第六章蜗杆传动.

第六章蜗杆传动东北大学机械工程与自动化学院巩云鹏2目录§6-1蜗杆传动的特点和类型§6-2蜗杆传动的主要参数与几何尺寸§6-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料§6-4蜗杆传动的受力分析、转向判定与滑动速度§6-5蜗杆传动的承载能力计算§6-6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计3§6-1蜗杆传动的特点和类型一、特点3、传动比大，准确恒定，一般i=5~802、重合度大，传动平稳，噪声低（连续啮合）6、齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算）5、可实现自锁（效率低于40%）90＝4、传动效率低，z1=1η=0.7～0.75,z1=2η=0.75～0.827、技术数据:n1=4000r/min;v1=69m/s;P=1000kW;T2=700kNm1、传递空间交错轴间运动与动力常用4二、类型§6-1蜗杆传动的特点和类型、圆环面蜗杆2、圆锥蜗杆3、圆柱蜗杆1）阿基米德蜗杆（ZA)1(）渐开线蜗杆（ZI)2(圆弧圆柱蜗杆)5(）延伸渐开线蜗杆（ZN)3(）锥面包络圆柱蜗杆（ZK)4(5）阿基米德蜗杆（ZA)1(§6-1蜗杆传动的特点和类型、圆柱蜗杆1齿型：轴垂面：阿基米德螺线轴面：直廓（αx1=20°直齿条齿廓）特点：加工方便，应用广，不能磨削，精度低加工：直刃车刀，切削刃过轴线6§6-1蜗杆传动的特点和类型）渐开线蜗杆（ZI)2(加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切齿形：轴垂面：渐开线，轴剖面：凸齿廓基圆柱切面:直齿廓特点：可滚切、磨削，制造精度高7§6-1蜗杆传动的特点和类型）延伸渐开线蜗杆（ZN)3(加工：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内齿形：蜗杆：轴垂面：延伸渐开线，轴剖面：凸齿廓法面：直廓（齿形角αn=20°）特点：可车、指状铣刀、盘铣刀加工，磨削困难8§6-1蜗杆传动的特点和类型）（锥面包络圆柱蜗杆蜗杆ZK)4(加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线轴剖面：凹齿廓齿法面：凸齿廓特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用广泛9§6-1蜗杆传动的特点和类型圆弧圆柱蜗杆)5(加工：凸圆弧车刀车削加工齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧蜗轮端面齿廓：凸圆弧特点：凸凹接触高承载(普蜗50%)、高效90%、应用广泛10§6-1蜗杆传动的特点和类型、圆环面蜗杆2、圆锥蜗杆3⑤结构不对称，正反向受力、承载、效率不同。11三、精度等级§6-2蜗杆传动的特点和类型1、精度等级：GB10095-88规定，1-12级（12级最低）2、精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度（表6-1）12§6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择1、模数m和齿形角α（1）中间平面：过蜗杆轴线、垂直蜗轮轴线的平面px1=pt2（2）啮合关系：齿条、齿轮啮合mx1=mt2=m;ax1=at2=a；β2=γ1aacostantan11nx(3)基准蜗杆齿形角：阿基米德蜗杆（ZA）：ax1=20°渐开线蜗杆（ZI）：an1=20°延伸渐开线蜗杆（ZN）：an1=20°法面与轴面齿形角的关系：中间平面13§6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择2、蜗杆的分度圆直径d1限制d1的目的：为了限制滚刀的数目蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同(半径相差径向间隙)，标准规定每一模数,仅对应有限数目的标准蜗杆分度圆直径d1。mzpzdxtan1111)(tan11蜗杆特性系数直径：qmqzmdd1(分度圆周长)mz1m蜗杆模数与分度圆直径14§6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择3、蜗杆的头数z1、z2—按传动比与效率要求选定表6-3选取原则：(1)i大，取z1小，（避免z2过大，蜗轮尺寸大,蜗杆支撑跨距大）z1小，机构紧凑、加工方便；效率较低；z1大，效率越高，加工困难。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。(2)传递功率大，选大z1(效率高，避免发热、减低功率损失)(3)z1=1、2、4、6(4)z2=27~80（z227接触线长稳定,两对齿啮合）15§6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择4、主要尺寸111tanmzzmd22mzd)(21tan(21)(2121)2121zzmzzmdda121221ddzznni蜗杆蜗轮标准中心距系列：（括号内数字尽可能不用）40,50,63,80,100,125,160,(180),200,(225),(280),315,(355),400,(450),500参数选择小结16二.蜗杆传动变位§6-2蜗杆传动的主要参数与几何尺寸2、变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变mxaa2'maax/)'(24、变位系数：中心距变位系数1、变位目的：(1)凑中距(2)提高承载能力和传动效率蜗杆传动变位特点3、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合/22ddmxdd21'1217§6-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料一、失效形式与设计准则（1）蜗杆:蜗杆轴强度、刚度不足(蜗杆连续螺旋齿，强度高，很少失效)（2）蜗轮:胶合、点蚀、磨损（条件性设计）(1)闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶合）校核弯曲强度(2)开式传动：（磨损、断齿）按弯曲强度设计(3)系统过热：热平衡计算（闭式蜗杆）1、失效形式2、设计准则18二、常用材料要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力§6-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料蜗轮材料：锡青铜:(ZCuSn10Pb1等)，耐磨好，价格高，用于VS3m/s铝青铜:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，强度高，价格低VS2m/s铸铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动蜗杆材料：高速重载—合金钢渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度58~62HRC表面淬火(45，40Cr，40CrNi)、硬度45~50HRC一般低速中载—碳钢(40，45)调质，硬度200~300HBS19一、轮齿受力分析§6-4蜗杆传动受力分析和载荷计算a211t12FdTF2122t2a122diTdTFF1t2r2r1tanxFFFaaacoscosFcoscosFn1t2n1a1nFiTT121、大小与相互关系20判定：左右手定则、蜗杆轴向力a12F3、转向判定)()2()()1(111tttaFnvFvFF与轴向力关系、转向主动轮旋向主动轮左右手定则同向与反向，与圆周力从从主主§6-4蜗杆传动受力分析和载荷计算21§6-4蜗杆传动受力分析与载荷计算二、载荷计算acoscosKFn1t2nncKFF计算载荷：KKKKvA）高速取大值动载系数（2.1~1vK66使用系数，表AK）载荷平稳取小齿向载荷分布系数（6.1~1K22§6-5蜗杆传动承载能力计算一、蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮方法推导）1、计算模型：中间平面，齿条与齿轮啮合（斜齿）2、接触应力计算LFZncEHacoscos2)1(122nnncdKTKFF计算载荷：23§6-5蜗杆传动承载能力计算一、蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮方法推导）2、接触应力计算LFZncEHaacos360,8.1ε0.75ξ29.1)2(1//αminmin1/mindLLdLL蜗轮包围蜗杆理论弧长度接触线接触线长：端面重合长度变动系数acoscos2)1(122nnncdKTKFF计算载荷：24121122sincos21;cos2sin(3)xΣxdρdaa§6-5蜗杆传动承载能力计算MPa1604EZ）（][49622212HHzmdKT校核式：322212][496mmzKTdmH设计式：25§6-5蜗杆传动承载能力计算-----蜗轮材料的基本许用接触应力表6-7NHHZ'][][5）许用接触应力计算（'][H铝铁青铜、灰铸铁：强度高，抗点蚀；易胶合、磨损失效[σH]与速度有关，由表中直接选取，ZN=18710NZN锡青铜：抗胶合能力强；易点蚀，[σH]与寿命有关，需要计入寿命影响26§6-5蜗杆传动承载能力计算二、蜗轮齿根弯强度计算（按斜齿轮近似计算)1、计算模型：按斜齿轮近似计算32221222212][cos53.1/][cos53.1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF设计式：校核式：2、弯强度计算式96//10][][][(1)NYFNFF许用应力式中：86cos2322查表按当量齿数）（zzYvFa11112arctan)3(dmzdmdm精算、取标准；计算按弯强度设计时，初取27§6-5蜗杆传动承载能力计算三、蜗杆刚度计算（略）1、闭式蜗杆传动效率四、蜗杆传动效率与热平衡计算=1.2.3（1）1——啮合效率)tan(tan1vv——当量摩擦角，根据滑动速度vs选取，p194表6-10cos100060cos111ndvvs——蜗杆分度圆导程角；d1—蜗杆分度圆直径；n1—蜗杆的转速r/min。28§6-5蜗杆传动承载能力计算z1=1,z1=2,z1=4z1=6=0.7=0.8=0.9=0.95（2）2——轴承效率3——搅油效率一般取2.3=0.95～0.96估算总效率=1.2.3292、蜗杆传动润滑目的：提高效率，控制温升，减少磨损，避免胶合润滑油：高粘矿物油；重载频繁启动蜗杆，加抗磨、抗胶合添加剂润滑方式选择：表6-11蜗杆传动的润滑方式§6-5蜗杆传动承载能力计算润滑油粘度：按力-速度因子ξ=σH/v1查图6-16定油粘度润滑油牌号：查表6-12润滑油油量：下置、侧置蜗杆：浸油深一个蜗杆齿高上置蜗杆：浸油深1/3蜗轮外径30§6-5蜗杆传动承载能力计算3、闭式蜗杆热平衡计算120211)()1(1000HHttAKHPHd热平衡条件：散热功率：发热功率：CAKPttd)1(100010平衡油温：A——有效散热面积（箱内高温油可溅到、箱外接触空气可散热）P1——蜗杆传动的功率Kd——箱体表面散热系数（8.15～17.45W/m2ºC）t——油的工作温度t0——周围空气温度Ctt8075][～热平衡条件：31§6-5蜗杆传动承载能力计算4、蜗杆传动散热措施（1）加散热片以增大散热面积（2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通散热片溅油轮风扇过滤网集气罩空气流空气流32§6-5蜗杆传动承载能力计算4、蜗杆传动散热措施(3)加冷却管路或压力喷油循环润滑冷却通水油泵过滤器冷却器传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器33§6-6蜗轮蜗杆结构一、蜗杆的结构蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。34§6-6蜗轮蜗杆结构圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2二、蜗轮的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮铸铁或小尺寸青铜蜗轮大尺寸、易磨损蜗轮小尺不太大温度变化不大铸铁轮芯+青铜轮缘，批量生产2-3mm35本章小结1、蜗轮蜗杆传动的特点与应用2、主要参数及尺寸计算（m,z1,γ,z2,d1,d2,a,x2）3、正确啮合条件4、蜗杆传动变为特点5、失效形式与设计准则6、受力分析7、了解承载能力计算式及其简化过程8、热平衡计算及提高散热能力的措施36本章结束37蜗杆传动变位'11'22dddd'11'22dddd'11'22dddd'11'22dddd'11'2