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第04章蜗杆传动设计

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第04章杆传动设计 章 蜗杆传动设计 章 蜗杆传动 蜗杆传动设计
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《机械设计》 第第4 4章章 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 § §4-1 概概 述述 § 4-1 蜗杆传动概述 由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来 蜗轮:圆柱面呈凹圆弧形,包住蜗杆,可改善啮合状况 蜗杆:外形象螺杆, 有螺旋传动的某些特点 传递空间交 错轴间的运 动和动力 《机械设计》 一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点 ◆◆ 传动比大,结构紧凑传动比大,结构紧凑 动力传动:动力传动:i i = 10~80 = 10~80,分度,分度机构:机构:1000 1000 § 4-1 蜗杆传动概述 分度头传动示意图:传动路线为分度头传动示意图:传动路线为 手柄手柄→→齿轮副齿轮副( (传动比传动比1 1::1)1)→→ 蜗杆与蜗轮传动比蜗杆与蜗轮传动比(1(1::40)40)→→主轴。手柄转一圈,主轴转主轴。手柄转一圈,主轴转1/401/40圈圈 如:如: 《机械设计》 ◆◆ 传动平稳,噪声低传动平稳,噪声低 ◆◆ 发热大、效率低,一般用在发热大、效率低,一般用在传递功率不太大或间歇传递功率不太大或间歇 工作的场合工作的场合 ◆◆ 自锁自锁 ( (当蜗杆导程角当蜗杆导程角g g 33° ° 双刀加工双刀加工 • • 精度较低精度较低 • • 用于传递中小载荷用于传递中小载荷 • • 使用逐渐减少使用逐渐减少 ◆◆ 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA(ZA蜗杆蜗杆) ) § 4-1 蜗杆传动概述 《机械设计》 ◆◆ 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI(ZI蜗杆蜗杆) ) • • 刀刃顶面与基圆柱相切刀刃顶面与基圆柱相切,端面齿廓为渐开线,端面齿廓为渐开线 • • 相当于少齿数、大螺旋角斜齿轮相当于少齿数、大螺旋角斜齿轮 • • 传递功率较大传递功率较大 • • 效率高效率高 • • 可磨削,精度高可磨削,精度高 • • 用于头数较多,较精密传动用于头数较多,较精密传动 § 4-1 蜗杆传动概述 《机械设计》 ◆◆ 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN(ZN蜗杆蜗杆) ) • • 车刀刀刃平面位于螺旋线法面内,车刀刀刃平面位于螺旋线法面内, 端面齿廓为延伸渐开线端面齿廓为延伸渐开线 • • 法面齿廓为直线法面齿廓为直线 • • 可磨削,用于多头精密蜗杆传动可磨削,用于多头精密蜗杆传动 § 4-1 蜗杆传动概述 《机械设计》 ◆◆ 锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆(ZK(ZK蜗杆蜗杆) ) • • 端面齿廓近似为阿基米德螺旋线端面齿廓近似为阿基米德螺旋线 • • 蜗杆加工容易,且可磨削蜗杆加工容易,且可磨削 • • 承载能力、效率较高承载能力、效率较高 • • 传动比范围大,一般传动比范围大,一般i i =10=10~~360360 • • 国家标准推荐使用国家标准推荐使用 § 4-1 蜗杆传动概述 《机械设计》 2 2、、圆弧圆柱蜗杆传动(圆弧圆柱蜗杆传动(ZCZC蜗杆)蜗杆) § 4-1 蜗杆传动概述 用圆弧形车用圆弧形车 刀加工而成刀加工而成 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动 《机械设计》 中间平面上蜗杆齿廓凹弧形,蜗轮齿廓凸弧形中间平面上蜗杆齿廓凹弧形,蜗轮齿廓凸弧形 内啮合,综合曲内啮合,综合曲 率半径更大,接率半径更大,接 触应力更小触应力更小 § 4-1 蜗杆传动概述 目前正推广目前正推广 因此承载能力较普通型高因此承载能力较普通型高50~150% 50~150% 易于形成油膜,传动效率达易于形成油膜,传动效率达90% 90% 《机械设计》 中间平面:通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮中间平面:通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮 轴线的平面轴线的平面 §§4-2 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 一、主要参数一、主要参数 在在中间平面中间平面内,相当于内,相当于齿条齿条与与齿轮齿轮的啮合的啮合 1 1、模数、模数mm和压力角和压力角 a a g b 以以阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆为例为例 § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 在中间平面内为标准值在中间平面内为标准值 正正 确确 啮啮 合合 条条 件件 mm x x1 1 = =mm t t2 2 = =m m ( (标准标准值值) ) a ax x1 1= =a at t2 2= =a a = =2020° ° ( (标准值标准值) ) Σ=90° Σ=90° 时时:: g g = = b b 且且旋向相同旋向相同 对蜗杆而言为轴向截面,对蜗杆而言为轴向截面, 对蜗轮则为端面对蜗轮则为端面 《机械设计》 2 2、蜗杆分度圆柱导程角、蜗杆分度圆柱导程角 g g p px x ::齿距齿距,相邻两齿间的轴向距离,相邻两齿间的轴向距离 p pz z ::导程导程,同一螺旋线相邻两齿间的轴向距离,同一螺旋线相邻两齿间的轴向距离 d1 ≠ m z 蜗杆导程角蜗杆导程角 = = 蜗蜗 杆螺旋角吗?杆螺旋角吗? 不等于。不等于。 蜗杆导程角蜗杆导程角 = = 9090 ° ° - - 蜗杆螺旋角蜗杆螺旋角 § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 《机械设计》 蜗轮加工时:滚刀与蜗杆同参数蜗轮加工时:滚刀与蜗杆同参数 为限制滚刀数量、便于刀具标准化为限制滚刀数量、便于刀具标准化 3 3、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d d 1 1 和直径系数和直径系数q q ◆◆ 将将d d 1 1 制定为标准系列值制定为标准系列值 比值:比值: 故:故: 同一模数有很多不同直径的蜗杆同一模数有很多不同直径的蜗杆 蜗杆直径系数蜗杆直径系数 ◆◆ 每一模数规定了一定数量的每一模数规定了一定数量的d d 1 1 q q增大,蜗杆直径大,刚度好,但导程角变小,效率低增大,蜗杆直径大,刚度好,但导程角变小,效率低 § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 《机械设计》 表表4-1 4-1 普通圆柱蜗杆传动的参数匹配(部分)普通圆柱蜗杆传动的参数匹配(部分) 1.2 5 2011631.25 6.3 801, 2, 412.6983175.2 22.4117.9235112117.7784445.2 8 1.6201, 2, 412.551.28631, 2, 47.8754032 28117.571.68801, 2, 4, 6105120 2181, 2, 49721001, 2, 412.56400 22.41, 2, 4, 611.289.6140117.58960 281, 2, 41411210711, 2, 47.17100 35.5117.75142901, 2, 4, 699000 2.522.41, 2, 48.96140112111.211200 281, 2, 4, 611.217516011616000 35.51, 2, 414.2221.912. 5 901, 2, 47.214062. 5 45118281.251121, 2, 48.9617500 模数模数分度圆直径分度圆直径 蜗杆头数蜗杆头数 直径系数直径系数模数模数 分度圆直径分度圆直径 蜗杆头数蜗杆头数直径系数直径系数 § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 《机械设计》 4 4、传动比、传动比i i 5 5、相对滑动速度、相对滑动速度v v s s 摩擦发热摩擦发热↑ ↑效率效率↓ ↓ v vs s↑ ↑ 相对滑动速度较齿轮传动更大,因此蜗相对滑动速度较齿轮传动更大,因此蜗 杆传动的效率更低杆传动的效率更低 § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 《机械设计》 变位目的:变位目的: 变位时:变位时:蜗轮变位,蜗杆不变蜗轮变位,蜗杆不变 6 6、变位系数、变位系数x x 2 2 凑传动比凑传动比或或中心距中心距 ◆ 凑传动比,符合推荐值 变位前变位前 变位后变位后 ( (中心距不变,调整蜗轮齿数中心距不变,调整蜗轮齿数) ) ◆◆ 调整中心距,符合标准值调整中心距,符合标准值 变位前:变位前: 变位后:变位后: 普通蜗杆传动普通蜗杆传动x x 2 2 =-0.7=-0.7~~0.70.7 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动x x 2 2 =0.5=0.5~~1 1 蜗轮轮齿顶变尖蜗轮轮齿顶变尖 x x2 2 ↑↑ 蜗轮根切蜗轮根切 x x2 2 ↓↓ § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 《机械设计》 二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算 详见表详见表4-24-2和表和表4-34-3基本尺寸与齿轮传动类似基本尺寸与齿轮传动类似 1 1、蜗轮、蜗轮“ “四个圆四个圆” ” § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 d d e2e2蜗轮顶圆径 蜗轮顶圆径 d d a2a2蜗轮喉圆(相 蜗轮喉圆(相 当于齿顶圆)当于齿顶圆) d d f2f2蜗轮齿根圆 蜗轮齿根圆 2 2、蜗轮轮缘宽度、蜗轮轮缘宽度B B 3 3、蜗杆螺纹长度、蜗杆螺纹长度L L d d2 2 分度圆分度圆 圆弧圆柱蜗杆(略)圆弧圆柱蜗杆(略) 《机械设计》 三、普通圆柱蜗杆与斜齿三、普通圆柱蜗杆与斜齿圆柱齿圆柱齿轮主要参数区别:轮主要参数区别: 传动比传动比 i i 斜齿轮传动斜齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i i = = d d 2 2 / / d d1 1 i i ≠ ≠ d d 2 2 / / d d1 1 mm、、 a a 法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值 中间平面为标准值 b b b b1 1 = = -- b b2 2 g g = = b b , , 旋向相同旋向相同 d d1 1 d d1 1 = = mm n n z z1 1 /cos/cos b b d d1 1 = =mqmq, ,且为标准值且为标准值 d d2 2 = =mzmz 2 2 § 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 《机械设计》 闭式传动:闭式传动: 开式传动:开式传动: 一、失效形式一、失效形式 二、设计准则二、设计准则 §§4-34-3 蜗杆传动的失效形式和设计准则 蜗杆传动的失效形式和设计准则 胶合、点蚀胶合、点蚀 闭式传动:闭式传动: 按接触疲劳强度设计,按接触疲劳强度设计, 当当z z 2 2 80 80时还应校核弯曲疲劳强度时还应校核弯曲疲劳强度 ;; 控制控制胶合胶合热平衡计算:热平衡计算: △△t t 8080时,轮齿折断时,轮齿折断 按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计 磨损、轮齿折断磨损、轮齿折断 § 4-3 蜗杆传动的失效形式和设计准则 《机械设计》 §§4-44-4 圆柱蜗杆传动的强度计算 圆柱蜗杆传动的强度计算 一、受力分析一、受力分析 以蜗杆为对象以蜗杆为对象 ,忽略摩擦力,忽略摩擦力 Fn Fr1 Ff an g Ft1 Fa1 ◆◆ 力的分解力的分解 径向力径向力F F r r 圆周力圆周力F F t t 轴向力轴向力F F a a F Fn n ◆◆ 力的方向力的方向 与斜齿圆柱齿轮同与斜齿圆柱齿轮同 ◆◆ 力的对应关系力的对应关系 F F t1t1= =- -F Fa2 a2 F F a1a1= =- -F Ft2 t2 F F r1r1= =- -F Fr2 r2 当蜗杆为主动时,蜗轮的转动方当蜗杆为主动时,蜗轮的转动方 向取决于什么?向取决于什么? § 4-4 蜗杆传动的强度计算 《机械设计》 Fa1 Ft2 Ft1 Fa2n1 ● ● Fr2 Fr1 n2 n1 各力应画在 受力点上 1 2 Fr1 Fa1 Ft2 n2 Fa2 Ft1 Fr2 例:已知蜗杆的转动方向和蜗轮的螺旋线方向,请判例:已知蜗杆的转动方向和蜗轮的螺旋线方向,请判 断蜗轮的转动方向。断蜗轮的转动方向。 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 主视图:主视图: 俯视图:俯视图: 《机械设计》 ◆◆ 力的大小力的大小 则:则: T T 2 2 = = h h iTiT 1 1 Fn Fr1 Ff an g Ft1 Fa1 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 a 《机械设计》 二、普通圆柱蜗杆传动的强度计算二、普通圆柱蜗杆传动的强度计算 校核式:校核式: 弹性系数,弹性系数, 设计式设计式 :: 使用系数,表使用系数,表3-13-1 ◆◆ 强度计算主要针对强度计算主要针对蜗轮轮齿蜗轮轮齿 ◆◆ 蜗轮类似于齿轮,强度公式可仿照齿轮的进行推导蜗轮类似于齿轮,强度公式可仿照齿轮的进行推导 利用赫芝公式,考虑蜗杆传动的特点:利用赫芝公式,考虑蜗杆传动的特点: 再从表再从表4-14-1按向上方向查出相应的按向上方向查出相应的mm、、d d 1 1 及及q q值,并计算出值,并计算出 g g 、、v v s s 和和h h 等等 蜗轮上 的扭矩 — — 强度更弱,失效主要发生在蜗轮上强度更弱,失效主要发生在蜗轮上 公式中的公式中的 s s HPHP是 是 指哪个的?指哪个的? § 4-4 蜗杆传动的强度计算 1 1、齿面接触疲劳强度、齿面接触疲劳强度 当蜗杆为钢,蜗轮当蜗杆为钢,蜗轮 为铜或铸铁时为铜或铸铁时 《机械设计》 1.252011631.256.3801, 2, 412.6983175.2 22.4117.9235112117.7784445.28 1.6201, 2, 412.551.28631, 2, 47.8754032 28117.571.68801, 2, 4, 6105120 2181, 2, 49721001, 2, 412.56400 22.41, 2, 4, 611.289.6140117.58960 281, 2, 41411210711, 2, 47.17100 35.5117.75142901, 2, 4, 699000 2.522.41, 2, 48.96140112111.211200 281, 2, 4, 611.217516011616000 35.51, 2, 414.2221.912. 5 901, 2, 47.214062.5 45118281.251121, 2, 48.9617500 模数模数 分度圆直径 分度圆直径蜗杆头数蜗杆头数 直径系数直径系数 模数模数 分度圆直径分度圆直径 蜗杆头数蜗杆头数 直径系数直径系数 表表4-1 4-1 普通圆柱蜗杆传动的参数匹配(部分)普通圆柱蜗杆传动的参数匹配(部分) § 4-4 蜗杆传动的强度计算 《机械设计》 借用斜齿轮弯曲强度公式、考虑蜗杆传动特点借用斜齿轮弯曲强度公式、考虑蜗杆传动特点 校核式:校核式: 设计式设计式 :: Y Y FaFa按 按 查表查表4-5 4-5 蜗轮轮齿的齿形蜗轮轮齿的齿形系数系数 螺旋角系数螺旋角系数Y Y b b =1- =1- g g /140/140 ° ° 再按表再按表4-14-1查出相应的查出相应的mm、、d d 1 1 及及q q值值 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 何时才需要计算蜗轮的弯曲疲劳强度?何时才需要计算蜗轮的弯曲疲劳强度? 蜗杆传动一般没有必要计算弯曲疲劳强度,只有在受到蜗杆传动一般没有必要计算弯曲疲劳强度,只有在受到 强烈冲击、齿数强烈冲击、齿数z z 2 2 特多或开式传动才考虑!特多或开式传动才考虑! 2 2、齿根弯曲疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度 《机械设计》 三、圆弧圆柱蜗杆传动的强度计算三、圆弧圆柱蜗杆传动的强度计算 ◆◆ 失效以胶合为主失效以胶合为主 ◆◆ 齿根弯曲疲劳强度远大于齿面接触疲劳强度齿根弯曲疲劳强度远大于齿面接触疲劳强度 ◆◆ 采用凸凹弧齿廓相啮合采用凸凹弧齿廓相啮合承载能力较普通蜗杆高承载能力较普通蜗杆高 1 1、蜗轮齿面接触疲劳强度计算、蜗轮齿面接触疲劳强度计算 只需进行齿面接触强度计算即可满足轮齿的工作能力只需进行齿面接触强度计算即可满足轮齿的工作能力 接触系数,据接触系数,据 d d1 1 / /a a值查图值查图4-94-9的的 曲线曲线“ “ZCZC蜗杆蜗杆” ” 弹性系数,查表弹性系数,查表4-84-8 校核式:校核式: § 4-4 蜗杆传动的强度计算 《机械设计》 设计式:设计式: § 4-4 蜗杆传动的强度计算 算得算得a a后,由表后,由表4-44-4查出公称传动比查出公称传动比i i、模数、模数mm、蜗杆分度圆、蜗杆分度圆 直径直径d d 1 1 、蜗杆头数、蜗杆头数z z 1 1 、蜗轮齿数、蜗轮齿数z z 2 2 和蜗轮变位系数和蜗轮变位系数x x 2 2 设计之初,蜗杆参数并不知道,如何确定接触系数?设计之初,蜗杆参数并不知道,如何确定接触系数? 试选法试选法 初选 d1/a 当i =70~20时: d1/a=0.3~0.4 当i =20~5 时: d1/a=0.4~0.5 “ “试选法试选法” ”或或“ “试算法试算法” ”在本课程中经常用到在本课程中经常用到 蜗杆传动设计完成后,蜗杆传动设计完成后, 再将实际值与初选值比再将实际值与初选值比 较,若相差较远,需重较,若相差较远,需重 新初选、设计新初选、设计 《机械设计》 2 2、蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算、蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算 许用许用U U系数系数 U U系数系数 齿形齿形复杂,难以精确计算弯曲应力复杂,难以精确计算弯曲应力 按按“ “U U系数法系数法” ”,进行近似,进行近似“ “条件性条件性” ”计算计算 极限极限U U系数,表系数,表4 4--8 8 安全系数,安全系数,S SFmin Fmin=1~1.7 =1~1.7 实践表明弯曲强度主要取决于模数和齿宽实践表明弯曲强度主要取决于模数和齿宽 蜗轮齿宽蜗轮齿宽 蜗轮的圆周力蜗轮的圆周力 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 《机械设计》 四、材料及许用应力四、材料及许用应力 1 1、材料及热处理、材料及热处理 蜗杆、蜗轮材料配对要求:蜗杆、蜗轮材料配对要求: 碳素钢:碳素钢: 4040、、4545、、… … 合金钢:合金钢: 40Cr40Cr、、20Cr20Cr、、20CrMnTi20CrMnTi、、… … 热处理热处理 调质:调质: 减摩性好、减摩性好、 耐磨、耐磨、 抗胶合、抗胶合、 足够的强度足够的强度 蜗杆蜗杆 材料材料 如如4040、、45 45 调质调质 ( (硬度硬度 ≤ ≤ 350HBS) 350HBS) 淬火:淬火: 如 如40Cr40Cr表面淬火表面淬火(45~55HRC) (45~55HRC) 如如20Cr20Cr渗碳淬火渗碳淬火(58~63HRC) (58~63HRC) (钢为主)(钢为主) 不太重要的低速轻、重载传动不太重要的低速轻、重载传动 高速重载传动高速重载传动 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 《机械设计》 蜗轮材料: 越容易产生胶合越容易产生胶合 灰铸铁灰铸铁 如:如:HT200HT200 无锡青铜无锡青铜( (铝铁青铜铝铁青铜) ) 如:如:ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3 铸锡磷青铜铸锡磷青铜 如:如:ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 按按选材选材 为减少胶合失效,为减少胶合失效,蜗轮采用异种金属材料蜗轮采用异种金属材料 低速、轻载或不重要的传动低速、轻载或不重要的传动 抗胶合能力远比锡青铜差,但抗胶合能力远比锡青铜差,但 强度较高,价格便宜;用于低强度较高,价格便宜;用于低 速传动速传动 减摩、耐磨性好,抗胶合能力强减摩、耐磨性好,抗胶合能力强 ,但强度较低,价格较贵;用于,但强度较低,价格较贵;用于 高速或重要传动高速或重要传动 v vs s↑ ↑ § 4-4 蜗杆传动的强度计算 (相同金属互溶性强,比不同金属粘着倾向大)(相同金属互溶性强,比不同金属粘着倾向大) 《机械设计》§ 4-4 蜗杆传动的强度计算 铜合金的使用由来已久铜合金的使用由来已久 《机械设计》 2 2、许用应力、许用应力 ①① 普通圆柱蜗杆传动的许用接触应力普通圆柱蜗杆传动的许用接触应力 强度低的材料强度低的材料 s sb b≤ ≤ 300MPa300MPa 承载能力取决于蜗轮的承载能力取决于蜗轮的接触疲劳强度接触疲劳强度 寿命系数寿命系数 当N > 25×107时 , 取25 ×107 蜗轮材料铸造 方法 适用 滑动 速度 /(m/s) 机械性能s’HP/ MPas’FP / MPa 应用范围 蜗杆齿面硬度 s0.2sb ≤350 HBS 45HR C 一侧 受载 两侧 受载 ZCuSn10P1 砂 模 金属模 ≤12 ≤25 130 170 220 310 180 200 200 220 51 70 32 40 重载长期 连续工作 含锡青铜含锡青铜 主要失效形式:疲劳点蚀主要失效形式:疲劳点蚀 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 基本许用接触基本许用接触 应力,表应力,表4-64-6 《机械设计》 承载能力只取决于蜗轮的承载能力只取决于蜗轮的抗胶合能力,抗胶合能力,与接触强度无关与接触强度无关 故故 s s HPHP只与 只与材料组合材料组合及及v v s s 有关,有关,与与N N无关,具体值查表无关,具体值查表4-74-7 强度高(强度高( s sb b >> 300MPa 300MPa )的无锡青铜材料)的无锡青铜材料 或或铸铁 铸铁 材 料滑动速度vs/(ms-1) 蜗 轮蜗 杆0.250.5123468 ZCuAl9Fe4 ZCuAl10Fe3 钢(淬火)*―25023021018016012090 HT200 HT150 渗碳钢16013011590―――― HT150 钢 (调质或正火) 1401109070―――― 主要失效形式:胶合主要失效形式:胶合 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 ②② 普通圆柱蜗杆传动的许用弯曲应力普通圆柱蜗杆传动的许用弯曲应力 (更详细内容自学)(更详细内容自学) 《机械设计》 ③③ 圆弧圆柱蜗杆许用接触应力圆弧圆柱蜗杆许用接触应力 蜗轮材料的接触蜗轮材料的接触 疲劳极限,表疲劳极限,表4-84-8 寿命系数寿命系数 实际工作小时数实际工作小时数 转速系数转速系数 安全系数,安全系数,S SHmin Hmin=1~1.3 =1~1.3 § 4-4 蜗杆传动的强度计算 《机械设计》 § §4-54-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 一、一、 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑 ◆◆ 当当v v 1 1 ≤10m/s≤10m/s时时,采用,采用浸油润滑浸油润滑 ◆◆ v v 1 1 10 10 m/sm/s时,采用喷油润滑时,采用喷油润滑 v v 1 1 ≤ ≤ 4 4 m/sm/s 小时,蜗杆下置小时,蜗杆下置 v v 1 1 4 m/s 4 m/s时蜗杆上置时蜗杆上置 有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 《机械设计》 二、二、 闭式蜗杆传动的总效率闭式蜗杆传动的总效率 1) 1) 总效率总效率 搅油搅油损耗效率损耗效率 轴承摩檫损耗效率轴承摩檫损耗效率 轮齿啮合损耗效率轮齿啮合损耗效率 当量摩擦角当量摩擦角, ,表表4-94-9 蜗轮齿 圈材料 锡青铜无锡青铜灰铸铁 vs /(m/s)ρv 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5 2°35′~3°10′ 2°17′~2°52′ 2°00′~2°35′ 1°36′~2°00′ 1°22′~1°47′ 1°16′~1°40′ 4°00′ 3°43′ 3°09′ 2°35′ 2°17′ 2°00′ 4°00′~5°10′ 3°43′~4°34′ 3°09′~4°00′ § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 借用螺旋借用螺旋 副效率副效率 《机械设计》 2) 2) 提高啮合效率的途径提高啮合效率的途径 ①① 当当 g g 28 28 o o 时,效率增加不明显时,效率增加不明显 ◆◆ 增加蜗杆头数增加蜗杆头数 z z1 1↑ ↑ g g↑ ↑ h h↑ ↑ § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 是不是导程角是不是导程角 g g 越大越好?越大越好? 不是 不是 ②② g g 太大时,蜗杆制造困难太大时,蜗杆制造困难 因此因此通常通常 g g 2828 o o ,即蜗杆头数不宜过多,即蜗杆头数不宜过多 2 2、、3 3、、4 4、、6 6 重载、要求效率较高重载、要求效率较高 z z 1 1 = = 1 1 实现大传动比或要求自锁实现大传动比或要求自锁 传动比传动比 蜗杆头数蜗杆头数z z 1 1 1 1 2 2 4 4 6 6 3030~~83831515~~32327 7~~16165 5~~8 8设计时可参考设计时可参考 右表推荐值右表推荐值 《机械设计》 避免根切避免根切 一般取: 一般取:z z 2 2 =29~70 =29~70 传动比传动比 蜗杆头数蜗杆头数z z 1 1 1 1 2 2 4 4 6 6 3030~~83831515~~32327 7~~16165 5~~8 8 采用减摩性好的材料,如青铜采用减摩性好的材料,如青铜 ◆◆ 减少摩擦系数减少摩擦系数 r rv v↓ ↓ h h↑ ↑ § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 z z2 2 2626时,啮合区显著减小,影时,啮合区显著减小,影 响传动平稳性响传动平稳性 z z2 2 过大时,蜗杆长度增加,其刚度过大时,蜗杆长度增加,其刚度 和啮合精度下降和啮合精度下降 且且d d 2 2 不变时不变时z z 2 2 越多,模数越小,会越多,模数越小,会 削弱齿根弯曲强度削弱齿根弯曲强度 17z17z 2 2 100100 《机械设计》 试选法试选法: : 按接触疲劳强度设计普通圆柱蜗杆传动时:按接触疲劳强度设计普通圆柱蜗杆传动时: 可是可是 h h 是是未知的,怎么办?未知的,怎么办? 先按传动比先按传动比 i i 选定选定z z 1 1 ,, 再根据再根据z z 1 1 初步估计初步估计h h :: 设计完后,算出实际设计完后,算出实际h h 值,若两者差别较大,需重选值,若两者差别较大,需重选 圆弧圆柱蜗杆的效率比普通圆柱蜗杆约高圆弧圆柱蜗杆的效率比普通圆柱蜗杆约高5%~10%5%~10% § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 z z1 1 ==1 1,, h h ==0.70~0.750.70~0.75 z z1 1 ==2 2,, h h ==0.75~0.800.75~0.80 z z1 1 ==3 3,, h h ==0.80~0.850.80~0.85 z z1 1 ==4 4,, h h ==0.85~0.900.85~0.90 《机械设计》 三、热平衡计算三、热平衡计算 发热量:发热量: 散热量:散热量: 环境温度,一般取环境温度,一般取2020 0 0 散热系数散热系数 目的:目的: 控制油温,防止胶合控制油温,防止胶合 热平衡时:单位时间的发热量=散热量热平衡时:单位时间的发热量=散热量 蜗杆传递的功率蜗杆传递的功率 蜗杆传动的总效率蜗杆传动的总效率 箱体的散热面积箱体的散热面积 热平衡时的工作温度热平衡时的工作温度 K K t t =10~17=10~17 蜗杆传动的蜗杆传动的 中心距中心距 § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 《机械设计》 若t1超过允许值,则需采取散热措施: ◆◆ 增加散热面积增加散热面积 ( (增大箱体、加散热片增大箱体、加散热片) ) ◆◆ 蜗杆轴端装风扇加速空气流通蜗杆轴端装风扇加速空气流通 ◆◆ 箱体油池内放置蛇形冷却水管箱体油池内放置蛇形冷却水管 § 4-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 t t p p :许用工作温度,一般取:许用工作温度,一般取60° 60° ~~70°70°,最高不要超过,最高不要超过90°90° ◆◆ 喷油润滑循环冷却喷油润滑循环冷却 《机械设计》 一、蜗杆一、蜗杆 § §4-64-6 蜗杆、蜗轮的结构 蜗杆、蜗轮的结构 车制 铣制 § 4-7 蜗杆、蜗轮的结构 《机械设计》 二、蜗轮二、蜗轮 齿圈式 螺栓连 接式 整体式 拼铸式 § 4-7 蜗杆、蜗轮的结构 较大蜗轮常采用组合式结构,可以节约贵重的有色金属较大蜗轮常采用组合式结构,可以节约贵重的有色金属 《机械设计》 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 设 计 思 路 1、选择材料、热处理及铸造方式 2、确定主要参数: z1、z2 =i z1,注意:29 z2 70 3、计算许用应力sHP 闭式蜗杆? YN 9、热平衡计算 7、计算导程角: 8、计算Zv2,查YFa,计算Yb及 sFP ,校核弯曲疲劳强度 8、求滑动速度vs、当 量摩擦角rv、总效率h 4、估计h,计算 T2,查取 K、ZE ? sb300MPa? Y 6、按标准取:m、d1 、q,计算中心距a z2 >80? Y N N 若不满足要求 § 4-6 普通圆柱蜗杆传动的设计 《机械设计》 一、掌握蜗杆传动的主要特点一、掌握蜗杆传动的主要特点 三、掌握蜗杆传动的受力分析及蜗轮转向的判别、蜗杆蜗轮旋三、掌握蜗杆传动的受力分析及蜗轮转向的判别、蜗杆蜗轮旋 向判别向判别 五、蜗杆传动的效率如何计算及提高效率的主要措施五、蜗杆传动的效率如何计算及提高效率的主要措施 四、掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则、强度计算特点,四、掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则、强度计算特点, 能合理的选择蜗杆、蜗轮的材料能合理的选择蜗杆、蜗轮的材料 本章基本要求本章基本要求 六、为什么要进行热平衡计算及降低温升的主要措施六、为什么要进行热平衡计算及降低温升的主要措施 § 4 蜗杆传动 二、掌握蜗杆传动的二、掌握蜗杆传动的主要参数,主要参数,设计时能合理的选择这些参数设计时能合理的选择这些参数 《机械设计》 (可不考虑自锁,闭式传动,每年工作(可不考虑自锁,闭式传动,每年工作300300天)天) § 4 蜗杆传动 P93 P93 题题4-34-3 作业作业 下周五上课时交下周五上课时交
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本文标题:第04章蜗杆传动设计
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