[东北大学机械设计课件]第6章蜗杆传动

本章目录下一页退出总目录第一节蜗杆传动的类型、特点及应用第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料第四节圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷第五节圆柱蜗杆传动的承载能力计算第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算第一节蜗杆传动的类型、特点及应用一、蜗杆传动的类型按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动1.圆柱蜗杆传动第一节蜗杆传动的类型、特点及应用刀具加工位置不同形成的轴横端面齿廓形状不同：（1）阿基米德蜗杆（2）延伸渐开线蜗杆（3）渐开线蜗杆（4）锥面包络蜗杆蜗杆加工可在车床上用直刃车刀完成普通圆柱蜗杆传动第一节蜗杆传动的类型、特点及应用阿基米德蜗杆（轴向直廓蜗杆）直刃梯形车刀顶刃面通过蜗杆轴线轴横端面齿廓:阿基米德螺线轴向齿廓：直线第一节蜗杆传动的类型、特点及应用延伸渐开线蜗杆（法向直廓蜗杆）直刃梯形车刀顶刃面通过螺旋线的法剖面轴横端面齿廓:延伸渐开线法向齿廓：直线第一节蜗杆传动的类型、特点及应用渐开线蜗杆上、下两把车刀顶刃面与基圆相切轴横端面齿廓:渐开线滚刀滚铣加工，可磨削，精度高第一节蜗杆传动的类型、特点及应用第一节蜗杆传动的类型、特点及应用锥面包络圆柱蜗杆直母线梯形刃圆盘铣刀铣齿，平面砂轮磨削（精度高）铣刀轴线与蜗杆轴线在空间交错成一定角轴向剖面和法向剖面均为曲线圆弧圆柱蜗杆传动第一节蜗杆传动的类型、特点及应用车刀切制效率高达90%，承载能力比普通圆柱蜗杆高50~150%，体积小，重量轻，结构紧凑。第一节蜗杆传动的类型、特点及应用与蜗杆相配副的蜗轮普通圆柱蜗杆传动：1.蜗轮齿廓完全由蜗杆齿廓确定；2.蜗轮滚刀齿廓与相啮合蜗杆的齿廓相同，滚切中心距与蜗杆传动的中心距一致；3.在滚齿机上滚齿或飞刀加工。圆弧圆柱蜗杆传动：1.采用范成法加工；2.蜗杆齿廓为凹弧形，蜗轮齿廓为凸弧形。2.环面蜗杆传动第一节蜗杆传动的类型、特点及应用3.锥蜗杆传动第一节蜗杆传动的类型、特点及应用二、蜗杆传动的特点和应用蜗杆传动的特点4、齿面滑动速度大、效率低、制造成本高。3、可实现自锁；2、传动平稳、噪声低；1、实现大传动比；第一节蜗杆传动的类型、特点及应用应用机床分度汽车吊车第一节蜗杆传动的类型、特点及应用三、蜗杆传动的精度圆柱蜗杆传动的精度分12级，选用时主要由传动功率、使用条件、蜗轮的圆周速度决定。可查表6-1。第一节蜗杆传动的类型、特点及应用第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1.模数m和齿形角α一、圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择2121txtxmmm正确啮合条件：2.蜗杆分度圆直径d13.蜗杆头数z1蜗杆头数一般取z1=1、2、4、6。对于传动比大或要求自锁的蜗杆传动，常取z1=1，但传动效率较低。在传递功率较大时，为提高传动效率可采用多头蜗杆，取z1=2或4，但此时的加工难度增加。d1标准化，表6-2第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算mdq1第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算4.蜗杆分度圆柱导程角γdmzπdπmzdpzx111tan5.蜗轮齿数z2i=z2/z1z1z25~67~2013.5~3129~80642130~3628~8027~6229~807.蜗杆传动的中心距)(21)(21221zqmdda6.蜗杆传动的传动比（蜗杆主动）122112zznni第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算二、蜗杆传动的变位aamaaxmxddaaa2221)(21分度线(节线)分度线节线aa02x负变位02x正变位02x标准PP分度线节线aP第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算正变位负变位第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算三、蜗杆传动的几何尺寸计算——表6-4、6-5第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料1.蜗轮齿面接触疲劳强度2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度3.蜗杆轴的强度和刚度4.传动的热平衡设计准则胶合磨损点蚀断齿主要失效形式一、蜗杆传动的失效形式及计算准则断齿第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料齿面磨损第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料严重磨损第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料齿面点蚀第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料二、蜗杆和蜗轮的常用材料蜗杆：一般采用碳素钢或合金钢制造。低速或不重要的蜗杆传动可用45钢经调质处理，表面硬度HBS＜270。高速重载蜗杆常用低碳合金钢，如15Cr，20Cr，20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度HRC56～62，并应磨削。中速中载蜗杆材料可用优质碳素钢或合金结构钢，如45、45Cr等，经表面淬火，表面硬度HRC45～55，也需磨削。第三节蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料铸锡青铜，如ZCuSn10Pb1、ZCuSn5Pb5Zn5，其抗胶合、减摩及耐磨性能都较好，但价格较贵，因此用于滑动速度较高（≥3）的重要传动。铸铝青铜如ZCuAl10Fe3、ZCuAl10Fe3Mn2，其抗胶合及耐磨性能不如锡青铜，但具有足够的强度、耐冲击且价格便宜，一般用于滑动速度较低（＜2）的传动。灰铸铁如HT200、HT150，用于低速轻载传动中，效率要求不高，特别是要求自锁的蜗杆传动。蜗轮材料：第四节圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷coscos2coscostan2222122122211121nnantrrtaatdTFFFFFdTFFdTFF一、受力分析蜗杆上圆周力与其啮合点速度方向相反；蜗轮上的圆周力与其啮合点运动方向相同；径向力指向各自的轮心。各力方向左右手法则判定。、）轴向力（指向各自的轮心。、径向力向相反的力矩方向与外力距方、圆周力2121213)2()1(aarrttFFFFFF1T1T1T2T2T第四节圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷二、蜗杆传动的计算载荷vβAntnncKKKKγαKFKFFcoscos12第四节圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷第五节圆柱蜗杆传动的承载能力计算][82.4coscoscos,//212''min12HtEHntnncanEHddKFZLLLLKFFLKFFmmNLKFZ一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算87''22122221210][][][][496][496NZmmzKTdmzmdKTHNHHHHH蜗轮材料的基本许用接触应力表6-7hLjnN260寿命系数第五节圆柱蜗杆传动的承载能力计算二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算3222122212][cos53.1/][cos53.1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF齿形系数表6-8按当量齿数查96''10][][][NYFNFF蜗轮材料的基本许用弯曲应力表6-9寿命系数第五节圆柱蜗杆传动的承载能力计算]['4832121yLEIFFyrt三、蜗杆轴的强度计算——与第八章轴的强度计算相同Ft1——蜗杆所受的圆周力。Fr1——蜗杆所受的径向力。E——蜗杆材料的弹性模量。I——蜗杆危险截面的惯性矩。I=df14/64，df1——蜗杆齿根圆直径。L/——蜗杆两端支承间的跨距。初步计算时可取L’≈0.9d2d2——蜗轮分度圆直径。[y]——许用最大挠度。[y]=d1/1000,d1——蜗杆分度圆直径。第五节圆柱蜗杆传动的承载能力计算四、蜗杆轴的刚度计算第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率=1.2.31——啮合效率)(1vtgtgv——当量摩擦角，可根据滑动速度vs选取，cos100060cos111ndvvs——蜗杆分度圆导程角；2——轴承效率3——搅油效率d1—蜗杆分度圆直径；n1—蜗杆的转速。z1=1,z1=2,z1=4z1=6=0.7=0.8=0.9=0.95估算总效率一般取2.3=0.95~0.96二、蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算热平衡条件：单位时间内发热量H1=同时间内的散热量H2（H1≤H2）)1(100011PH)(02ttAKHd20110m)()1(1000C)1(1000ttKPAAKPttddP1——蜗杆传动的功率。Kd——箱体表面散热系数。A——有效散热面积。t——油的工作温度。t0——周围空气温度。三、蜗杆传动的热平衡计算第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算1.自然通风下连续工作的蜗杆传动提高散热能力的措施加散热片以增大散热面积第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算1.在箱体外壁加散热片以增大散热面积2.在蜗杆轴端加装风扇进行散热3.在箱体油池内装蛇形水管用循环水冷却4.用压力喷油循环润滑在蜗杆轴端加风扇以加速空气流通第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算在传动箱内装循环冷却管路第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算采用压力喷油循环润滑第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算2.人工通风下连续工作的蜗杆传动C11000WW11000m/s100060kW105.1kW11/102101/211531dddFdddFFFFFFFfAKAKPPttHHttAKAKHPPHvDvvPPPP第六节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算3.间歇性工作的蜗杆传动若停车时间足够长，产生的热量在停车时间内可完全散热只需计算蜗杆传动一次工作所允许的持续时间TG1、G2—传动装置、润滑油质量C1、C2—传动装置和润滑油的比热蜗杆结构有退刀槽无退刀槽蜗杆结构蜗轮结构整体式齿圈式拚铸式螺栓联接式