12章蜗杆传动(机械设计基础)解析

§12—1蜗杆传动的特点和类型第十二章蜗杆传动§12—2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸概述§12—3蜗杆传动的失效形式、材料和结构§12—5圆柱蜗杆传动的强度计算§12—6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算§12—4圆柱蜗杆传动的受力分析概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，通常两轴交错角Σ=90°。传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。§12-1蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动的特点二、蜗杆传动的类型一、蜗杆传动的特点优点：结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大;在一定条件下，可以实现自锁。但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。缺点：按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动二、蜗杆传动的类型普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：阿基米德蜗杆渐开线蜗杆普通圆柱蜗杆传动1、蜗杆的形状2、蜗杆的旋向蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。3、蜗杆的制造精度端面齿廓形状为：切削刃的平面通过蜗杆轴线N－N法向剖面I－I轴向剖面车刀切削刃夹角20＝40º切削刃的平面与基圆或上或下相切。圆柱蜗杆传动环面蜗杆锥蜗杆§12—2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、圆柱蜗杆传动的主要参数二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算在中间平面内一、圆柱蜗杆传动的主要参数1、模数m和压力角α蜗轮加工—滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆正确啮合条件：ma1=mt2=mαa1=αt2=α=20°中间（主）平面—通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。2,旋向相同●蜗杆导程角γ与蜗轮螺旋角β之关系Σ=90°时：γ=β且旋向相同γβz1=1、2、42、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及传动比ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?≠d2/d1但z1少，效率低要得到大传动比时取：z1=1z1过多,制造困难z2=iz1=26~80常取z2=32~63为提高效率可取：z113、蜗杆直径系数q及导程角d1—标准系列值限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化。→d1=mqq与导程角γ之关系：1dptgz111dpzxqz1q=d1/m蜗杆直径系数：11dmz螺旋线导程轴向齿距4、齿面间相对滑动速度vs由此可见，vsv1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。在节点C处，蜗杆速度为v1，蜗轮速度为v2，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为vs，有：smvvvvvs/sincos212221在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。二、几何尺寸计算中心距a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸计算见表12-3普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：传动比i—齿轮传动蜗杆传动i=d2/d1i≠d2/d1m、α—法面为标准值中间平面为标准值β—β1=-β2γ=β,旋向相同d1—d1=mnz1/cosβd1=mq,且为标准值§12-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择二、蜗杆和蜗轮结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1、失效形式齿面点蚀齿面胶合齿面磨损和轮齿断裂等由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。碳素钢—45号钢调质或淬火蜗杆合金钢—20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜ZCuSn10P1—适合高速蜗轮铸铝青铜ZCuAl9Fe3—低速重载灰铸铁HT200—低速轻载减摩性好2、材料选择二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆结构蜗轮结构蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。轮齿部分——青铜轮毂部分——钢§12-4圆柱蜗杆传动的受力分析1、确定蜗轮的旋转方向2、蜗杆与蜗轮作用力判断1、确定蜗轮的旋转方向蜗轮的转向与蜗杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。方法：12图示，蜗杆1主动，其旋向、转向已知。试确定1）蜗轮的转向、旋向；2）在图中标出蜗杆和蜗轮上作用力的方向。n2Fr2xFa2Fr1Fa1⊙Ft1Ft22、蜗杆与蜗轮受力分析圆周力Ft1蜗杆传动的受力分析同斜齿轮相似。齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂直的分力，分别为：轴向力Fa1径向力Fr1蜗杆蜗轮圆周力Ft2轴向力Fa2径向力Fr2各力方向：1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。蜗轮上的圆周力Ft2起驱动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。2、径向力Fr分别指向各自的圆心。3、蜗杆轴向力Fa1，按“左、右手定则”来判断。蜗轮轴向力Fa2与蜗杆圆周力Ft1方向相反。各力关系：各力大小：21atFF21taFF21rrFF1121/2dTFFattgFFFtrr2212221/2dTFFtacoscos/2tnFFiTT12闭式传动圆柱蜗杆传动的计算接触疲劳强度蜗轮弯曲疲劳强度蜗杆挠度计算热平衡计算弯曲疲劳强度蜗轮蜗杆挠度计算开式传动§12—5圆柱蜗杆传动的强度计算一、齿面接触疲劳强度计算1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮特点：因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导MPadzmKTddKTHPH122222212500500设计公式—32221215000mmKTzdmHP说明：m、d1相互关联，故设计时计算m2d1，m2d1求出后，查表6-1选择合适的m、d1如：m2d1≥4800，则m＝8、d1＝80由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。二、轮齿的弯曲强度§12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、圆柱蜗杆传动的效率二、圆柱蜗杆传动的润滑三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算一、圆柱蜗杆传动的效率η=η1η2η3与齿轮传动类似：η2η3≈0.95~0.97——轮齿啮合的功率损耗1——轴承中摩擦损耗2——搅动箱体内润滑油的油阻损耗3啮合效率类似于螺旋副：)(1vtgtg故：(0.95~0.97)()vtgtg设计之初，η未知，可按z1初选：由上式可知，z1↑→γ↑→η↑z1=1时，η=0.7~0.75z2=2时，η=0.75~0.82z2=4时，η=0.87~0.92当≤时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低η0.5。(0.95~0.97)()vtgtg闭式传动：二、圆柱蜗杆传动的润滑一般情况下，采用浸油润滑vs很大时，采用喷油润滑v1小时，蜗杆下置v14m/s时蜗杆上置有利于润滑避免过大的搅油损失三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算对象—连续工作的闭式蜗杆传动目的—控制油温，防止胶合闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱体内的油温t（ºC）和周围空气温度t0（ºC）之差不超过允许值：℃101000(1)()tPtttA70~60][t如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：