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第 8 章 蜗杆传动 PowerPoint PPT Presentation


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8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸 8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料 8.3 蜗杆传动受力分析及强度计算 8.4 蜗杆传动的效率、润滑 和热平衡计算 8.5 蜗杆和蜗轮的结构 8.6 蜗杆传动的安装与维护. 第 8 章 蜗杆传动. 本章知识导读. 1. 主要内容 本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、强度计算以及热平衡计算。 2. 重点、难点提示 蜗杆传动的主要参数、受力分析及强度计算。 . 蜗杆传动. 8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸. 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮组成。

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第 8 章 蜗杆传动

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Presentation Transcript


8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸

8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料

8.3 蜗杆传动受力分析及强度计算

8.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

8.5 蜗杆和蜗轮的结构

8.6 蜗杆传动的安装与维护

第8章 蜗杆传动


本章知识导读

1.主要内容

本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、强度计算以及热平衡计算。

2.重点、难点提示

蜗杆传动的主要参数、受力分析及强度计算。


蜗杆传动


8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸

蜗杆传动由蜗杆、蜗轮组成。

用于传递空间两交错轴之间的运动和动力,通常两轴交错角为90°。一般用作减速传动,广泛应用于各种机械设备和仪表中。

蜗杆传动


8.1.1 蜗杆传动的类型和特点

蜗杆传动的类型

按蜗杆的形状不同,蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动(a)所示、圆弧面蜗杆传动(b)所示和锥面蜗杆传动(c)所示。


圆柱蜗杆按其齿廓曲线形状的不同,又可分为阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开线蜗杆(ZI型)、法面直廓蜗杆(ZN型)等几种。

阿基米德蜗杆,其端面齿廓为阿基米德螺旋线,轴向齿廓为直线。它一般在车床上用成型车刀切制。

按螺旋方向不同,蜗杆可分为左旋和右旋。

阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)


(1)传动比大,结构紧凑。单级蜗杆传动比i=5~80,若只传递运动(如分度机构),其传动比可达1000。

(2)传动平稳,噪声小。由于蜗杆齿呈连续的螺旋状,它与蜗轮齿的啮合是连续不断地进行的,同时啮合的齿数较多,故传动平稳,噪声小。

(3)可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时,蜗杆传动便具有自锁性。

蜗杆传动特点


(4)传动效率低。因蜗杆传动齿面间存在较大的相对滑动,摩擦损耗大,效率较低。一般为0.7~0.8,具有自锁性的蜗杆传动,效率小于0.5。

(5)蜗轮的造价较高。为减轻齿面的磨损及防止胶合,蜗轮一般要采用价格较贵的有色金属制造,因此造价较高。

蜗杆传动特点


8.1.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸

通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的剖面称为中间平面。

该平面为蜗杆的轴面或为蜗轮的端面。

在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。因此,该平面内的参数为标准值。


1.蜗杆传动的主要参数及其选择

蜗杆头数z1(齿数)即为蜗杆螺旋线的数目

z1少,效率低,但易得到大的传动比,z1多,效率提高,但加工精度难以保证。 一般取z1=1~4。

(1)蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i


蜗轮齿数z2

蜗轮齿数主要取决于传动比,即z2= i z1。

齿数越多,蜗轮的尺寸越大,蜗杆轴也相应增长而刚度减小,影响啮合精度。故蜗轮齿数不宜多于100。但为避免蜗轮根切,保证传动平稳,蜗轮齿数z2应不少于28。一般取z2=28~80。


传动比

当蜗杆转过一周时,蜗轮将转过z1个齿, 故传动比为i=n1 /n2。n1、n2分别为蜗杆、蜗轮的转速,单位r/min。

表8-1 蜗杆头数Z1与蜗轮齿数的推荐值


(2)模数m和压力角α

  蜗杆与蜗轮啮合时,蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、

压力角相等,即 ma1= mt2 = m

aa1= at2=20°


(3)蜗杆的导程角λ和涡轮的螺旋角

蜗杆的轮齿成螺旋线形状绕于分度圆柱上,将蜗杆分度圆柱展开,其螺旋线与端面的夹角λ称为蜗杆的导程角。


涡轮的螺旋角:左旋和右旋

正确啮合时,蜗轮蜗杆螺旋线方向相同,且=γ


根据啮合传动原理,轴交角为90°的蜗杆传动正确啮合条件为

β为蜗轮的螺旋角,其旋向与λ相同


(4)蜗杆分度圆直径d1和直径系数q 表8-2

在切制蜗轮轮齿时,所用滚刀的直径和齿形参数必须与该蜗轮相啮合的蜗杆一致。

为了限制滚刀的数目以及便于滚刀的标准化,对于每一种模数的蜗杆,国家标准制定了蜗杆分度圆直径d1的标准值,并把d1 与m的比值称为蜗杆直径系数q,即

q=d1/m

当模数m一定时,q值增大则蜗杆直径d1增大,蜗杆的刚度提高。因此,对于小模数蜗杆,规定了较大的q值,以保证蜗杆有足够的刚度。


2.蜗杆传动的几何尺寸计算


中心距

传动比 i


3、蜗杆传动方向的判断


8.2.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则

8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和

常用材料

蜗杆传动的设计准则是:对闭式蜗杆传动,一般按齿面接触疲劳强度设计,必要时进行齿根弯曲疲劳强度校核。此外,还应做热平衡核算,限制工作温度。

对开式蜗杆传动,通常以保证齿根弯曲疲劳强度作为主要设计准则。当蜗杆直径较小而跨距较大时,还应作蜗杆轴的刚度验算。


蜗杆常用材料

蜗杆一般用碳钢或合金钢制成。

高速重载蜗杆常用低碳合金钢,如15Cr、20Cr、20CrMnTi等,经渗碳淬火,表面硬度56~62HRC。

中速中载蜗杆可用优质碳素钢或合金结构钢,如45、40Cr等。经表面淬火,表面硬度40~55HRC。

低速或不重要的传动,蜗杆可用45钢经调质处理,表面硬度小于270HBS。

8.2.2 蜗杆传动的常用材料及选择


蜗轮常用材料

蜗轮常用材料为青铜和铸铁。锡青铜耐磨性能及抗胶合性能较好,但价格较贵,常用的有ZCuSn10Pb(铸锡磷青铜)、CuSn5Pb5Zn5(铸锡锌铅青铜)等,用于滑动速度较高的场合。

铝铁青铜的力学性能较好,但抗胶合性略差。常用的有ZCuAl9Fe4Ni4Mn2(铸铝铁镍青铜)等,用于滑动速度较低的场合。

灰铸铁只用于滑动速度vs≤2m./s的传动中。


8.3 蜗杆传动受力分析及强度计算

8.3.1 蜗杆传动的受力分析

由于蜗杆与蜗轮轴交错90°角,根据作用力与反作用力原理可得


蜗杆蜗轮受力方向的判别方法

一般先确定蜗杆(主动件)的受力方向。

其所受的圆周力Ft1的方向与转向相反,径向力Fr1的方向沿半径指向轴心,轴向力Fa1的方向取决于螺旋线的旋向和蜗杆的转向,按“主动轮左右手法则”来确定。

作用于蜗轮上的力可根据作用力与反作用力原理来确定。


8.3.2 蜗杆传动强度计算

蜗轮齿面接触疲劳强度计算可以参照斜齿轮

的计算方法进行。其校核公式为

K:载荷系数,K=1~1.3。

T2:蜗轮上的转矩,单位N·mm。

[σH]蜗轮材料的许用接触应力,单位MPa。


8.3.2 蜗杆传动强度计算

蜗轮齿面接触疲劳强度的设计公式为

当蜗轮材料为铝铁青铜或灰铸铁时,其主要的失效形式为胶合,此时进行的接触强度计算是条件性计算。


8.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

8.4.1 蜗杆传动的效率(表8-7)

蜗杆传动的总效率为

η1、η2、η3分别为蜗杆传动的啮合效率、轴承效率和搅油效率。

决定蜗杆传动总效率的是η1,一般取η2 η3 =0.95~96。

效率与蜗杆头数的大致关系为:

闭式传动Z1    1     2    4    

总 效 率η0.7 ~0.75 0.75~0.82 0.82~0.92


在闭式蜗杆传动中,润滑方式可分为浸油润滑和压力喷油润滑。

对于开式传动,则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。

8.4.2 蜗杆传动的润滑


单位时间内产生的发热量Q1为

8.4.3 蜗杆传动的热平衡计算


如果工作温度超过允许的范围,应采取下列措施以增加传动的散热能力:

(1)在箱体外表面设置散热片,以增加散热面积A。

(2)在蜗杆轴上安装风扇。

(3)在箱体油池内安装蛇形冷却水管,用循环水冷却。

(4)利用循环油冷却。


蜗杆传动 散热方法


蜗杆轴

8.5 蜗杆和蜗轮的结构

蜗杆的结构形式

铣制蜗杆是在轴上直接铣出螺旋部分,刚性较好。车制蜗杆,为便于车螺旋部分留有退刀槽,使轴径小于蜗杆根圆直径,削弱了蜗杆的刚度。


蜗轮的结构形式


蜗轮的结构形式


根据蜗杆传动的啮合特点,应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线,为此,蜗杆传动安装后,要仔细调整蜗轮的轴向位置,使其定位准确,否则难以正确啮合。

8.6 蜗杆传动的安装与维护

蜗杆传动的安装位置要求

蜗杆传动的维护:蜗杆传动工作一段时间后应测试油温,如果超过油温的允许范围应停机或改善散热条件。还要经常检查蜗轮齿面是否保持完好。润滑对于保证蜗杆传动的正常工作及延长使用期限很重要。


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