(14)--第7章 蜗杆传动机械设计.pdf
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1、蜗杆传动蜗杆传动主要内容蜗杆传动主要内容蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型1圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸2蜗杆传动的失效形式和材料选择蜗杆传动的失效形式和材料选择3圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算4圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计6蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的作用和形成蜗杆传动的作用和形成1作用:作用:用于用于传递空间交错轴之间的运动和动力。传递空间交错轴之间的运动和动力。一般一般蜗杆主动、蜗轮从动。蜗杆主动、蜗轮从动。90蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动蜗杆传
2、动的作用和形成的作用和形成1形成:形成:若单个斜齿轮的齿数很少若单个斜齿轮的齿数很少(如(如z1=1)而且)而且1很大很大时,轮齿在圆柱体上构成多圈完整的时,轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋螺旋。1 1 1 1蜗杆蜗杆所得齿轮称为所得齿轮称为:蜗杆蜗杆。蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动蜗杆传动的作用和形成的作用和形成11 1 1 12 2 2蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆而啮合件称为而啮合件称为:蜗轮蜗轮。蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动蜗杆传动的特点的特点2优点:优点:传动比大、传动比大、结构紧凑、结构紧凑、传动平稳、噪声小。传动平稳、噪声小。可实现自锁可实现自锁缺点:缺点:磨损大,传动效率低,磨损大,传动效率低
3、,成本高。成本高。蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动蜗杆传动的类型的类型3环面蜗杆环面蜗杆按形状分有:按形状分有:圆柱蜗杆圆柱蜗杆锥蜗杆锥蜗杆普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆(ZC)环面蜗杆环面蜗杆圆柱蜗杆圆柱蜗杆锥蜗杆锥蜗杆蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动蜗杆传动的类型的类型3普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)渐开线蜗杆渐开线蜗杆 (ZI)法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(ZK)渐开线蜗杆渐开线蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德螺线阿基米德螺线渐开线渐开线基圆基圆2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸蜗杆传动蜗杆传动的的正确啮合条件正
4、确啮合条件1中间平面正确啮合条正确啮合条件件是中间平是中间平面面内内参数分参数分别别相等:相等:mt2=ma1=m,t2=a1=在中间平面内,在中间平面内,蜗杆蜗杆蜗轮相当于蜗轮相当于齿条齿条齿轮齿轮啮合。啮合。2=2 取标准值圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择21模数模数m和压力角和压力角压力角压力角:=20模数模数m取标准值,与齿轮模数系列不同。取标准值,与齿轮模数系列不同。分度传动,推荐用分度传动,推荐用:=15动力传动,推荐:动力传动,推荐:=25圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动传动的主要的主
5、要参数及其选择参数及其选择22蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径为了限制加工蜗轮滚刀的数量及便于标准化为了限制加工蜗轮滚刀的数量及便于标准化 ,规定规定d1 1取标准值,并与模数相配。取标准值,并与模数相配。s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。q 为蜗杆为蜗杆:定义:定义:q=d1/m 直径系数直径系数 附表附表 蜗杆分度圆蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列直径与其模数的匹配标准系列 mmm11.251.62d1182022.42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5(45)56(31.5)m456.3
6、d140(50)111(40)50(63)90(50)63m6.3810d1(80)112(63)80(100)140(111)90摘自摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用括号中的数字尽可能不采用圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择传动的主要参数及其选择23蜗杆头数蜗杆头数z1蜗杆头数蜗杆头数z1:即螺旋线的数目。即螺旋线的数目。d通常:通常:z1=1、2、4、6圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择传动的主要参数及其选择24蜗轮齿数蜗轮齿数z2 p245 p245 表表11-111-1为避免根切为
7、避免根切:z2 17 一般情况:一般情况:28 z2 80 z2=i z1z2过大过大 蜗杆长度蜗杆长度 刚度、啮合精度刚度、啮合精度 结构尺寸结构尺寸z2过小过小 传动平稳性传动平稳性圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择传动的主要参数及其选择24蜗轮齿数蜗轮齿数z2 p245 p245 表表11-111-1表表11-1 蜗杆头数蜗杆头数z1与蜗轮齿数与蜗轮齿数z2的推荐值的推荐值 传动比传动比i 5 715 1430 2982蜗杆头数蜗杆头数z1 6 4 2 1蜗轮齿数蜗轮齿数z2 2931 2961 2961 2982圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺
8、寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择传动的主要参数及其选择25传动比传动比 i 和齿数比和齿数比uz1z2 =-=-=un2n1i=-蜗杆主动时蜗杆主动时:圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择传动的主要参数及其选择26蜗杆的导程角蜗杆的导程角将分度圆柱展开得:将分度圆柱展开得:=z1 pa/d1=mz1/d1 tan1=pz/d1 d1pzpa1d111=z1/q圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择传动的主要参数及其选择27蜗杆传动的标准中心距蜗杆传动的标准中心距a=r1+r2=m(z2+q)/2P
9、245 表表11-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算2由蜗杆传动的功用,以及给定的传动比由蜗杆传动的功用,以及给定的传动比 i,z1 z2 计算求得计算求得 m、d1 计算几何尺寸计算几何尺寸详见详见p246表表11-3、p248表表11-4普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算蜗杆传动的失效形式及设计准则蜗杆传动的失效形式及设计准则1失效形式有点蚀、轮齿折断、失效形式有点蚀、轮齿折断、齿面胶合、齿面胶合、过度磨损等过度磨损等。其其主要失效形式是主要失效形式是胶合胶合、点蚀点蚀和和磨损磨损。1蜗杆传动蜗杆传动的失效形式的失效形式普通圆柱蜗杆传动承载能
10、力的计算蜗杆传动的失效形式及设计准则蜗杆传动的失效形式及设计准则12蜗杆传动蜗杆传动的设计准则的设计准则开式传动开式传动:失效形式多为失效形式多为齿面磨损齿面磨损和和轮齿折断轮齿折断,其设,其设 计准则为齿根弯曲疲劳强度。计准则为齿根弯曲疲劳强度。闭式传动闭式传动:失效形式多为失效形式多为齿面胶合齿面胶合和和点蚀点蚀,按齿面接,按齿面接 触疲劳强度进行设计,按齿根弯曲疲劳强触疲劳强度进行设计,按齿根弯曲疲劳强 度进行校核。度进行校核。还应做还应做热平衡核算热平衡核算。普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算常用材料常用材料2蜗杆采用碳素钢或合金钢:表面光洁、硬度高。蜗杆采用碳素钢或合金钢:表面光洁、硬度
11、高。由蜗杆传动的失效形式可知由蜗杆传动的失效形式可知,要求材料不仅要具要求材料不仅要具有足够的强度有足够的强度,还要具有良好的磨合和耐磨性能。还要具有良好的磨合和耐磨性能。材料牌号选择:材料牌号选择:高速重载蜗杆:高速重载蜗杆:20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火渗碳淬火5863HRC)或或 40Cr、40、45(表面淬火表面淬火4555HRC)一般蜗杆:一般蜗杆:40、45 钢调质处理钢调质处理(硬度为硬度为220250HBS)1普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算常用材料常用材料22锡青铜锡青铜(ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5)vs 3 m/s时时铝铁青铜铝铁青铜(ZCuAl10F
12、e3)vs 4 m/s时时2)灰铸铁)灰铸铁(HT150,HT200)vs 2 m/s时时。蜗轮蜗轮材料:减摩、耐磨性、抗胶合。材料:减摩、耐磨性、抗胶合。1)铸造青铜)铸造青铜普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算蜗杆传动蜗杆传动的受力分析的受力分析3Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解为三个分力:法向力可分解为三个分力:圆周力圆周力:Ft轴向力轴向力:Fa径向力径向力:Fr1普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算蜗杆传动蜗杆传动的受力分析的受力分析3Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa121且有如下关系且有如下关系:Fa2=-Ft1 Fr2=-Fr1 Ft2=-Fa1=2T1/d1=2T2/d
13、2=Ft2 tan式中:式中:T1、T2分别为作用分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2=T1 i 普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算蜗杆传动强度计算蜗杆传动强度计算4蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似,仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。0LFZncEH由赫兹公式得由赫兹公式得:蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算1Fnc:计算载荷,N;Fnc=KFn(Fn:啮合齿面上的法向载荷)K:载荷系数,K=KAKKvcoscos2n22dTFn见见p250普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算蜗杆传动强度计算蜗杆传动强度计算4蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮
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