蜗轮蜗杆设计

蜗轮蜗杆设计摘要蜗杆传动从属齿轮传动，在现代工业中应用非常广泛。蜗轮蜗杆包含两个部分：蜗杆和蜗轮，其齿形大多数由直线、平面或者平面上的曲线经过一次或两次展成运动形成。由于蜗轮蜗杆结构性特点，它用于传递空间两相错轴间的运动和动力。蜗杆传动机构多数情况下蜗杆为主动件，蜗轮为被动件。蜗杆传动具有传动比大、体积小、运转平稳、噪音小等特点。在机床制造业中，普通圆柱蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速传动工作台和连续分度机构的唯一传动形式；冶金工业轧机压下机构都采用大型蜗杆传动;煤矿设备中的各种类型的绞车及采煤机组牵引传动;起重运输业中各种提升设备及无轨电车等都采用蜗杆传动。其他，在精密仪器设备、军工、宇宙观测仪器中，蜗杆传动常用作分度机构、操纵机构、计算机构、测距机构等等，大型天文望远镜、雷达等也离不开蜗杆传动。关键词：蜗轮蜗杆目录第一章蜗杆传动的类型和特点..............................................................................................11.1蜗杆传动的类型.........................................................................................................11.2蜗杆传动的特点.........................................................................................................2第二章蜗轮传动的基本参数和几何尺寸计算......................................................................32.1蜗杆传动的基本参数.................................................................................................32.2蜗杆传动的几何尺寸计算.........................................................................................6第三章蜗轮传动的失效形式、设计准则、材料和结构......................................................73.1蜗杆传动的失效形式和设计准则.............................................................................73.2蜗杆、蜗轮的材料和结构.........................................................................................8第四章蜗轮传动的强度计算................................................................................................104.1蜗杆传动的受力分析................................................................................................104.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算...................................................................................114.3蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算.......................................................................12第五章蜗轮传动的效率、润滑和热平衡计算....................................................................135.1蜗杆传动的效率........................................................................................................135.2蜗杆传动的润滑.......................................................................................................135.3蜗杆传动的热平衡计算...........................................................................................15结论..........................................................................................................................................17致谢..........................................................................................................................................18参考文献..................................................................................................................................19西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）1第一章蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图1-1所示。通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。1.1蜗杆传动的类型如图1-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a），环面蜗杆传动（图b）,和锥面蜗杆传动(图c)。圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA型）、渐开蜗杆（ZI型）和法面直齿廓蜗杆（ZH型）等几种。如图1-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。如图1-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。a)b)c)图1-2蜗杆传动的类型图1-1蜗杆传动西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）21.2蜗杆传动的特点(1)传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40(80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。(2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。(3)有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。手动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。(4)传动效率低。蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。一般η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅0.4。(5)蜗轮造价较高。为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。由上述特点可知：蜗杆传动适用于传动比大，传递功率不大，两轴空间交错的场合。图1-3阿基米德蜗杆图1-4渐开线蜗杆西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）3第二章蜗轮传动的基本参数和几何尺寸计算图2-1所示阿基米德蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为主平面（中间平面）。在主平面上蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。为了加工方便，规定主平面的几何参数为标准值。2.1蜗杆传动的基本参数1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i蜗杆头数z1,即为蜗杆螺旋线的数目。蜗杆的头数一般取z1=1～6。当传动比大于40或要求自锁时取z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证。蜗轮的齿数一般取z2＝27～80。z2过少将产生根切；z2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。蜗杆传动的传动比i等于蜗杆与蜗轮转速之比。当蜗杆回转一周时，蜗轮被蜗杆推动转过z1个齿（或z1/z2周），因此传动比为：1221zznni式中：n1、n2分别为蜗杆和蜗轮的转速（r/min）。在蜗杆传动设计中，传动比的公称值按下列数值选取：5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80为基本传动比应优先选用。z1、z2可根据传动比i按表2-2选取。图2-1阿基米德蜗杆传动的几何尺寸西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）4表2-1z1和z2的推荐值i7～89～1314～2425～2728～4040z143～42～32～31～21z228～3227～5228～7250～8128～80402.模数m和压力角由于蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，而主平面是蜗杆的轴向平面又是蜗轮的端面（见图2-2），与齿轮传动相同，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数ma1应等于蜗轮的端面模数mt2；蜗杆的轴向压力角1a应等于蜗轮的端面压力角2t；蜗杆分度圆导程角应等于蜗轮分度圆螺旋角，且两者螺旋方向相同。即：2121tatammm3.蜗杆的分度圆直径d1和导程角如图2-3所示，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端平面的夹角称为蜗杆的导程角。可得：11111γdmzdpztga(2-1)式中：pa1为蜗杆轴向齿距(mm)；d1为蜗杆分度圆直径（mm）。蜗杆的螺旋线与螺纹相似也分左旋和右旋，一般多为右旋。对动力传动为提高效率应采用较大的值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传动，应采用033的蜗杆传动，此时蜗杆的头数为1。由式2-1得：mqtgzmd11(2-2)式中：tgzq1称为蜗杆的直径系数，当m一定时，q值增大，则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。小模数蜗杆一般有较大的q值，以使蜗杆有足够的刚度。图2-2分度圆柱展开图西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）5蜗杆与蜗轮正确啮合，加工蜗轮的滚刀直径和齿形参数必须与相应的蜗杆相同，为限制蜗轮滚刀的数量，d1亦标准化。d1与m有一定的匹配如表所示。表2-2蜗杆基本参数（Σ=90º）(摘自GB/T10085-88)模数m(mm)分度圆直径d1(mm)蜗杆头数z1直径系数qm2d1(mm)3模数m(mm)分度圆直径d1(mm)蜗杆头数z1直径系数qm2d1(mm)3118118.000186.3(80)1,2,412.69831751.2520116.00031.25112117.778444522.4117.920358(63)1,2,47.87540321.6201,2,412.50051.2801,2,4,610.000537628117.50071.68(100)1,2,412.50064002(18)1,2,49.00072140117.500896022.41,2,4,611.20089.6