機械設(shè)計基礎(chǔ)第12章蝸輪蝸桿

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1、東莞理工學(xué)院田君,第12章 蝸桿傳動,12-1 蝸桿傳動的特點和類型,12-2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸,12-3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu),12-4 圓柱蝸桿傳動的受力分析,12-6 圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算,12-5 圓柱蝸桿傳動的強度計算,,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,12-1 蝸桿傳動的特點和類型,作用： 用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力。 蝸桿主動、蝸輪從動。,90,形成：若單個斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且1很大時，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。,,,,,,,,,所得齒輪稱為:蝸桿。,而嚙合件稱為:蝸輪。,東莞理工學(xué)院田君

2、,設(shè)計：潘存云,改進措施：將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪， 所得蝸輪蝸桿為線接觸。,優(yōu)點： 傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小。,分度機構(gòu)：i=1000, 通常i=880,缺點： 傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,類型,按螺旋面形狀分：,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,環(huán)面蝸桿,按形狀分有：,圓柱蝸桿,,,,環(huán)面蝸桿,圓柱蝸桿,漸開線蝸桿,阿基米德蝸桿,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,蝸桿旋向：左旋、右旋(常用),,,,,,,精度等級：,對于一般動力傳動，按如下等級制造：,v1<7.5 m/s ----7級精度；,v1< 3 m/

3、s ----8級精度；,v1< 1.5 m/s ----9級精度；,判定方法：與螺旋和斜齒輪的旋向判斷方法相同。,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,1. 正確嚙合條件,中間平面：過蝸桿軸線垂直于蝸輪軸線。,正確嚙合條件是中間平面內(nèi)參數(shù)分別相等：,mt2=ma1=m ，t2 =a1= 取標準值,在中間平面內(nèi)，蝸輪蝸桿相當于齒輪齒條嚙合。,12-2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸,一、圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù),東莞理工學(xué)院田君,壓力角: =20,模數(shù)m取標準值，與齒輪模數(shù)系列不同。,分度傳動，推薦用 =15,動力傳動，推薦：=25,2. 模數(shù)m和壓力角,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云

4、,設(shè)計：潘存云,為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)量，規(guī)定d1 只能取標準值。,蝸輪蝸桿輪齒旋向相同.,若 90, 12, 1+1 90,蝸輪右旋,蝸桿右旋,1+2,s=e的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。,,東莞理工學(xué)院田君,,摘自GB10085-88,括號中的數(shù)字盡可能不采用,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,3. 傳動比 i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2,蝸桿頭數(shù)z1 ：即螺旋線的數(shù)目。,,,,,,,,,,,蝸桿轉(zhuǎn)動一圈，相當于齒條移動z1個齒，推動蝸輪轉(zhuǎn)過z1個齒。,傳動比 :,通常： z1=14,若想得到大 i , 可?。?z1=1，但傳動效率低。,對于大功率傳動 , 可?。?z1=2，或 4。,蝸輪齒數(shù)

5、： z2= i z1,為避免根切： z2 26,一般情況： z2 80,z2過大 , 蝸桿長度, 剛度、嚙合精度,結(jié)構(gòu)尺寸,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,,將分度圓柱展開得：,= z1 px1/d1,= mz1/d1,tg1=l/d1,4. 蝸桿的導(dǎo)程角,,,,,,,,,,,東莞理工學(xué)院田君,5.蝸桿直徑系數(shù)q,加工時滾刀直徑等參數(shù)與蝸桿分度圓直徑等參數(shù)相同，為了限制滾刀的數(shù)量，國標規(guī)定分度圓直徑只能取標準值，并與模數(shù)相配。,q 為蝸桿:,定義：,q=d1/m,一般取: q=818。,tg1 = px z1 /d1,= z1 / q,于是有： d1 = mq,可由表121計算得

6、到。,直徑系數(shù),見下頁,= mz1 / d1,東莞理工學(xué)院田君,,表121 蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)的匹配標準系列 mm,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,,由相對運動原理可知:,6.齒面間滑動速度vS及蝸輪轉(zhuǎn)向的確定,= v1 / cos ,,作速度向量圖，得:,v2 = v1 tg,蝸輪的轉(zhuǎn)向:,CW,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,右旋蝸桿：伸出左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的 切向速 度vp2的方向與拇指指向相同。,用手勢確定蝸輪的轉(zhuǎn)向：,,,左旋蝸桿：用右手判斷，方法一樣。,模型驗證,因蝸輪蝸桿相當于螺旋副的運動，有一種實用且簡便的轉(zhuǎn)向判別方法：,7.中心距,a =

7、 r1+r2,= m(q +z2)/2,東莞理工學(xué)院田君,二、圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計算,由蝸桿傳動的功用，以及給定的傳動比 i ,, z1, z2,計算求得 m、d1,計算幾何尺寸,東莞理工學(xué)院田君,12-3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu),一、蝸桿傳動的失效形式及材料選擇,主要失效形式： 膠合、點蝕、磨損。,材料,蝸輪齒圈采用青銅：減摩、耐磨性、抗膠合。,蝸桿采用碳素鋼與合金鋼：表面光潔、硬度高。,,材料牌號選擇：,高速重載蝸桿：20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火5662HRC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表面淬火4555HRC),一般蝸桿：40 45 鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為22

8、0250HBS),蝸輪材料： vS 12 m/s時 ZCuSn10P1錫青銅制造。,vS <12 m/s時 ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅,vS 6 m/s時 ZCuAl10Fe3鋁青銅。,vS <2 m/s時球墨鑄鐵、灰鑄鐵。,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,二、蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu),蝸桿通常與軸制成一體,z1=1或2時：b1 (11+0.06z2)m,z1= 4時: b1 (12.5+0.09z2)m, 蝸桿軸,蝸桿長度b1的確定：,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,蝸輪齒寬角 90130,輪圈厚度 C 1.6m+1.5

9、mm,輪緣寬度B 0.75da 0.67 da,蝸輪頂圓直徑de2 da2 +2m da2 +1.5m da2 +2m,蝸輪的常用結(jié)構(gòu)：,整體式,組合式 過盈配合,組合式 螺栓聯(lián)接,組合式鑄造,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,12-4 圓柱蝸桿傳動的受力分析,法向力可分解為三個分力：,圓周力：Ft,軸向力：Fa,徑向力：Fr,且有如下關(guān)系：,Ft1 = Fa2,Fr1 = Fr2,Fa1 = Ft2,=2T1 / d1,=2T2 / d2,= Ft2 tg,,式中：T1 、T1分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。,T2= T1 i ,東莞理工

10、學(xué)院田君,12-5 圓柱蝸桿傳動的強度計算,齒面接觸強度驗算公式：,H ,由上式可得設(shè)計公式：,式中K為載荷系數(shù)，?。篕 =1.11.3,m、d1應(yīng)選取標準值確定。,蝸輪齒面的接觸強度計算與斜齒輪相似，仍以赫茲公式為基礎(chǔ)。以蝸輪蝸桿的節(jié)點處嚙合相應(yīng)參數(shù)代入即可。,赫茲公式:,東莞理工學(xué)院田君,東莞理工學(xué)院田君,,,,當蝸輪采用青銅制造時，蝸輪的損壞形式主要是疲勞點蝕，其許用的接觸應(yīng)力如下表：,東莞理工學(xué)院田君,,,,當蝸輪采用無錫青銅或鑄鐵制造時，蝸輪的損壞形式主要是膠合。其許用的接觸應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料組合和滑動速度來確定。,東莞理工學(xué)院田君,12-6 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算,一、圓柱蝸

11、桿傳動的效率,功率損耗：嚙合損耗、軸承摩擦損耗、攪油損耗。,蝸桿主動時，總效率計算公式為：,式中: 為蝸桿導(dǎo)程角;,稱為當量摩擦角， =arctg f ,,f為當量摩擦系數(shù) ，取值見表12-6, P190詳見下頁,東莞理工學(xué)院田君,東莞理工學(xué)院田君, , , 對動力傳動，宜采用多頭蝸桿, 蝸桿加工困難, 過大,當 28 時，效率增加很少。,當 時，蝸桿具有自鎖性，但效率很低。<50%,分析：,上述公式不直觀，工程上常用以下估計值。,閉式傳動：,z1=1 =0.700.75,z1=2 =0.750.82,z1=4 =0.870.92,z1=1、2 =0.600.70,開式傳動：,東莞

12、理工學(xué)院田君,二、蝸桿傳動的潤滑,若潤滑不良，,效率顯著降低,早期膠合或磨損,潤滑對蝸桿傳動而言，至關(guān)重要。,潤滑油粘度的選擇：,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,潤滑方式的選擇：,當vs 510 m/s時，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深。,當vs 1015 m/s時，采用壓力噴油潤滑。,當v1 4 m/s時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。,東莞理工學(xué)院田君,三、蝸桿傳動的熱平衡計算,由于蝸桿傳動效率低，發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)，油溫升高，潤滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此，對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動必須進行熱平衡計算,對閉式傳

13、動，熱量由箱體散逸，要求箱體與環(huán)境溫差：, t,t=( t-t0 )----溫度差；,P1----蝸桿傳遞的功率；,i----表面散熱系數(shù)；一般?。篿=1017 W/(m2 ),A----散熱面積, m2, 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計算。,東莞理工學(xué)院田君,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,t----溫差許用值，一般?。?t=6070 ,要求油溫： t = t0+ t <90 ,不能滿足要求時，可采取冷卻措施：,1）增加散熱面積----加散熱片；,2）提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)---- 加風扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。,東莞理工學(xué)院田君,本 章 重 點,(1)熟悉蝸桿傳動的特點。 (2)了解蝸桿傳動的類型、應(yīng)用、材料和結(jié)構(gòu)。 (3)掌握普通圓柱蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸計算。,