機械設(shè)計ppt課件第9章 蝸桿傳動

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1、第 九 章 蝸 桿 傳 動 9-1 蝸 桿 傳 動 的 特 點 和 類 型 9-2 蝸 桿 傳 動 的 主 要 參 數(shù) 與 幾 何 尺 寸 計 算 9-3 普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算 9-4 普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤 滑 與 熱 平 衡 9-5 圓 柱 蝸 桿 和 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 蝸 桿 傳 動 概 述蝸 桿 傳 動 是 一 種 在 空 間 交 錯 軸 間 傳 遞 運 動 的 機 構(gòu) 。蝸 桿 傳 動 概 述蝸 桿 傳 動 的 主 要 特 點 有 ：1 傳 動 比 大 ， 一 般 為 i=580， 大 的 可 達 300以 上 ；2 重 合

2、 度 大 ， 傳 動 平 穩(wěn) ， 噪 聲 低 ；3 摩 擦 磨 損 問 題 突 出 ， 磨 損 是 主 要 的 失 效 形 式 ；4 傳 動 效 率 低 ， 具 有 自 鎖 性 時 ， 效 率 通 常 低 于 50%。 由 于 上 述 特 點 ， 蝸 桿 傳 動 主 要 用 于 運 動 傳 遞 ， 而 在 動 力 傳 輸 中 的 應(yīng) 用 受 到 限制 。 隨 著 加 工 工 藝 技 術(shù) 的 發(fā) 展 和 新 型 蝸 桿 傳 動 技 術(shù) 的 不 斷 出 現(xiàn) ， 蝸 桿 傳 動 的 優(yōu) 點得 到 進 一 步 的 發(fā) 揚 ， 而 其 缺 點 得 到 較 好 地 克 服 。 因 此 蝸 桿 傳 動 已

3、普 遍 應(yīng) 用 于 各 類運 動 與 動 力 傳 動 裝 置 中 。（ 虛 擬 現(xiàn) 實 中 的 蝸 桿 傳 動 ） 其 齒 面 一 般 是 在 車 床 上 用 直 線 刀 刃 的車 刀 切 制 而 成 ， 車 刀 安 裝 位 置 不 同 ，加 工 出 的 蝸 桿 齒 面 的 齒 廓 形 狀 不 同 。阿 基 米 德 蝸 桿 漸 開 線 蝸 桿法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡(luò) 圓 柱 蝸 桿蝸 桿 傳 動 的 類 型蝸 桿 傳 動 的 類 型圓 柱 蝸 桿 傳 動環(huán) 面 蝸 桿 傳 動錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱 蝸 桿 傳 動圓 弧 圓 柱 蝸 桿 傳 動 其 蝸 桿 的 螺 旋

4、面 是 用 刃 邊 為 凸 圓 弧 形的 車 刀 切 制 而 成 的 。其 蝸 桿 體 在 軸 向 的 外 形 是 以 凹 弧 面 為 母 線 所 形 成 的 旋 轉(zhuǎn) 曲 面 ，這 種 蝸 桿 同 時 嚙 合 齒 數(shù) 多 ， 傳 動 平 穩(wěn) ； 齒 面 利 于 潤 滑 油 膜 形 成 ，傳 動 效 率 較 高 ；同 時 嚙 合 齒 數(shù) 多 ， 重 合 度 大 ； 傳 動 比 范 圍 大 (10360)； 承 載 能 力 和 效 率 較 高 ； 可 節(jié) 約 有 色 金 屬 。 普 通 蝸 桿 傳 動 的 參 數(shù) 與尺 寸 1普 通 蝸 桿 傳 動 的 參 數(shù) 與 尺 寸一 、 模 數(shù) m和 壓

5、力 角 a 蝸 桿 與 蝸 輪 嚙 合 時 ， 蝸 桿 的 軸 面 模 數(shù) 、 壓 力 角 應(yīng) 與 蝸 輪 的 端 面 模 數(shù) 、壓 力 角 相 等 ， 即 ma1= mt2 = m aa1= at2二 、 蝸 桿 的 分 度 圓 直 徑 d1 由 于 蝸 輪 是 用 與 蝸 桿 尺 寸 相 同 的 蝸 輪 滾 刀 配 對 加 工 而 成 的 ， 為 了 限 制滾 刀 的 數(shù) 目 ， 國 家 標 準 對 每 一 標 準 模 數(shù) 規(guī) 定 了 一 定 數(shù) 目 的 標 準 蝸 桿 分 度 圓直 徑 d 1。 直 徑 d1與 模 數(shù) m的 比 值 (q= d1 m)稱 為 蝸 桿 的 直 徑 系 數(shù)

6、。三 、 蝸 桿 的 頭 數(shù) z1 較 少 的 蝸 桿 頭 數(shù) （ 如 ： 單 頭 蝸 桿 ） 可 以 實 現(xiàn) 較 大 的 傳 動 比 ， 但 傳 動 效率 較 低 ； 蝸 桿 頭 數(shù) 越 多 ， 傳 動 效 率 越 高 ， 但 蝸 桿 頭 數(shù) 過 多 時 不 易 加 工 。 通常 蝸 桿 頭 數(shù) 取 為 1、 2、 4、 6。 (蝸 桿 頭 數(shù) 與 傳 動 效 率 關(guān) 系 )詳 細 內(nèi) 容 普 通 蝸 桿 傳 動 的 參 數(shù) 與 尺 寸 2普 通 蝸 桿 傳 動 的 參 數(shù) 與 尺 寸四 、 導(dǎo) 程 角 g 1111tan dmzdmz g在 m和 d1為 標 準 值 時 ， z1g五 、

7、傳 動 比 i六 、 蝸 輪 齒 數(shù) z 2 1221 zznni 蝸 輪 齒 數(shù) 主 要 取 決 于 傳 動 比 ， 即 z2= i z1 。 z2不 宜 太 小 （ 如 z2 26)， 否 則 將使 傳 動 平 穩(wěn) 性 變 差 。 z2也 不 宜 太 大 ， 否 則 在 模 數(shù) 一 定 時 ， 蝸 輪 直 徑 將 增 大 ， 從 而使 相 嚙 合 的 蝸 桿 支 承 間 距 加 大 ， 降 低 蝸 桿 的 彎 曲 剛 度 。 （ Z1與 Z2的 薦 用 值 表 ）七 、 中 心 距 mzqdda )(21)(21 221 正 確 嚙 合 時 ， 蝸 輪 蝸 桿 螺 旋 線 方 向相 同 ，

8、 且 g1 b2 12dd d1 (分 度 圓 周 長 )g mz1m 普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算 1普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算一 、 蝸 桿 傳 動 的 失 效 形 式蝸 桿 傳 動 的 主 要 問 題 是 摩 擦 磨 損 嚴 重 ， 這 是 設(shè) 計 中 要 解 決 的 主 要 問 題 。蝸 輪 磨 損 、 系 統(tǒng) 過 熱 、 蝸 桿 剛 度 不 足 是 主 要 的 失 效 形 式 。二 、 蝸 桿 傳 動 的 常 用 材 料三 、 蝸 桿 傳 動 的 設(shè) 計 準 則 蝸 桿 的 剛 度 計 算 防 止 蝸 桿 剛 度 不 足 引 起 的 失

9、效 。蝸 輪 的 齒 根 彎 曲 疲 勞 強 度 計 算蝸 輪 的 齒 面 接 觸 疲 勞 強 度 計 算 防 止 齒 面 過 度 磨 損 引 起 的 失 效 。傳 動 系 統(tǒng) 的 熱 平 衡 計 算 防 止 過 熱 引 起 的 失 效 。 為 了 減 摩 ， 通 常 蝸 桿 用 鋼 材 ， 蝸 輪 用 有 色 金 屬 （ 銅 合 金 、 鋁 合 金 ） 。 高 速 重 載 的 蝸 桿 常 用 15Cr、 20Cr滲 碳 淬 火 ， 或 45鋼 、 40Cr淬 火 。 低 速 中 輕 載 的 蝸 桿 可 用 45鋼 調(diào) 質(zhì) 。 蝸 輪 常 用 材 料 有 ： 鑄 造 錫 青 銅 、 鑄 造 鋁

10、 青 銅 、 灰 鑄 鐵 等 。 普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算 2普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算四 、 蝸 桿 傳 動 的 受 力 分 析 蝸 桿 傳 動 的 受 力 分 析 與 斜 齒 圓 柱 齒 輪 的 受 力 分 析 相 同 ， 輪 齒 在 受 到 法 向 載 荷 Fn的 情 況 下 ， 可 分 解 出 徑 向 載 荷 Fr、 周 向 載 荷 Ft、 軸 向 載 荷 Fa。 蝸 桿 傳 動 受 力 方 向 判 斷五 、 蝸 桿 傳 動 強 度 計 算 11a2t1 2dTFF 22t2a1 2dTFF atant2r2r1 FFF ga cosc

11、os2 n2 2n d TF 在 不 計 摩 擦 力 時 ， 有 以 下 關(guān) 系 ： 普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 潤 滑 與 熱平 衡 1普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤 滑 與 熱 平 衡一 、 蝸 桿 傳 動 的 效 率h1計 及 嚙 合 摩 擦 損 耗 的 效 率 ； 321 hhhh h2計 及 軸 承 摩 擦 損 耗 的 效 率 ；h3計 及 濺 油 損 耗 的 效 率 ；h1是 對 總 效 率 影 響 最 大 的 因 素 ， 可 由 下 式 確 定 ：)tan(tan 1 vg gh 11tan dmzg因 為 所 以 Z1效 率 與 蝸 桿 頭 數(shù) 的 大 致

12、關(guān) 系 為 ：蝸 桿 頭 數(shù) 總 效 率 0.70 0.80 0.90 式 中 ： g 蝸 桿 的 導(dǎo) 程 角 ； v 當(dāng) 量 摩 擦 角 。 普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 潤 滑 與 熱 平 衡 2普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤 滑 與 熱 平 衡二 、 蝸 桿 傳 動 的 潤 滑潤 滑 的 主 要 目 的 在 于 減 摩 與 散 熱 。 具 體 潤 滑 方 法 與 齒 輪 傳 動 的 潤 滑 相 近 。 潤 滑 油 潤 滑 油 粘 度 及 給 油 方 式 潤 滑 油 量潤 滑 油 的 種 類 很 多 ， 需 根 據(jù) 蝸 桿 、 蝸 輪 配 對 材 料 和 運 轉(zhuǎn) 條 件

13、選 用 。 潤 滑 油 一 般 根 據(jù) 相 對 滑 動 速 度 及 載 荷 類 型 進 行 選 擇 。 給 油 方 法 包 括 ： 油 池 潤滑 、 噴 油 潤 滑 等 ， 若 采 用 噴 油 潤 滑 ， 噴 油 嘴 要 對 準 蝸 桿 嚙 入 端 ， 而 且 要 控制 一 定 的 油 壓 。 詳 細 介 紹潤 滑 油 量 的 選 擇 既 要 考 慮 充 分 的 潤 滑 ， 又 不 致 產(chǎn) 生 過 大 的 攪 油 損 耗 。對 于 下 置 蝸 桿 或 側(cè) 置 蝸 桿 傳 動 ， 浸 油 深 度 應(yīng) 為 蝸 桿 的 一 個 齒 高 ；當(dāng) 蝸 桿 上 置 時 ， 浸 油 深 度 約 為 蝸 輪 外

14、 徑 的 1/3。 普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 潤 滑 與 熱 平 衡 3普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤 滑 與 熱 平 衡三 、 蝸 桿 傳 動 的 熱 平 衡 由 于 傳 動 效 率 較 低 ， 對 于 長 期 運 轉(zhuǎn) 的 蝸 桿 傳 動 ， 會 產(chǎn) 生 較 大 的 熱 量 。如 果 產(chǎn) 生 的 熱 量 不 能 及 時 散 去 ， 則 系 統(tǒng) 的 熱 平 衡 溫 度 將 過 高 ， 就 會 破 壞 潤滑 狀 態(tài) ， 從 而 導(dǎo) 致 系 統(tǒng) 進 一 步 惡 化 。系 統(tǒng) 因 摩 擦 功 耗 產(chǎn) 生 的 熱 量 為 ： )1(10001 h P自 然 冷 卻 從 箱 壁 散

15、 去 的 熱 量 為 ： )(2 aod ttS a在 熱 平 衡 條 件 下 可 得 ： SPtt dao a h)1(1000 )( )1(1000 aod ttPS a h 可 用 于 系 統(tǒng) 熱 平 衡 驗 算 ， 一 般 to7080 可 用 于 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計ad 箱 體 表 面 的 散 熱 系 數(shù) ， 可 取 ad (8.1517.45)W/(m2 )；S 箱 體 的 可 散 熱 面 積 (m2)；t0 潤 滑 油 的 工 作 溫 度 ( )； ta 環(huán) 境 溫 度 ( )。 普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 潤 滑 與 熱 平 衡 4普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤

16、 滑 與 熱 平 衡四 、 蝸 桿 傳 動 的 散 熱 措 施當(dāng) 自 然 冷 卻 的 熱 平 衡 溫 度 過 高 時 ， 可 采 用 以 下 措 施 ：1. 加 散 熱 片 以 增 大 散 熱 面 積 或 在 蝸 桿 軸 端 加 裝 風(fēng) 扇 以 加 速 空 氣 流 通 。散 熱 片濺 油 輪風(fēng) 扇過 濾 網(wǎng)集 氣 罩空 氣 流空 氣 流 普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 潤 滑與 熱 平 衡 5普 通 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤 滑 與 熱 平 衡2. 加 冷 卻 管 路 或 散 熱 器 冷 卻 。通 水 油 泵 過 濾 器冷 卻 器 傳 動 箱 內(nèi) 裝 循 環(huán) 冷 卻 管 路 傳

17、動 箱 外 裝 循 環(huán) 冷 卻 器 圓 柱 蝸 桿 和 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 1圓 柱 蝸 桿 和 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計一 、 蝸 桿 的 結(jié) 構(gòu) 蝸 桿 螺 旋 部 分 的 直 徑 不 大 ， 所 以 常 和 軸 做 成 一 個 整 體 。 當(dāng) 蝸 桿 螺 旋部 分 的 直 徑 較 大 時 ， 可 以 將 軸 與 蝸 桿 分 開 制 作 。 無 退 刀 槽 ， 加 工 螺 旋 部 分 時 只 能 用 銑 制 的 辦 法 。 有 退 刀 槽 ， 螺 旋 部 分 可 用 車 制 ， 也 可 用 銑 制 加 工 ， 但 該 結(jié) 構(gòu) 的 剛 度 較 前 一 種 差 。 圓 柱 蝸 桿 和 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 2圓 柱 蝸 桿 和 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計二 、 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 為 了 減 摩 的 需 要 ， 蝸 輪 通 常 要 用 青 銅 制 作 。 為 了 節(jié) 省 銅 材 ， 當(dāng) 蝸 輪 直 徑 較 大 時 ，采 用 組 合 式 蝸 輪 結(jié) 構(gòu) ， 齒 圈 用 青 銅 ， 輪 芯 用 鑄 鐵 或 碳 素 鋼 。 常 用 蝸 輪 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 如下 ： 整 體 式 蝸 輪 配 合 式 蝸 輪 拼 鑄 式 蝸 輪 螺 栓 聯(lián) 接 式 蝸 輪