華中科技大學機械設(shè)計基礎(chǔ)課件蝸桿

1、第四章蝸桿傳動設(shè)計4-1概述 用于空間交錯軸間的傳動，通常=90 蝸桿傳動的特點： 結(jié)構(gòu)緊湊;工作平穩(wěn)、噪聲小;傳動比大 蝸桿傳動的類型：普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動 按蝸桿形狀分 錐面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動但效率低；制造成本較高 阿基米德蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 法向直齒廓蝸桿傳動4-2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算 模數(shù) m 和壓力角中間平蝸面桿軸包面含蝸桿蝸軸輪線端并面垂蝸直桿于軸蝸面輪軸線蝸的輪平端面面壓力標角準模數(shù)模數(shù)壓力角蝸輪加工模數(shù)滾刀滾制，滾刀幾何參數(shù)同相配蝸桿 在中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪的嚙合x1 = t2 = = 20mx1 = mt2 = m正

2、確嚙合條件：在中間平面內(nèi)一、主要參數(shù)漸開線蝸桿傳動 蝸桿導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角之關(guān)系 =90 時： = 且旋向相同 蝸桿直徑系數(shù) q 及分度圓直徑d1便于刀具標準化=z1pm =z1pmqqtgg=pz=z1 pz1pd1pd1 d1 標準系列值 限制蝸輪滾刀數(shù)量，蝸桿直徑系數(shù)：q= d1 / md1 = m qq與導(dǎo)程角之關(guān)系： 蝸桿頭數(shù) z1、蝸輪齒數(shù) z2 及傳動比 i i = n1/n2 = z2/z1= d2 / d1 ? z1 = 1 4 z過多,制造困難1 z2 = i z1=28 80常取 z2 齒面間相對滑動速度 vs= 32 63v1cosgv2sin gv=s由此可見，vs

3、v1、v2所以蝸桿傳動摩擦損失大，效率低。重載時取z1 1要求自鎖z1 = 1但 z1 少，效率低 中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2 普通圓柱蝸桿傳動與齒輪傳動的區(qū)別： 齒輪傳動 蝸桿傳動i = d2 / d1i d2 / d1法面為標準值中間平面為標準值 =, 旋向相同1= - 2d1=mq,且為標準值d1= mnz1/cos傳動比 i m、 d1 其他尺寸計算見表6-2二、幾何尺寸計算 材料要求：減摩性好、耐摩、抗膠合、足夠的強度 蝸 桿 鑄錫青銅 ZCuSn10P1 適合高速 鑄鋁青銅 ZCuAl 9Fe3 低速重載減摩性好 蝸 輪蝸桿結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)灰鑄鐵 HT20

4、0 低速輕載碳鋼 45號鋼調(diào)質(zhì)或淬火合金鋼 20Cr、20CrMnTi、40Cr4-3蝸桿、蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)齒面點蝕 蝸輪材料為鑄錫青銅時，此種材料強度稍低 蝸輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時 開式傳動或潤滑油不清潔 蝸輪齒數(shù)過多或強烈沖擊載荷齒面膠合齒面磨損輪齒折斷 由于蝸輪材料強度低，失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上 對于大多數(shù)蝸桿傳動，其承載能力主要取決于接觸強度設(shè)計準則： 閉式蝸桿傳動，按齒面接觸強度設(shè)計， z2 80或強烈沖擊載荷時校核彎曲強度一、失效形式和設(shè)計準則4-4蝸桿傳動的強度計算 各力方向： Ft、Fr 同斜齒輪 各力關(guān)系：r Ft1rvvrv= -Fa2 Fa1 = -Ft 2 Fr1

5、= -Fr 2 Fr1 = Fr 2= Ft 2tga Fn= Ft 2 / cosa cosg= Fa 2 = 2000T1 / d1 各力大?。?Ft1 Fa1 = Ft 2= 2000T2 / d2Fa用主動輪左右手定則判斷，一般蝸桿主動。二、受力分析T2= 9550P2 / n2= hP1n1= h n1= hi載荷平穩(wěn)、vs3m/s時， 取小值9550P1/ n1T1P1n2n2特點： 1）強度計算主要針對蝸輪輪齒（材料原因） 2）中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪嚙合， 蝸輪類似斜齒輪因此， 蝸輪輪齒的強度計算與斜齒輪相似，其強度公式可仿照斜齒輪的計算方法推導(dǎo)三、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算K

6、 = 11.4則 T2 = i T1 計算載荷： K T2 = i K T1 蝸輪齒面接觸強度條件 設(shè)計式 說明：計算蝸輪齒面強度，且效率低，故用蝸輪轉(zhuǎn)矩，T2 = i T1m、d1相互關(guān)聯(lián)，故設(shè)計時計算 m2d1， m2d1求出后，查表6-1選擇合適的 m、d1如：m2d14800，則 m8 、 d1 80 15000 2m2d KTmm31 z s22HPo= 15000KT2 sMPaHm2 z2 dHP21 按斜齒輪的方法計算 但蝸輪齒形、載荷分布復(fù)雜，只能得出近似解YFa 蝸輪齒形系數(shù)按當量齒數(shù) zv = z2/cos3查表6-3由于齒形的原因，通常蝸輪輪齒的彎曲強度比接觸強度大得多

7、，所以只是在受強烈沖擊、z2特多或開式傳動中計算彎曲強度才有意義。設(shè)計式 m2 d 1560KT2YFamm3 1z s2FP彎曲強度條件 o 1560KT2 Y sMPaFm2 dzFaFP12四、蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 許用應(yīng)力與蝸輪材料有關(guān)，見表6-4蝸輪材料為鑄錫青銅時： 主要失效形式是疲勞點蝕，HP與 vs 無關(guān)蝸輪材料為鑄鋁青銅或灰鑄鐵時： 主要失效形式是齒面膠合，HP與應(yīng)考慮膠合的影響 估算 vs： 設(shè)計后需驗算vs ，若與估算值相差太遠，則重選 vs再設(shè)計v13Pn 2m / ss40 4511膠合失效與 vs 有關(guān)， vs HP五、蝸輪材料的許用應(yīng)力與齒輪傳動相同： 230

8、.950.96 tgg 嚙合效率類似于螺旋副： htg(g+ r)1v 故：h (0.95 0.96) tgg提示：設(shè)計完成后，需驗算 ，若與初選值相差太遠，則需重選再設(shè)計。tg(g+ rv )設(shè)計之初， 未知，可按 z初選：1 z2 = 4 時， = 0.870.92 = 123z2 = 2 時， = 0.750.82自鎖時， 4 m/s時蝸桿上置 避免過大的攪油損失 對象 連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動 目的 控制油溫，防止膠合熱平衡時，單位時間內(nèi)： 發(fā)熱量 = 散熱量油溫t 時間t 熱平衡時的油溫三、蝸桿傳動的熱平衡計算二、潤滑蝸桿傳動Kt散熱系數(shù)自然方式冷卻時 Kt 中= 1心0距17A箱體散熱面積箱體暴露在空氣中的部分1.75A 0.33a 近似計算：mm2 100 t 0環(huán)境溫度常取t 0 = 20 t溫升單位時間內(nèi)的發(fā)熱量：H1 = P1 - P2 = 1000P1（1 - ）W單位時間內(nèi)的散熱量：H2 = Kt A（t- t 0 ）= Kt A tW熱平衡時： 1000P1（1 - ）=Kt A t則熱平衡計算式： D