－熱平衡計(jì)算=P1

－ηP1(kW)=1000P1（1－η

）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-η

）=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－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－小結(jié)本章小結(jié)●

蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇主要討論普通圓柱蝸