華中科技大學機械設計4蝸桿.ppt

傳遞動力時 傳動比i 8 80 用于空間交錯軸間的傳動 通常 90 第四章蝸桿傳動設計 蝸桿傳動的特點 結構緊湊 工作平穩(wěn) 噪聲小 傳動比大 但效率低 制造成本較高 4 1蝸桿傳動的特點及類型 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計 4 2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算 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) 標準模數(shù) 蝸桿軸面壓力角 蝸輪端面壓力角 第四章蝸桿傳動 主要參數(shù) 對于蝸桿 中間平面是軸面對于蝸輪 中間平面是端面 蝸桿導程角 與蝸輪螺旋角 之關系 90 時 且旋向相同 蝸桿分度圓直徑d1及直徑系數(shù)q d1 標準系列值 限制蝸輪滾刀數(shù)量 便于刀具標準化 蝸桿直徑系數(shù) q d1 m d1 mq q與導程角 之關系 第四章蝸桿傳動 主要參數(shù) 蝸桿導程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及傳動比i i n1 n2 z2 z1 d2 d1 d2 d1 z1少 則 小 效率低 重載時取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 主要參數(shù) 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) 二 蝸桿傳動的變位 目的 湊中心距或湊傳動比 特點 只對蝸輪進行變位 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 變位 x2可取 1 1 故z2最多只能改變兩個齒 或 mz2 三 幾何尺寸計算 中心距a d1 d2 2 x2m m q z2 2 x2m 其他尺寸計算見表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 d1 m 法面為標準值 中間平面為標準值 1 2 旋向相同 d1 d1 mnz1 cos d1 mq 且為標準值 第四章蝸桿傳動 幾何尺寸計算 4 3蝸桿傳動的失效形式 材料及結構 第四章蝸桿傳動 材料及結構 一 失效形式及設計準則 齒面點蝕 蝸輪材料為鑄錫青銅時 此種材料強度稍低 齒面膠合 蝸輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時 齒面磨損 開式傳動或潤滑不良 輪齒折斷 蝸輪齒數(shù)過多或強烈沖擊載荷 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)閉式蝸桿傳動 其承載能力主要取決于接觸強度 設計準則 閉式蝸桿傳動 按齒面接觸疲勞強度設計 并進行熱平衡計算 z2 80或強烈沖擊載荷時校核彎曲強度 材料要求 減摩性好 耐摩 抗膠合 足夠的強度 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 蝸桿結構 蝸輪結構 第四章蝸桿傳動 材料及結構 表面淬火 二 蝸桿 蝸輪的材料及結構 第四章蝸桿傳動 材料及結構 三 許用應力 1 許用接觸應力 HP 主要失效形式是點蝕 蝸輪為鑄錫青銅時 壽命系數(shù) 應力循環(huán)次數(shù) 主要失效形式是膠合 蝸輪為鋁青銅或鑄鐵時 應保證蝸輪的抗膠合能力 承載能力取決于蝸輪的接觸強度 基本許用應力 第四章蝸桿傳動 材料及結構 2 許用彎曲應力 FP 壽命系數(shù) 若N 25 107 則取N 25 107 齒根彎曲應力視為脈動循環(huán) 齒根彎曲應力視為對稱循環(huán) 蝸輪的轉動方向與蝸桿的軸向力方向相反 各力關系 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 各力大小 第四章蝸桿傳動 受力分析 例1 4 4蝸桿傳動的強度計算 例2 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 蝸輪類似于斜齒輪 計算載荷 則 T2 iT1 KT2 iKT1 K 1 0 1 3 載荷平穩(wěn) vs 3m s時取小值 二 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算 特點 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 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 蝸輪齒面接觸疲勞強度條件 設計式 說明 第四章蝸桿傳動 接觸強度計算 ZE 彈性系數(shù) 青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿ZE 160 為保證安全 表中查得的值應大于計算值 如 計算值m2d1 4350 則查得m2d1 5120 相應的m 8 d1 80 三 蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算 第四章蝸桿傳動 彎曲強度計算 借用斜齒輪彎曲強度公式 考慮蝸桿傳動特點 校核式 設計式 齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 注 2 螺旋角系數(shù) 3 蝸輪輪齒的彎曲強度比接觸強度大得多 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 一般情況下 不用計算蝸輪的彎曲疲勞強度 4 5蝸桿傳動的效率 潤滑和熱平衡計算 一 效率 1 2 3 與齒輪傳動相同 嚙合效率類似于螺旋副 2 3 0 95 0 97 故 當量摩擦系數(shù) 第四章蝸桿傳動 效率計算 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較大時嚙合齒面間易于形成油膜 自鎖條件 當量摩擦角 表4 8 設計之初 未知 z1 1時 0 7 0 75 z1 2時 0 75 0 82 z1 3時 0 82 0 87 自鎖蝸桿 0 5 第四章蝸桿傳動 效率計算 z1 4時 0 87 0 92 故設計時 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 采用噴油潤滑 v1小時 蝸桿下置 v1 4m s時蝸桿上置 有利于潤滑 避免過大的攪油損失 蝸桿下置 蝸桿上置 三 蝸桿傳動的熱平衡計算 對象 連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動 t1 熱平衡時的油溫 目的 控制油溫 防止膠合失效 應使t1 許用油溫 第四章蝸桿傳動 潤滑 通風不好Kt 8 7 10 5 H1 P1 P2 單位時間內(nèi)的發(fā)熱量 單位時間內(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 A 箱體散熱面積 箱體暴露在空氣中的部分 近似計算 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 熱平衡計算 P1 P1 kW 1000P1 1 W 通風良好Kt 14 17 5 熱平衡時 單位時間內(nèi) 發(fā)熱量 散熱量 熱平衡時 1000P1 1 KtA t1 t0 則熱平衡計算式 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 蝸桿軸端裝風扇加速空氣流通 同時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 自然通風時豎直布置 第四章蝸桿傳動 熱平衡計算 增加散熱面積A 按50 計算 增大散熱系數(shù)Kt 20 28 許用油溫 第四章蝸桿傳動 小結 本章小結 蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇 主要討論普通圓柱蝸桿傳動 與斜齒圓柱齒輪傳動的區(qū)別和聯(lián)系 蝸桿分度圓直徑為標準值 蝸桿 蝸輪螺旋角旋向相同但大小不等 蝸桿頭數(shù)與傳動效率的關系 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 失效主要發(fā)生在蝸輪上 受力分析 各分力的對