第6章蜗杆传动-ct.ppt

第六章 蜗杆传动,6-1,蜗杆传动概述,6-2,蜗杆传动的主要参数与几何尺寸,6-4,蜗杆传动的强度计算,6-3,蜗杆的失效、设计准则及材料结构,6-5,蜗杆传动的效率、润滑和热平衡,蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力，交错角一般为,90,。,6-1,蜗杆传动概述,1,、传动比大，一般,i,=1080,，最大可达,1000,；,2,、传动平稳，兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。,一、蜗杆传动的特点,3,、可实现反行程自锁,(,用于提升机构,),；,蜗杆,1,、,2,、,4,传递动力时：,i=8100,（常用,1550,）,传递运动时：,i=,几百,上千（单头，,）,齿轮,z,1,17,4结构紧凑、重量轻、噪音小。,从中间平面剖开，,类似螺旋与斜齿轮的传动,缺点：,1,、制造成本高，加工困难。,2,、滑动速度,v,s,大。,3,、效率,低。,4,、蜗轮需用贵重的减摩材料。,二、蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,圆弧面蜗杆传动,圆锥蜗杆传动,三、蜗杆传动的精度等级,分为,12,个,精度等级，常用,6,9,级,，精度等级的选择参见,表,6,1,。,2,、按蜗杆头数分,单头蜗杆：,i,，自锁性，,多头蜗杆：相反,3,、按旋向分,左旋,一般采用,右旋,右旋,12,个等级,用于动力传动：,69,级,用于测量分度：,5,级或以上,6-2,普通圆柱蜗杆的主要参数与几何尺寸,1,、,模数,m,和压力角,a,在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值，,m,a,1,=,m,t,2,=20,2,、蜗杆分度圆直径,d,1,和直径系数,q,蜗杆分度圆直径,d,1,为标准值，见,表,6-2,。,主平面：,通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面,是,蜗杆的轴面,是,蜗轮的端面,蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在主平面内确定。,即：,q,=,d,1,m=Z,1,/tg,r,d,1,与模数,m,的比值,称为蜗杆直径系数,q,。,是导出值，不一定为整数,一、蜗杆传动的主要参数,主平面,蜗杆传动的参数与尺寸,2,4,、蜗杆的头数,z,1,、,蜗轮齿数,z,2,3,、,蜗杆的导程角,g,z,1,g,效率,，但加工困难,;,正确啮合条件,：,m,a,1,=,m,t,2,1,2,（,蜗轮、蜗杆旋向相同,）,a,1,=,t,2,z,1,传动比,i,，但传动效率,。,常取，,z,1,1,，,2,，,4,。可根据传动比选取，见,表,6,3,。,z,2,=,i z,1,。如,z,2,太小,，将使传动平稳性变差；如,z,2,太大,，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。,一般 取,z,2,29,70,。,d,1,5,、,传动比,i,6,、,中心距,变位：,即加工蜗轮时，改变刀具的位置，而蜗杆相当于刀具。因此只是蜗轮变位，而蜗杆不变位，即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。变位以后，蜗杆的节圆改变，而蜗轮的节圆永远与分度圆重合。,变位的目的：,调整中心距和传动比,调整中心距所需变位系数：,常取 ,0.5,x,0.5,(,d,1,=,q m z,1,m,),(,d,2,=,z,2,m,),二、蜗杆传动的几何参数计算,见图,6,7,6-3,圆柱蜗杆的失效、设计准则和材料结构,一、失效形式、设计准则和常用材料,1,、主要失效形式：蜗轮齿面的,点蚀、胶合、磨损和断齿,等。,按蜗轮的齿面,接触疲劳强度,进行设计，确定尺寸；,再校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。由于散热较差，发热大，为防止胶合，还应进行,热平衡,计算；,2,、,设计准则,（蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上）,闭式传动：,通常只对蜗轮的齿根,弯曲疲劳强度,进行设计。,开式传动：,适用于齿面滑动速度 较高的传动。,蜗杆,的常用材料为,碳钢,和,合金钢。,蜗轮,常用材料：,4,m/s,的场合。,（抗胶合能力差）,2,m/s,的场合。,（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）,见表,6-5,3,、,常用材料,灰铸铁：,铝青铜：,锡青铜：,二、蜗杆的结构,由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），如下图。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。（上图）,有退刀槽，螺旋部分可用车制也可用铣制，但该结构刚度较前一种差。,当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,蜗杆和蜗轮的结构,2,为了减摩的需要，蜗轮通常要用,青铜,制作。为了节省铜材当蜗轮直径较大时，采用,组合式,蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,整体式蜗轮,配合式蜗轮,镶铸式蜗轮,螺栓联接式蜗轮,组合式蜗轮,三、蜗轮的结构,受力分析,一、蜗杆传动的受力分析,轮齿所受的法向力,F,n,，可分解为：,切向力,F,t,、径向力,F,r,、轴向力,F,a,。,式中：,n,蜗轮的法向压力角，,T,2,蜗轮的工作转矩，,6-4,圆柱蜗杆传动的强度计算,1,、名义工作载荷,方向判定：,1,、蜗轮转向,已知：,n,1,、旋向,n,2,左、右手定则：四指,n,1,、拇指反向：啮合点,v,2,n,2,2,、各分力方向,F,r,：指向各自轮心,F,t,蜗杆与,n,1,反向,蜗轮与,n,2,同向,F,a,蜗杆：左、右手定则,蜗轮：,n,2,n,1,3,、旋向判定,蜗轮与蜗杆旋向相同,。,v,2,右旋,求蜗杆的旋向？,F,a,1,求蜗杆的转向？,练 习,K,载荷系数，,K,A,工作情况系数，见表,6-7,；,动载荷系数；,齿向载荷分布系数；,2,、计算载荷：齿面接触线单位长度上的载荷,最小接触线长度；,二、普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算,1,、,蜗轮齿面接触疲劳强度计算,以,节点,为计算点，按赫兹公式，计算齿面接触应力,H,。,校核式：,式中：,d,1,、,d,2,-,蜗杆、蜗轮的分度圆直径；,T,2,蜗轮的工作转矩（,N.mm,),；,蜗轮的许用接触应力（,MPa,),，见,表,6,8,。,设计式：,（,6-12,）,将,d,1,mq,和,d,2,mz,2,代入校核式整理得：,（,6-11,）,目的：防止“点蚀”。,2,、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,目的：防止“疲劳断齿”,蜗轮轮齿形状复杂，将其近似,简化为斜齿圆柱齿轮。,校核式：,式中：,Y,F,蜗轮齿形系数，按当量齿数,查表,6-9,；,蜗杆导程角系数，,蜗轮的许用弯曲应力（,MPa,),见,表,6,8,。,设计式：,（,6-14,）,一、蜗杆传动的,效率,式中,：,Z,1,其中：,g,蜗杆的导程角；,当量摩擦角，见,表,6-11,。,6-5,蜗杆传动的效率、润滑和温升计算,啮合效率轴承的效率；,考虑搅油损耗的效率；,蜗杆传动的润滑,二、蜗杆传动的润滑,目的：,减摩、散热。,一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法，,见,表,6-13,。,蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；,蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的,1/3,。,给油方法,油池润滑,喷油润滑,三、蜗杆传动的温升,由于,低，运转中产生热量多，导致温度升高（粘度降低），破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。,为控制温升，需进行,热平衡计算,。,即：,a,传动的中心距,有散热装置时：,要求：,t,0,环境温度,(),通常取,t,1,20,摩擦产生的热量,散发的热量,热平衡：,在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。,一般,23h,后,指数；散热好,1.85,，散热差,1.8,A,箱体的散热面积,(m,2,),，可按下式近似计算，,式中：,P,1,传动的输入功率（,kW),；,Ki,散热系数，一般取,Ki,(12 18)W/(m,2,),；,t,1,润滑油的工作温度,(),;,热平衡计算,2,蜗杆传动的散热措施：,自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：,1,、在箱体外表面,加散热片,以增大散热面积。,2,、在蜗杆轴端加,装风扇,以加速空气流通,（,图,6-12,）,。,3,、在油池内安装,冷却水管,。,（图,6-13,）,4,、采用,压力喷油,循环润滑（安装散热器）。,热平衡计算,3,传动箱内装循环冷却水管路,传动箱外装循环冷却器,