蝸桿傳動-機械設計第八版(高等教育出版社)演示課件

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蝸桿傳動,9-1 概 述,9-2 蝸桿傳動的主要參數(shù)與幾何尺寸,9-3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構,9-5 蝸桿傳動的承載能力計算,9-6 圓弧圓柱蝸桿傳動簡介,9-4 蝸桿傳動的受力分析、效率和潤滑,.,9-1概述,蝸桿傳動用于傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。交錯角一般為90。,9-1 概 述,1）傳動比大，一般 i =1080，最大可達1000；,2）重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；,4）齒面的相對滑動速度大，效率低；,主要用于中小功率，間斷工作的場合。廣泛用于機床、冶金、礦山及起重設備中。,（虛擬現(xiàn)實中的蝸桿傳動）,一、蝸桿傳動的特點：,3）結(jié)構緊湊，可實現(xiàn)反行程自鎖；,二、蝸桿傳動的類型,.,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，加工出的蝸桿的齒廓形狀不同。,蝸桿傳動的類型,蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時嚙合的齒數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；,重合度大；承載能力和效率較高。,（圖91a）,（圖91b）,（圖91c）,本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設計。,三、蝸桿傳動的精度等級,分為12個精度等級，常用59級，精度等級的選擇參見表91。,蝸桿傳動概述,.,普通圓柱蝸桿傳動的三種類型,蝸桿傳動的類型2,.,9-2蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸1,9-2 蝸桿傳動的主要參數(shù)與幾何尺寸,1. 模數(shù) m 和齒形角 a,在主平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪的模數(shù)相等且為標準值。,2. 蝸桿分度圓直徑 d1 和直徑系數(shù) q,蝸桿分度圓直徑 d1 為標準值，見表92。,詳細內(nèi)容,主平面：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。,ZA蝸桿傳動在主平面內(nèi)，相當于漸開線齒條與齒輪的嚙合。,蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在主平面內(nèi)確定。,即 mx1= mt2 = m,即：q = d1m,d1與模數(shù) m 的比值稱為蝸桿直徑系數(shù) q。,d1 = q m,一、蝸桿傳動的主要參數(shù),（見表92）,.,（Z1與Z2的薦用值表）,(蝸桿頭數(shù)與傳動效率關系),蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸2,4. 蝸桿的頭數(shù) z1、蝸輪齒數(shù) z2,3. 蝸桿分度圓柱導程角g,z1g效率 ，但加工困難。,正確嚙合條件：,mx1= mt2,12 （蝸輪、蝸桿旋向相同）,x1= t2,z1 傳動比 i，但傳動效率 。,常取，z11，2，4，6。 可根據(jù)傳動比選取，見表93。,z2= i z1 。 如 z2 太小，將使傳動平穩(wěn)性變差。如 z2 太大，蝸輪直徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。,一般 z23280,主要參數(shù)與幾何尺寸,d1,.,蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸3,5. 傳動比 i,6. 中心距,中心距的常用值見P199。,二、蝸桿傳動的變位,變位：即加工蝸輪時，改變刀具的位置。而蝸桿相當于刀具。,故，只是蝸輪變位，而蝸桿不變位。即蝸輪尺寸變化，蝸桿尺寸不變。,但是，變位以后，蝸桿的節(jié)圓改變，而蝸輪的節(jié)圓永遠與分度圓重合。,主要參數(shù)與幾何尺寸,( d1= q m z1m)( d2= z2 m ),(圖93),.,變位的目的：調(diào)整中心距和傳動比,調(diào)整中心距所需變位系數(shù)：,常取 0.5x0.5,三、蝸桿傳動的幾何尺寸,見表94和圖94。,主要參數(shù)與幾何尺寸,蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸4,.,適用于齒面滑動速度 較高的傳動。,9-3 失效形式、材料和結(jié)構,9-3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構,一、失效形式和設計準則,1. 主要失效形式： 蝸輪齒面的點蝕、膠合、過度磨損和疲勞斷齒等。,二、蝸桿傳動的常用材料,蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼，見表95。,按蝸輪的齒面接觸疲勞強度進行計算；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強度，并進行熱平衡計算。,2. 設計準則,閉式傳動：, 8 m/s 的場合。（抗膠合能力差）, 2 m/s 的場合。,（抗膠合能力強，抗點蝕能力差）,.,失效形式、材料和結(jié)構2,三、蝸桿和蝸輪的結(jié)構,由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個整體（蝸桿軸），圖95。,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，但剛度較前一種差。,虛擬現(xiàn)實中的蝸桿,當蝸桿的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。,蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構,2. 蝸輪的結(jié)構,1. 蝸桿的結(jié)構,用于鑄鐵蝸輪和小尺寸的青銅蝸輪。,用于大尺寸的青銅蝸輪。,.,失效形式、材料和結(jié)構3,為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當蝸輪直徑較大時，采用組合式蝸輪結(jié)構，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構形式如下：,蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構,.,9-4受力分析、效率和潤滑,一、蝸桿傳動的受力分析,輪齒所受的法向力Fn，可分解為：切向力Ft 、徑向力Fr 、軸向力Fx。,蝸桿傳動受力方向判斷,在不計摩擦力時，有以下關系：,式中： n蝸輪的法向壓力角，,T2蝸輪的轉(zhuǎn)矩，,9-4 蝸桿傳動的受力分析、效率和潤滑,.,受力分析練習,蝸桿傳動強度計算,右旋,求蝸桿的旋向？,求蝸桿的轉(zhuǎn)向？,練 習,.,受力分析、效率和潤滑2,三、蝸桿傳動的效率,二、相對滑動速度：,蝸桿傳動的受力分析、效率和潤滑,.,四、蝸桿傳動的潤滑,目的：減摩、散熱。,潤滑油粘度及給油方式,潤滑油,一般根據(jù)相對滑動速度選擇潤滑油的粘度和給油方法，見表910。,詳細介紹,蝸桿下置時，浸油深度應為蝸桿的一個齒高；蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/61/3。,蝸桿傳動的受力分析、效率和潤滑,Z1,嚙合效率1與蝸桿頭數(shù) z1 的近似關系見表99。,式中：g 蝸桿的導程角；,當量摩擦角，見表98。,滑動速度，則 為什么？,受力分析、效率和潤滑3,.,9-5蝸桿傳動的承載能力計算1,一、蝸輪齒面的接觸疲勞強度計算,目的：防止“點蝕”和“膠合”失效。,強度條件：,以節(jié)點為計算點，計算齒面接觸應力 H 。,校核式：,式中：ZE彈性系數(shù)，見表86；,T2蝸輪的工作轉(zhuǎn)矩（N.mm)；,蝸輪的許用接觸應力（MPa)，見表911。,（917）,K載荷系數(shù)，,KA工作情況系數(shù)，見表97；,動載荷系數(shù)，見P205；,齒向載荷分布系數(shù)，見P205；,9-5 蝸桿傳動的承載能力計算,.,承載能力計算2,設計式：,（918）,注：1）,的值根據(jù) z1 查表912。,將 d1mq 和 d2mz2 代入校核式整理得,2）設計中，根據(jù)由上式計算的 值，查表92確定標準的m和q。,蝸桿傳動的承載能力計算,.,蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算,二、蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算,目的：防止“疲勞斷齒”。,強度條件：,校核式：,式中：YF齒形系數(shù)，按當量齒數(shù) 查表913。,螺旋角系數(shù)，,蝸輪的許用彎曲應力（MPa)，見表911 。,設計式：,（920）,（921）,注：設計中，根據(jù)由上式計算的 值，查表92確定標準的m和q。,蝸桿傳動的承載能力計算,（注： ）,.,靜強度計算和熱平衡,四、蝸桿傳動的熱平衡,由于 低，運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生熱量多，導致溫度升高，破壞潤滑狀態(tài)，從而 使摩擦增大，甚至發(fā)生膠合。,為控制溫升，需進行熱平衡計算。,熱平衡：在單位時間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。,蝸桿傳動的承載能力計算,三、蝸輪輪齒的靜強度計算,對于工作中有短時過載或尖峰載荷的蝸桿傳動，需計算其靜強度。,靜強度計算公式與疲勞強度的相應公式相同，只是許用應力有所不同。,靜強度計算的許用應力確定見P120。,.,熱平衡計算2,即,（a傳動的中心距）,有散熱片時：,油的溫升：,6070,蝸桿傳動的承載能力計算,.,熱平衡計算3,* 散熱措施,自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：,1） 在箱體外表面加散熱片以增大散熱面積。,2）在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通（圖99a）。,3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。 （圖99b）,4）采用壓力噴油循環(huán)潤滑（安裝散熱器） （圖99c） 。,蝸桿傳動的承載能力計算,.,熱平衡計算4,傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路,傳動箱外裝循環(huán)冷卻器,蝸桿傳動的承載能力計算,.,