機(jī)械設(shè)計(jì)課件-第章蝸桿傳動(dòng)

第十一章蝸桿傳動(dòng)章節(jié)要點(diǎn)：1、蝸桿傳動(dòng)的基本知識(shí)；2、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算；3、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算；4、蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第十一章蝸桿傳動(dòng)§

1

蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：１、速比大：i=5～80，儀表中：i

=1000；２、沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；３、相對(duì)滑動(dòng)速度大，Vs=V1/cosγ＝V2/sinγ4、效率低(單頭：η＝80％)，5、可自鎖（γ＜φν），此時(shí)η＜50％

2

1n1V1V2sV

γ蝸桿傳動(dòng)實(shí)物蝸桿應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)二、蝸桿傳動(dòng)類型：圓柱蝸桿:加工容易、應(yīng)用廣泛形狀分類圓柱蝸桿按蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿普通圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿錐蝸桿：為空間交錯(cuò)軸傳動(dòng)，同時(shí)接觸點(diǎn)多，承載能力大、效率高，易于調(diào)整。正反轉(zhuǎn)特性不對(duì)稱。錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)實(shí)物環(huán)面蝸桿:同時(shí)嚙合齒數(shù)多，承載能力高2～4倍，效率高

η＝85～90％。制造、安裝精度要求高。中間平面三、圓柱蝸桿傳動(dòng)

（按齒形分類介紹）：1、普通圓柱蝸桿傳動(dòng) (

4種類型

）蝸桿(ZA)中間平面（主剖面）：通過蝸桿軸線、垂直蝸輪軸線的平面。齒廓形狀：中間平面齒廓——直線端面齒廓

——

螺旋線特 點(diǎn)：主剖面內(nèi)，相當(dāng)齒條和齒輪嚙合加 工：車削(切削刃頂面過其軸線)，不能磨削，加工方便，應(yīng)用廣，精度不高。阿基米德蝸桿(ZA)γ≤3°γ＞3°漸開線蝸桿（ZI）齒廓形狀：中間平面齒廓——凸廓端面齒廓

——

漸開線加 工：

車削（刀刃頂面與基圓柱相切），可磨削，加工精度高。法向直廓蝸桿（ZN）齒廓形狀：

法面齒廓

——

直線端面齒廓

——

延伸漸開線加 工： 車削（切削刃頂面過其法面）磨削

。錐面包絡(luò)蝸桿

（ZK）齒廓形狀：軸向、法向齒廓——曲線，非線性螺旋齒面蝸桿加 工：只能銑制及磨削。工件作螺旋運(yùn)動(dòng)，銑刀（砂輪）繞自身軸線回轉(zhuǎn)，包絡(luò)面即為蝸桿螺旋曲面。精度較高主剖面：蝸桿齒廓——凹弧形蝸輪齒廓——凸弧形特 點(diǎn)：

效率高，承載能力高（較普通圓柱蝸桿高50-150%），體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。主剖面內(nèi)為圓弧齒齒輪齒條傳動(dòng)。2、圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)

（ZC）§2

主要參數(shù)及主要幾何尺寸計(jì)算一、主要參數(shù)在中間平面，為齒輪齒條嚙合，以此面為基準(zhǔn)，１、模數(shù)m和壓力角蝸桿：中間平面上的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，ma1=mt2=m

標(biāo)準(zhǔn)a1=t2==20°

標(biāo)準(zhǔn)tga=tgn/cosγ２、蝸桿分度圓直徑d１為減少蝸輪滾刀數(shù)量，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)蝸桿直徑d１定義蝸桿直徑系數(shù)

q=d１/md１、q為標(biāo)準(zhǔn)值（表11-2則d１=qmP245）３、蝸桿頭數(shù)z11z

↑→→速比

i↓效率η↑z1

=１、２、４４、導(dǎo)程角γtgγ=z1/qπd15、傳動(dòng)比i和齒數(shù)比u速比：i

=

n1/n2

；齒數(shù)比：u=z2/z1蝸桿為主動(dòng)時(shí) i

=

n1/n2

=

z2/z1=u≠d2/d1γpaPz=z1pa7、中心距aa

=

(d1+d2)/2=

(q+

z2)m/2（表11-2)強(qiáng)度：d2一定時(shí)，Z2↑→m↓，彎曲強(qiáng)度↓剛度：m一定時(shí)，Z2↑→d2↑，6、蝸輪齒數(shù)z2根切：Z2>17，為保證多齒嚙合：Z2>28蝸桿跨距↑蝸桿剛度↓

Z2<80Z2取 28

≤

Z2

≤

80正確嚙合條件：ma1=mt2=m,γ1＝β2a1=t2==20°旋向相同二、蝸桿傳動(dòng)變位及特點(diǎn)目的：配湊中心距、提高承載能力。特點(diǎn)：只對(duì)蝸輪進(jìn)行變位，蝸桿保持不變。原因：考慮蝸輪滾刀的加工、數(shù)量，故蝸桿不變位。方法：通過刀具的徑向移距來實(shí)現(xiàn)蝸輪的變位。三、 蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算強(qiáng)度條件am2d1表11－2m、qZ1、Z2表11－3其它幾何尺寸§3普通蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算閉式傳動(dòng)——經(jīng)常出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕、膠合失效，按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按彎曲強(qiáng)度校核。開式傳動(dòng)——經(jīng)常出現(xiàn)齒面磨損、輪齒折斷失效，按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則選用：σH≤[σH]σF≤[σF]一、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料失效形式：與齒輪相似：點(diǎn)蝕、輪齒折斷 膠合、磨損特點(diǎn)：由于材料和結(jié)構(gòu)的原因，失效一般發(fā)生在蝸輪上。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：蝸輪vs>3m/s：鑄造錫青銅

(ZCuSn10P1，ZCuSn5PbZn5)vs<4m/s：鑄造鋁鐵青銅(ZCuAl10Fe3)vs<2m/s：灰鑄鐵(HT150、HT200)常用材料選用原則:較高的疲勞強(qiáng)度；因Vs↑，還應(yīng)具有良好的減摩性、耐磨性、抗粘著性。蝸桿

合金鋼：15Cr或20Cr，滲碳淬火

40～55HRC碳鋼：40、45鋼或40Cr，淬火40或45鋼，調(diào)質(zhì)，220～300HB二、受力分析Ft1Fa1F’FnFr11a

2t1d

2T1F

F2t

2a1d

2T2F

FFr1

Fr

2

Fa1tg

Ft

2tgcos

cosF

d2

cosn

cos2T2n

nFa1

Ft

2cos

cosnT2

T1

i例題：圖示蝸桿-斜齒輪傳動(dòng)，已知蝸桿主動(dòng)，旋向?yàn)橛倚?，Ⅲ軸的轉(zhuǎn)向

，試在圖上畫出：1、蝸桿的轉(zhuǎn)向；2、欲使Ⅱ上兩輪軸向力抵消一部分，畫出齒輪3，4的螺旋線方向；左手定則

右手定則Ft

—主動(dòng)輪：與n1方向相反；Ft1

=-Fa2從動(dòng)輪：與n2方向相同；Ft2=

-

Fa1Fr

—

指向輪心； Fr1

=

-Fr2Fa

—

左（右）手定則； Fa1

=

-

Ft2（只適于主動(dòng)輪?。└髁Ψ较颍芶1Ｆt1n1n1Ｆa3n2Ｆt2n2右旋Ｆa2左旋三、強(qiáng)度計(jì)算1、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算其中：ZE

—彈性影響系數(shù)，2T2

KL0

d2

cosn

cos

L0p

Fnca

ρΣ、d2、L0

轉(zhuǎn)化為a的函數(shù)，代入式中，得：

H

ZEZ

KT2

a3

H校核公式：(11－11)322

H

Z

Za

KT

E

設(shè)計(jì)公式：(11－12)HHEp

[

]

Z從

公式出發(fā)：式中參數(shù)：1)

ZE

—

彈性影響系數(shù)， ZE

=

160

Mpa1/22)

Zρ

—

接觸系數(shù)，

P253

圖11－18σB<300

MPa,[σ]H與N有關(guān)，[σ]H=KHN[σ]H’

，H[σ]

’

由表11-7查取；K

—載荷系數(shù)，K=KA

Kv

Kβ

；KA—使用系數(shù)，表11-5，Kv—?jiǎng)虞d系數(shù)； V2≤3

m/s,

Kv

=1.0～1.1V2

>3

m/s,

Kv

=1.1～1.2Kβ—齒向載荷分布系數(shù)，載荷平穩(wěn)

Kβ=1；載荷波動(dòng)

Kβ=1.3～1.6[σ]H

—許用應(yīng)力σB>300

MPa，[σ]H

與N無關(guān)，由表11-6查??；[σ]H107

8

NK

HNN

60jn

2

Lhj

——

蝸輪一轉(zhuǎn)內(nèi)，同一輪齒的嚙合次數(shù)；n2

——

蝸輪轉(zhuǎn)速，

r/min

;Lh

——

工作 ，h

。2、蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算將蝸輪近似作為斜齒輪，進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，代入相關(guān)參數(shù)，可得：1

22FFd

d

m1.53KTFa2

Y

Y

校核公式：(11－13)設(shè)計(jì)公式：Z

m

dY

YFa2

2

F2121.53KT(11－14)式中參數(shù)：1） YFa2

—齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù) ZV2

=

Z2/cos3γ由P255，圖11－19查取。2）Yβ

—螺旋角影響系數(shù)，Yβ

=1－γ/140°T2—蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；[σ]F

—許用應(yīng)力，[σ]F

=KFN

[σ]F’[σ]F’：計(jì)入齒根應(yīng)力校正系數(shù)Ysa2后的蝸輪基本許用應(yīng)力，查表11-8KFN：系數(shù)，N106KFN

9N

60jn

2

Lh四、蝸桿剛度計(jì)算蝸桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：細(xì)長軸蝸桿變形→影響正確嚙合→剛度計(jì)算剛度計(jì)算：蝸桿簡化為以齒根圓為直徑的簡支圓截面梁。F

2

y

F

2撓度：

y

t1

r1Ft1、Fr1

:48

EI蝸桿所受 、徑向力；E

：

彈性模量；

I

=πdf14

/64

：

慣性矩；[y]=

d1/1000嚙合摩擦效率（蝸桿主動(dòng)時(shí)）：vtg

1tg

§4

蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑及熱平衡計(jì)算一、傳動(dòng)效率功耗

——

嚙合摩擦、軸承摩擦、濺油損耗2

3

0.95

~

0.96總效率：一般：

1

2

3φv

：當(dāng)量摩擦角，由Vs查表11－18；滑動(dòng)速度Vs

：m

/

sV1

d1n1cos

60

1000

cossV

式中：γ

:導(dǎo)程（螺旋升）角；自鎖條件：γ≤φv二、潤滑蝸桿傳動(dòng)Vs

高，潤滑具有特別重要意義！潤滑方式：浸油（油池）潤滑噴油潤滑壓力噴油潤滑潤滑方式選擇：由Vs

查表11－21確定三、熱平衡計(jì)算熱平衡計(jì)算原因：Vs↑，發(fā)熱↑，熱平衡計(jì)算準(zhǔn)則：單位時(shí)間內(nèi)，發(fā)熱量H1≤散熱量H2發(fā)熱量

—摩擦功耗：H1

=1000P（1-η）散熱量：H2

=αd

S（t0

–

ta）t0

–

油的工作溫度；ta

—

環(huán)境溫度；αd

—

傳熱系數(shù)； S

—

散熱面積。

1000

P1

60～700C油溫：

td

Sa

t0散熱面積：mm2d

t0

ta

要點(diǎn)：1、油工作溫度應(yīng)限制t0

<80℃2、t0

>80℃時(shí)，應(yīng)采取措施：增大散熱面積；風(fēng)冷——加風(fēng)扇；