《机械设计》课件：4蜗杆（平台课教材）.ppt

1、蜗杆传动的特点：蜗杆传动的特点：结构紧凑结构紧凑;工作平稳、噪声小工作平稳、噪声小;传动比大传动比大但效率低；制造成本较高但效率低；制造成本较高用于空间交错轴间的传动，用于空间交错轴间的传动，通常通常=90重点重点蜗杆传动的几何参数蜗杆传动的几何参数材料选择材料选择失效形式与设计准则失效形式与设计准则受力分析受力分析效率及影响因素效率及影响因素按蜗杆形状分按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动4-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动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阿基米德蜗杆传动阿基米德蜗

2、杆传动渐开线蜗杆传动渐开线蜗杆传动法向直齿廓蜗杆传动法向直齿廓蜗杆传动4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数一、主要参数 模数模数 m 和压力角和压力角中间平面中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面蜗轮加工蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆正确啮合条件：正确啮合条件：在中间平面内在中间平面内ma1 = mt2 = ma1 = t2 = = 20蜗杆轴面蜗杆轴面模数模数蜗轮端面蜗轮端面模数模数标准模数标准模数蜗杆轴面蜗杆轴面压力角压力角蜗轮端面蜗轮端面压力

3、角压力角 蜗杆导程角蜗杆导程角与蜗轮螺旋角与蜗轮螺旋角之关系之关系=90 时：时： = 且旋向相同且旋向相同 蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1及直径系数及直径系数 q1dptgz11111zz pz mdd1z mmqqz1 限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化 蜗杆直径系数：蜗杆直径系数：q = d1 / m d1 = m q d1 标准系列值标准系列值 齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度 vssincos21vvvs由此可见，由此可见，vs v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大，所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。效率低。z1 = 1 4 蜗杆头数蜗杆头数 z1、蜗轮

4、齿数、蜗轮齿数 z2 及传动比及传动比 ii = n1/n2 = z2/z1 = d2 / d1 ? d2 / d1 但但 z1 少，效率低少，效率低重载时取重载时取 z1 1 要求自锁要求自锁 z1 = 1 z1 过多过多,制造困难制造困难z2 = i z1=28 80常取常取 z2 = 32 63二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2其他尺寸计算见表其他尺寸计算见表4-3传动比传动比 i 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i = d2 / d1 i d2 / d1 m、 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 1=

5、- 2 =, 旋向相同旋向相同 d1 d1= mnz1/cosd1=mq,且为标准值且为标准值 材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度碳碳 钢钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火4-3 蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗蜗 杆杆合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速适合高速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载减摩性好减摩性好蜗杆结构蜗杆结构蜗轮结构蜗轮结构4-4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算一、

6、失效形式和设计准则一、失效形式和设计准则齿面点蚀齿面点蚀 蜗轮材料为铸锡青铜时，蜗轮材料为铸锡青铜时，此种材料强度稍低此种材料强度稍低齿面胶合齿面胶合 蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时齿面磨损齿面磨损 开式传动或润滑油不清洁开式传动或润滑油不清洁轮齿折断轮齿折断 蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度设计准则：设计准则： 闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，z2 80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度或强烈冲击载荷时校核弯曲强度各力关系：各

7、力关系：21atFF21taFF各力方向：各力方向：二、受力分析二、受力分析Ft、Fr 同斜齿轮同斜齿轮Fa用主动轮左右用主动轮左右手定则判断，一般手定则判断，一般蜗杆主动。蜗杆主动。21rrFF各力大小：各力大小：1121/2dTFFattgFFFtrr22112222/atFFTdcoscos/2ntnFFFa1Ft2Ft1Fa2n1Fr2Fr1n2n1各力应画在各力应画在受力点上受力点上12计算载荷：计算载荷：12TT1122/9550/9550nPnP2111nPnP21nniT2 = i T1K T2 = i K T1 K = 11.4载荷平稳、载荷平稳、vs3m/s时，时，取小值取

8、小值三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点：特点：因此，因此， 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导蜗轮齿面接触强度条件蜗轮齿面接触强度条件 设计式设计式 说明：说明： 922122 HPEHzdmKTZ322E212mm )zZ(9HPKTdm四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算FPFaFYYzdmKT212264. 14-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、效率一、效率)(1vtgtg230.950.96)()96

9、.095.0(vtgtg设计之初，设计之初， 未知，可按未知，可按 z1 初选：初选： z1 = 1 时，时， = 0.70.75 z2 = 2 时，时， = 0.750.82 z2 = 4 时，时， = 0.870.92 自锁时，自锁时， 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 三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算对象对象 t油温油温时间时间t 热平衡时的油温热平衡时的油温目的目的 热平衡时，单位时间内：热平衡时，单位时间内：发热量发热量 = 散热量散热量H1 = P1 - P2 = 1000P1（1 - ） W单位时间内的发热量

10、：单位时间内的发热量：单位时间内的散热量：单位时间内的散热量：H2 = t A（t - t 0 ）= t A t W t 散热系数散热系数 自然方式冷却时自然方式冷却时 t = 1017 A 箱体散热面积箱体散热面积 箱体暴露在空气中的部分箱体暴露在空气中的部分 近似近似计算计算 280.15285.15109109maAmaA蜗杆传动蜗杆传动中心距中心距 t 0 环境温度环境温度 常取常取 t 0 = 20 t 温温 升升 箱体无良好散热片箱体无良好散热片箱体有良好散热片箱体有良好散热片热平衡时：热平衡时：1000P1（1 - ）= t A t APtt)1(10001则热平衡计算式：则热平

11、衡计算式：7060t 若若t t ，则采取措施提高散热能力：则采取措施提高散热能力： 自然通风时自然通风时竖直布置竖直布置l蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件l蜗杆的分度圆直径等于模数乘以头数吗？引入蜗杆的分度圆直径等于模数乘以头数吗？引入直径系数的目的是什么？直径系数的目的是什么？l要保证正确啮合，蜗杆的导程角和蜗轮的螺旋要保证正确啮合，蜗杆的导程角和蜗轮的螺旋角应满足什么关系？角应满足什么关系？l影响蜗杆传动效率的主要参数是什么？影响蜗杆传动效率的主要参数是什么？l蜗杆传动效率较低、发热量大的根本原因是什蜗杆传动效率较低、发热量大的根本原因是什么？蜗杆传动的主要失效形式是什么？为了减么？蜗杆传动的主要失效形式是什么？为了减摩抗胶合，在蜗杆和蜗轮的材料选择上应注意摩抗胶合，在蜗杆和蜗轮的材料选择上应注意什么？什么？l蜗杆传动的受力分析。蜗杆传动的受力分析。l4-2l4-6 闭式蜗杆传动，热平衡计算闭式蜗杆传动，热平衡计算