《蝸輪蝸桿傳動設(shè)計》PPT課件

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1、齒輪傳動設(shè)計培訓(xùn)第三部分：蝸輪蝸桿傳動設(shè)計2004、6本章要點1、了解蝸輪蝸桿傳動的嚙合特點、運動關(guān)系和幾何系數(shù)。2、掌握蝸輪蝸桿傳動的受力分析、強度計算和熱平衡計算方法。 下午5時54分2 三、蝸輪蝸桿傳動設(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)。1傳動比大，一般為i=580，大的可達(dá)300以上；2重合度大，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，效率低于40%。 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。蝸桿傳動的主要特點有： 下午5時54分3同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大(10360)；

2、承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計蝸桿傳動類型圓 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 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。其蝸桿的螺旋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； 下午5時54分4 三、蝸輪

3、蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸模 數(shù) m和 壓 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 : m a1= mt2 = m; aa1= at2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(biāo) 準(zhǔn) 對 每 一 標(biāo) 準(zhǔn) 模 數(shù) 規(guī) 定 了 一 定 數(shù) 目 的 標(biāo) 準(zhǔn) 蝸 桿 分 度 圓直 徑 d1。 直 徑 d1與 模 數(shù) m的 比 值 (q

4、= d1 m)稱 為 蝸 桿 的 直 徑 系 數(shù) 。 下午5時54分5 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸蝸桿的模數(shù)與分度圓直徑 下午5時54分6 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸蝸 桿 的 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。 考 慮 嚙 合 摩 擦 損 耗 是 蝸 桿 的 傳 動 效 率 ：

5、 )( vtg tg 下午5時54分7 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸導(dǎo) 程 角 增 大 時 ， 傳 動 效 率 將 提 高 ， 導(dǎo) 程 角 與 蝸 桿頭 數(shù) z1之 間 有 如 下 關(guān) 系 ： qzdmzdpztg a 1 1111 顯 然 ， 當(dāng) 蝸 桿 頭 數(shù) z1增 多 時 ， 導(dǎo) 程 角 增 大 ， 從 而 使 傳 動 效 率 提 高 。但 頭 數(shù) 增 多 給 制 造 帶 來 困 難 ， 且 效 率 提 高 不 顯 著 ， 故 通 常 蝸 桿 頭 數(shù) 取 為 1、2、 4、 6 。導(dǎo) 程 角 ：11d mztg 在 m和 d1為 標(biāo) 準(zhǔn) 值 時 ， z1正 確 嚙 合

6、時 ， 蝸 輪 蝸 桿 螺 旋 線 方 向 相 同 ， 且 1b2 下午5時54分8 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸蝸 輪 齒 數(shù) 主 要 取 決 于 傳 動 比 ， 即 z 2= iz1 。 z2不 宜 太 小 （ 如 z226)， 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 。 正 確 嚙 合 時 ， 蝸 輪 蝸 桿 螺 旋 線 方 向 相 同 ， 且 1b2蝸 輪 齒 數(shù) z2：傳

7、 動 比 i：1221 zznni 12dd 下午5時54分9 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸中 心 距 mzqdda )(21)(21 221 為 了 避 免 用 蝸 輪 滾 刀 切 制 蝸 輪 時 產(chǎn) 生 根 切 ， 理 論 上 應(yīng) 使 z2min17,但 在z28； 對 于 動 力 傳 動 ， 為 了 保 證 蝸 輪 輪 齒 的彎 曲 和 相 嚙 合 蝸 桿 的 彎 曲 強 度 ， 通 常 要 求 z280， 設(shè) 計 時 可 參 考 下 表 選 取z1和 z2: i=z1/z2 z1 z2571514302982 6421 293129 6129 6129 82 下午5時5

8、4分10 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算蝸 桿 傳 動 的 失 效 形 式 ：蝸 桿 傳 動 的 主 要 問 題 是 摩 擦 磨 損 嚴(yán) 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 。蝸 桿 傳 動 的 常 用 材 料 ：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

9、 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 青 銅 、 灰 鑄 鐵 等 。 下午5時54分11 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算蝸 桿 傳 動 的 設(shè) 計 準(zhǔn) 則 ：蝸 桿 的 剛 度 計 算 防 止 蝸 桿 剛 度 不 足 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 。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 。 下午5時54分12 三、蝸輪蝸桿傳動

10、設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算蝸 桿 傳 動 強 度 計 算 ：q蝸 輪 齒 面 接 觸 疲 勞 強 度 計 算 ：式 中 ： Z 為 蝸 桿 傳 動 的 接 觸 線 長 度 和 曲 率 半 徑 對 接 觸 強 度 的 影 響 系 數(shù) 。 K為 載 荷 系 數(shù) 。 其 它 的 符 號 含 義 與 齒 輪 傳 動 部 分 相 同 。3 22 3 20 )( HE HEEnH ZZTKa aTKZZZL FK 設(shè) 計 計 算 ：校 核 計 算 ： m m 下午5時54分13 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算許 用 接 觸 應(yīng) 力 H,根 據(jù) 蝸 輪 材 料 的 不 同 ， 可 在 下

11、 兩 表 中 選 取 。1、 蝸 輪 材 料 為 灰 鑄 鐵 及 鑄 鋁 鐵 青 銅 時 ， 其 許 用 應(yīng) 力 直 接 在 下 表 選 取 ： 下午5時54分14 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算2、 蝸 輪 材 料 若 為 鑄 錫 青 銅 ， 則 下 表 的 H為 基 本 許 用 接 觸 應(yīng) 力 ， 而 ：10 8 7 HHHNH NK nLjnN 260 下午5時54分15 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算Z的 大 小 ， 可 根 據(jù) 不 同 的 蝸 桿 齒 闊 曲 線 ， 由 下 圖 確 定 ： 下午5時54分16 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力

12、計算K=KAKVK, 其 中 KA為 使 用 系 數(shù) ， 由 下 表 確 定 ：工 作 類 型載 荷 性 質(zhì) 均 勻 無 沖 擊 不 均 勻 、 小 沖 擊 不 均 勻 、 大 沖 擊每 小 時 啟 動 次 數(shù) 50啟 動 載 荷 小 較 大 大K A 1 1.15 1.2Kv為 動 載 系 數(shù) ， 當(dāng) 蝸 輪 速 度 v23m/s時 ， Kv=11.1 當(dāng) 蝸 輪 速 度 v23m/s時 ， Kv=1.11.2K為 齒 向 載 荷 分 布 系 數(shù) ， 載 荷 平 穩(wěn) 時 ， K=1 載 荷 變 化 時 ， K=1.11.3 下午5時54分17 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算q

13、蝸 輪 齒 根 彎 曲 疲 勞 強 度 計 算 ： bb YYZ KTdm YYmdd KT FaF FFaF 22 212 221 2 53.1 53.1設(shè) 計 計 算 ：校 核 計 算 ： m m 31401 cos 2322 bb YY xZZY vFa為 螺 旋 角 影 響 系 數(shù) ， 查 得及 蝸 輪 變 位 系 數(shù)據(jù)為 蝸 輪 齒 行 系 數(shù) ， 可 根 下午5時54分18 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算;10, ,K, 9 6 FNFF NKK FNFN 為 壽 命 系 數(shù)其 中蝸 輪 的 許 用 彎 曲 應(yīng) 力 N=60jn2Ln由 下 表 選 取 ； ，后 蝸

14、 輪 的 基 本 許 用 應(yīng) 力數(shù)為 計 入 齒 根 應(yīng) 力 校 正 系 2 saF Y注 ： 表 中 各 種 青 銅 的 基 本 許 用 彎 曲 應(yīng) 力 為 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) N=106時 之 值 ， 當(dāng) N106時 ， 需 將 表 中 的 數(shù) 值 乘 以 KFN； 當(dāng) N25 107時 ， 取 N=25 107； 當(dāng) N105時 ， 取 N=105。 下午5時54分19 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的承載能力計算 下午5時54分20 三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的熱平衡計算由 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

15、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(1000 1 P自 然 冷 卻 從 箱 壁 散 去 的 熱 量 為 ： )(2 aod ttS 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 ( )。 下午5時54分21

16、三、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計普通蝸桿傳動的熱平衡計算在 熱 平 衡 條 件 下 可 得 ：SPtt dao )1(1000 此 式 可 用 于 系 統(tǒng) 熱 平 衡 驗 算 ， 一 般 to7080 )( )1(1000 aod ttPS 此 式 可 用 于 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計當(dāng) 自 然 冷 卻 的 熱 平 衡 溫 度 過 高 時 ， 則 必 須 采 用 散 熱 措 施 ， 如 ：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 。加 冷 卻 管 路 或 散 熱 器 冷 卻 。 下午5時54分22 二、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計設(shè)計實例 已 知 一 傳 遞

17、 動 力 的 蝸 輪 蝸 桿 傳 動 ， 蝸 桿 為 主 動 件 ， 所 傳遞 功 率 為 P=3 kw， 轉(zhuǎn) 速 n1=960r/min， n2=70r/min， 載 荷 平 穩(wěn) ，試 設(shè) 計 此 蝸 桿 傳 動 。 解 ： 由 于蝸輪蝸 桿 傳 動 的 強 度 計 算 是 針 對 蝸 輪 進 行 的 ，而 且 對 載 荷 平 穩(wěn) 的 傳 動 ，蝸輪輪齒接觸強度和熱平衡計算所限定的承載能力，通常都是滿足彎曲強度的要求，因此，本題只需進行接觸強度和熱平衡計算。 下午5時54分23 二、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計設(shè)計實例 1、 蝸 輪 輪 齒 齒 面 接 觸 強 度 計 算 （ 1） 選 材 料 ： 確

18、定 許 用 接 觸 壓 力 H 蝸 桿 用 45鋼 ， 表 面 淬 火 45-50HRC； 蝸 輪 用 ZCuSn10P1（ 10-1錫 青 銅 ） 砂 型 鑄 造 。 由 表 查 得 H=200。 （ 2） 選 用 蝸 桿 頭 數(shù) z 1， 確 定 蝸 輪 齒 數(shù) z2 傳 動 比 i=n1/n2=960/70=13.71 因 為 傳 動 比 不 大 ， 為 了 提 高 傳 動 效 率 ， 可 選 z1=2 則 z2=iz1=13.71 2=27.42， 取 z2=27。 下午5時54分24 )mmN(4.327428nP1055.9nP1055.9T 2162262 設(shè)計實例 （ 3） 確

19、 定 作 用 在 蝸 輪 上 的 轉(zhuǎn) 矩 T2： 因 z1=2， 故 初 步 選 =0.08， 則 （ 4） 確 定 載 荷 系 數(shù) K:因 載 荷 平 穩(wěn) ， 速 度 較 底 ， 取 K=1.1得 ： )mm(6.30874.3274281.120027500z 500dm 222H22 二、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計 查 表 取 m=8， d 1=80 mm 下午5時54分25 設(shè)計實例 （ 5） 計 算 主 要 幾 何 尺 寸 ： 蝸 桿 分 度 圓 直 徑 ： d1=80 mm 蝸 輪 分 度 圓 直 徑 ： d2=mz2=8 27=216 mm 中 心 距 ： a=0.5(d1+d2)=0.5 (80+216)=148 mm 二、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計 s10 A )1(P1000ttt 2、熱平衡計算 取s=15w/(m2C)；散熱面積A1.1m2；效率=0.8C7060tC36.365.11.1 )8.01(31000ttt 0 故滿足熱平衡要求