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1、9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述9.2 圓柱蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和尺寸9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),第九章 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),一、特點(diǎn),3、傳動(dòng)比大,準(zhǔn)確恒定,一般 i=580,2、重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低 (連續(xù)嚙合),6、齒面間滑動(dòng)速度大,發(fā)熱磨損大(需熱平衡計(jì)算),5、可實(shí)現(xiàn)自鎖(效率低于40% ),4、傳動(dòng)效率低,z1=1 =0.70.75, z1=2 =0.750.82,7、技術(shù)數(shù)據(jù): n1=4000 r/min; v1=69 m/s; P=1000kW; T2=700 kNm,1、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)
2、構(gòu)概述,二、類(lèi)型,,,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,齒型:軸垂面:阿基米德螺線 軸 面:直廓( x1=20直齒條齒廓 ) 特點(diǎn):加工方便,應(yīng)用廣,不能磨削,精度低,加工:直刃車(chē)刀,切削刃過(guò)軸線,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,加工:兩把梯形直刃刀加工,切削刃面與蝸桿基圓柱相切,齒形:軸垂面:漸開(kāi)線, 軸剖面:凸齒廓 基圓柱切面:直齒廓,特點(diǎn):可滾切、磨削,制造精度高,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,加工:直刃車(chē)刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內(nèi),齒形:蝸桿:軸垂面:延伸漸開(kāi)線, 軸剖面:凸齒廓 法 面:直廓(齒形角n=20 ),特點(diǎn):可車(chē)、指狀銑刀、盤(pán)銑刀加工,磨削困難,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概
3、述,加工:直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內(nèi) 齒形:蝸桿:軸垂面:近似阿基米德螺線 軸剖面:凸齒廓 齒法面:凸齒廓 特點(diǎn):不能車(chē),可銑、可磨獲得高精度,應(yīng)用廣泛,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,加工:凸圓弧車(chē)刀車(chē)削加工 齒形:蝸桿軸剖面:凹圓弧 蝸輪端面齒廓:凸圓弧 特點(diǎn):高承載(普蝸50%)、高效90%、應(yīng)用廣泛,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,9.1 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概述,一、主要參數(shù)與選擇,1、模數(shù)m和齒形角a,,,(1)中間平面: 過(guò)蝸桿軸線、 垂直蝸輪軸線的平面,(2)嚙合關(guān)系:齒條、齒輪嚙合 mx1= mt2 = m; ax1= at2=a ;2=1,(3)基準(zhǔn)蝸桿齒形角:
4、阿基米德蝸桿(ZA): ax1= 20 延伸漸開(kāi)線蝸桿(ZN):an1= 20 漸開(kāi)線蝸桿(ZI): an1= 20 法面與軸面齒形角的關(guān)系:,,中間平面,9.2圓柱蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和尺寸,2、蝸桿的分度圓直徑d1,分析:蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同, 為了限制滾刀的數(shù)目,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù),僅有有限 數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1。,9.2圓柱蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和尺寸,3、蝸桿的頭數(shù)z1、z2按傳動(dòng)比與效率要求選定,,,,,選取原則: (1) i大,取z1小,(避免z2過(guò)大,蝸輪尺寸大) (2) 傳遞功率大,選大z1(避免發(fā)熱、功率損失) (3) z1=1、
5、2、4、6 (4) z2=2780(d2、m、z2 的關(guān)系),z1小,機(jī)構(gòu)緊湊、加工方便;效率較低;,z1大,效率越高,加工困難。 通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。,9.2圓柱蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和尺寸,4、主要尺寸,,,蝸輪 蝸桿,9.2圓柱蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和尺寸,一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,1、蝸桿剛度不足:蝸桿齒強(qiáng)度高,只計(jì)算軸強(qiáng)度、剛度,2、蝸輪膠合、點(diǎn)蝕、磨損(條件性設(shè)計(jì)),閉式傳動(dòng):按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合) 校核彎曲強(qiáng)度,開(kāi)式傳動(dòng):按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì),3、系統(tǒng)過(guò)熱:熱平衡計(jì)算,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),
6、二、常用材料,要求:強(qiáng)度足夠,良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力,蝸輪材料: 錫青銅:(ZCuSn10Pb1等), 耐磨好,價(jià)格高,用于VS3 m/s 鋁青銅:(ZCuAl19Mn2等),耐磨差,強(qiáng)度高,價(jià)格低VS<2 m/s 鑄 鐵:耐磨差,強(qiáng)度低,價(jià)格低,有自鎖要求傳動(dòng),蝸桿材料: 高速重載合金鋼 滲碳淬火(15Cr,20Cr,20CrMnTi)、硬度5862HRC 表面淬火(45,40Cr,40CrNi) 、硬度4550HRC 一般低速中載碳鋼(40,45)調(diào)質(zhì),硬度200300HBS,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),三、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(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺
7、旋 部分的直徑較大時(shí),可以將軸與蝸桿分開(kāi)制作。,無(wú)退刀槽,加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法,有退刀槽,螺旋部分可用車(chē)制,也可用銑制加工,但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),四、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(shí),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:,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),五、輪齒受力分析,1、大小與相互關(guān)系,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),3、轉(zhuǎn)向判定,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),六、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 基于赫茲公式,鋼制蝸桿與青銅蝸輪或鑄鐵蝸輪配對(duì)時(shí),蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的校核公式為,9.3 蝸桿傳動(dòng)的
8、設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)公式為,式中 K載荷系數(shù),用于考慮工作情況、載荷集中和動(dòng)載荷的影響,查表9-4; ZE材料系數(shù),查表9-5; H蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力,單位為MPa。 由設(shè)計(jì)公式計(jì)算求得的m2d1值,查表9-1找到相應(yīng)的m和d1值。,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),七、蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 校核公式和設(shè)計(jì)公式如下,式中:YF蝸輪齒形系數(shù),按當(dāng)量齒數(shù),及蝸輪變位系數(shù)查圖9-9;,蝸輪許用彎曲應(yīng)力,MPa,查表9-8,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),八、蝸桿的剛度計(jì)算 圓周力Ft1和徑向力Fr1引起的的撓度分別為,合成總撓度為,式中:E蝸桿材料的彈性模量,MPa。鋼制蝸桿E=2.06105 MPa;,l蝸桿支點(diǎn)跨距
9、,mm,初步計(jì)算時(shí)可取l=0.9d2; Y許用撓度,mm,Y=d1/1000。,I蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),九、蝸桿傳動(dòng)的效率 閉式蝸桿傳動(dòng)的總效率包括三部分:輪齒嚙合效率1,軸承效率2以及浸入油中零件攪油損耗效率3,即 =123 其中23=0.950.96,當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí),1可近似按螺旋副效率計(jì)算,即,蝸桿傳動(dòng)計(jì)算初期,估計(jì)傳動(dòng)總效率時(shí),可參照表9-9選取。,十、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)效率低、發(fā)熱量大,若不及時(shí)散熱,會(huì)引起箱體內(nèi)油溫升高、潤(rùn)滑失效,導(dǎo)致輪齒磨損加劇,甚至出現(xiàn)膠合。因此對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 在閉式傳動(dòng)
10、中,熱量系通過(guò)箱殼散逸,且要求箱體內(nèi)的油溫t() 和周?chē)諝鉁囟?t0() 之差不超過(guò)允許值,式中:t溫度差, t=t-t0;,,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),P1蝸桿傳遞功率,單位為 kW; t表面散熱系數(shù),根據(jù)箱體周?chē)L(fēng)條件,一般取 t =1017W/(m2); A散熱面積,單位為 m2 ,指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積,對(duì)于箱體上的散熱片,其散熱面積按50%計(jì)算; t溫差允許值,一般為 6070。并應(yīng)使油溫 t (=t0 +t) 小于 90 。 如果超過(guò)溫差允許值,可采用下述冷卻措施: 增加散熱面積 合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu),鑄出或焊上散熱片。,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),十一、蝸桿傳
11、動(dòng)散熱措施,(1) 加散熱片以增大散熱面積,(2) 在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),(3) 加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻,傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路,傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2,十二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑,潤(rùn)滑的主要目的在于減摩與散熱。,潤(rùn)滑油,潤(rùn)滑油的種類(lèi)很多,需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件選用。,,潤(rùn)滑油粘度及給油方式,一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類(lèi)型進(jìn)行選擇。給油方法包括:油池潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑等,若采用噴油潤(rùn)滑,噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端,而且要控制一定的油壓。,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2,
12、潤(rùn)滑油量,潤(rùn)滑油量的選擇既要考慮充分的潤(rùn)滑,又不致產(chǎn)生過(guò)大的攪油損耗。,,對(duì)于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動(dòng),浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高;當(dāng)蝸桿上置時(shí),浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2,,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),例【9-1】設(shè)計(jì)一由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單級(jí)圓柱蝸桿減速器中的蝸桿傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)功率P1=4KW,轉(zhuǎn)速n1=960r/min,傳動(dòng)比i=15.5,載荷平穩(wěn),單向回轉(zhuǎn)。散熱面積A=0.9 m2 。,解:1.選擇材料并確定其許用應(yīng)力 蝸桿用45鋼,表面淬火4550HRC;蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1,砂模鑄造。 查表9-6得H=200MPa; 查表
13、9-8得F=50 MPa。 2.選擇蝸桿頭數(shù)z1,確定蝸輪齒數(shù)z2,估計(jì)傳動(dòng)效率 由i=15.5查表9-2,取z1=2,則z2=iz1=15.52=31; 由z1=2查表9-9,估計(jì)=0.8。 3.確定蝸輪轉(zhuǎn)矩T2,普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2,,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),,4.確定載荷系數(shù)K和材料系數(shù)ZE 查表9-4,取K=1.1; 查表9-5,取ZE=155.0。 5.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算,普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),查表9-1,取m=8mm,d1=80mm,q=10。 則 d2=831=248mm,導(dǎo)程角,6.校核彎曲強(qiáng)度 由當(dāng)量齒數(shù),查圖9-9得YF=2.53,彎曲強(qiáng)度足夠。,普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2,,9.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì),7.熱平衡計(jì)算 通風(fēng)良好,取Kt=16W/(m2); 常溫情況下,t0=20,則,<,=6070,故熱平衡無(wú)問(wèn)題。 8.其他幾何尺寸計(jì)算(略) 9.繪制蝸桿和蝸輪零件工作圖(略),t = t0+,=20+55.6=75.6< 90,本章內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束! 謝謝!,