機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第七章 蝸桿傳動(dòng)教案

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第七章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第七章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)中間平面：通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。第1頁/共47頁與齒輪傳動(dòng)相比較，蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：1 單級(jí)傳動(dòng)比大（1080），結(jié)構(gòu)緊湊。2 傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小3 可實(shí)現(xiàn)自鎖（蝸桿導(dǎo)程角當(dāng)量摩擦角v）4 傳動(dòng)效率低（=0.70.8)5 成本高圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)、錐蝸桿傳動(dòng)第2頁/共47頁 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)第3頁/共47頁 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)（直線刀刃加工）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)（凸圓弧刀刃加工）阿基米德蝸桿的加工：圓柱蝸桿傳動(dòng)根據(jù)齒面形狀不同，普通圓柱蝸桿分為阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿和法向直廓蝸桿為常數(shù)）（aa 車制阿基米德蝸桿時(shí),刀具切削

2、刃的平面通過蝸桿軸線 。蝸桿齒形在通過蝸桿軸線的截面內(nèi)為側(cè)邊呈直線的齒條齒形,在垂直于蝸桿軸線的截面內(nèi)為阿基米德螺旋線。第4頁/共47頁與蝸桿相嚙合的蝸輪一般是在滾齒機(jī)上用蝸輪滾刀切制的。滾刀形狀和尺寸必須和與被加工蝸輪相嚙合的蝸桿相當(dāng),只是滾刀外徑要比實(shí)際蝸桿大2倍頂隙。蝸輪在中間平面上的齒形是漸開線齒形。漸開線蝸桿的齒形：在垂直于蝸桿軸線的截面內(nèi)為漸開線,在通過蝸桿軸線的截面內(nèi)為凸廓曲線。 阿基米德蝸桿難于磨削漸開線蝸桿和法向直廓蝸桿可以磨削蝸輪的加工第5頁/共47頁蝸桿有左、右旋之分，常用右旋蝸桿對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，常按7、8、9級(jí)精度制造7級(jí)精度適用于 7.5 , 8級(jí)精度適用于 3 , 9

3、級(jí)精度適用于 1.5 7.2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算以中間平面的參數(shù)為基準(zhǔn)本章以阿基米德蝸桿傳動(dòng)為例，討論普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算問題。蝸桿可分為單頭蝸桿（一條螺旋線,即Z1=1）、雙頭蝸桿（兩條螺旋線Z1=2,）和多頭蝸桿（Z1=4、6等）,通常取Z1=1 、2或4。2m/s2m/sm/s2第6頁/共47頁2121tatammm1. 模數(shù)m和壓力角在中間平面內(nèi), 蝸桿的軸面模數(shù)和壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)和壓力角分別相等,且等于標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)壓力角20第7頁/共47頁蝸桿分度圓柱：齒厚與齒槽寬相等的圓柱。直徑為2蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑 、蝸桿導(dǎo)程角、蝸桿導(dǎo)

4、程角 及蝸輪螺及蝸輪螺旋角旋角1d1d為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1第8頁/共47頁28672 35840 46080 6400014062 17500 21875 312501.9000 11200 16000(112) 140 (180) 250(90) 112 (140) 200(71) 90 (112) 1601612.5104032 5376 6400 89601985 2500 3175 44451000 1250 1575 2250(62) 80 (100) 140(50) 63 (80) 112(40) 50 (63)

5、 9086.35m 1 1.25 1.6 2 d1 18 20 20.4 20 28 (18) 22.4 (28) 35.5 m2d1 18 31.25 35 51.2 71.68 72 89.6 112 142 m 2.5 3.15 4 d1 (22.4) 28 (35.5) 45 (28) 35.5 (45) 56 (31.5) 40 (50) 71 m2d1 140 175 221.9 281 277.8 352.5 446.5 556 504 640 800 1136 表表7.1 模數(shù)模數(shù)m、蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1及及m2 d1值值 (摘自GB10085-88)231/ mm

6、m d/ mmm1/ mmd231/ mmm d/ mmm1/ mmd第9頁/共47頁11111/dmzdPztga蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角（蝸桿導(dǎo)程角蝸桿導(dǎo)程角 ） ：蝸桿分度圓柱螺旋線上任一點(diǎn)的切線與垂直于蝸桿軸線的平面之間所夾的銳角 第10頁/共47頁2正確嚙合條件2121tatammm2當(dāng)兩軸的交錯(cuò)角為900時(shí)：第11頁/共47頁1221ZZnni傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)Z1通常取為：1，2，4, 6蝸輪齒數(shù)Z2=iZ1，一般取Z2=2680蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用值3 傳動(dòng)比 i 、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2 Z1 ， 易自鎖，i 大，效率低。 Z1過多加工困難蝸桿頭數(shù)Z1：2880285428

7、52303611,2246402840142771356傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)21/izz1z2zi第12頁/共47頁cos100060cos1112221nds4 齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度s相對(duì)滑動(dòng)速度沿蝸桿輪齒螺旋線方向 當(dāng)潤滑、散熱等條件不良時(shí), 大，會(huì)使齒面產(chǎn)生磨損和膠合；而當(dāng)具備良好的潤滑條件、特別是能形成油膜時(shí), 大有助于形成油膜, 減少摩擦、磨損, 提高傳動(dòng)效率和承載能力。 ss第13頁/共47頁5 中心距a中心距計(jì)算公式1212()/2/2addm zz2 . 01*cha第14頁/共47頁名稱符號(hào)蝸桿蝸輪分度圓直徑dd1d2=mz2中心距aa=（d1+d2）/2齒頂圓直徑dada1

8、= d1+2m喉圓 da2= d2+2m齒根圓直徑dfdf1= d1-2.4mdf2= d2-2.4m蝸輪最大外圓直徑de2 de2= da2+（12）m蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2 Ra2= df1/2+0.2m蝸輪齒根圓弧半徑Rf2 Rf2= da1/2+0.2m蝸輪輪緣寬度b z13時(shí)，b0.75 da1z1=4時(shí)，b0.67 da1蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程角=arctan （z1m/d1） pP=m蝸桿螺旋部分長(zhǎng)度 Lz1=1、2時(shí)，L(11+0.06 z2)m;z2=4時(shí)，L(12.5+0.09 z2)m;磨削蝸桿加長(zhǎng)量：當(dāng)m10(mm)時(shí)，加長(zhǎng)25（mm）當(dāng)m=1016(mm)時(shí)，加長(zhǎng)3540

9、（mm）第15頁/共47頁7.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要是齒面膠合、點(diǎn)蝕、磨損和輪齒折斷，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。由于相對(duì)滑動(dòng)速度大，膠合和磨損比齒輪更容易發(fā)生。對(duì)閉式傳動(dòng)其主要失效形式為點(diǎn)蝕、膠合和磨損，但由于目前對(duì)膠合和磨損的計(jì)算還缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù),且膠合和磨損與齒面接觸應(yīng)力有關(guān)，因此,通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力。并進(jìn)行熱平衡計(jì)算,必要時(shí)要對(duì)蝸桿軸進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算。一般不需計(jì)算蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度。 第16頁/共47頁蝸桿和蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨性、易跑和及抗膠合性能。蝸桿

10、一般用碳素鋼或合金鋼制成，要求齒面光潔并具有較高的硬度。開式蝸桿傳動(dòng)中，多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于高速重載:蝸桿常用淬火熱處理，得到硬齒面一般情況：蝸桿用碳素鋼調(diào)質(zhì)處理，得到軟齒面。在低速或手搖傳動(dòng)中，蝸桿也可不經(jīng)熱處理。 第17頁/共47頁蝸輪材料：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵鑄造錫磷青銅（ZCuSn10P1) ：減摩性、耐磨性最好，抗膠合能力最強(qiáng)，但是抗彎曲強(qiáng)度較低，價(jià)格較高，用于645 砂模鑄造 180 200 鑄錫磷青銅ZcuSn10P1 金屬模鑄造 200 220 砂模鑄造 110 125 鑄錫鋅鉛青銅ZcuSn5Pb5Zn5 金屬模鑄造 1

11、35 150 錫青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力 H H第25頁/共47頁鋁鐵青銅、黃銅及灰鑄鐵蝸輪的許用接觸應(yīng)力 H若蝸輪為無錫青銅或鑄鐵制造時(shí)，蝸輪的損壞形式主要是膠合第26頁/共47頁蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度所限定的承載能力大都超過齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計(jì)算所限定的承載能力，故一般不計(jì)算彎曲強(qiáng)度。若蝸輪用鑄鐵，且在受強(qiáng)烈沖擊的環(huán)境中工作時(shí)，應(yīng)計(jì)算彎曲強(qiáng)度。閉式傳動(dòng)中：第27頁/共47頁7.5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算321式中：1嚙合效率1tantan()v2 、3分別為攪油效率和軸承效率 v 當(dāng)量摩擦角。arctg vfv與蝸輪的材料、蝸桿齒面硬度、相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān) 蝸桿主動(dòng)時(shí)：第28頁/共47頁)t

12、an(tan111 , 27zo越大， 越大 越多，加工困難。一般不超過 v時(shí)，可自鎖。%50tan()tanv蝸輪主動(dòng)時(shí)：第29頁/共47頁一般取 2 3=0.950.96 , 故蝸桿傳動(dòng)的總效率)tan(tan)96. 095. 0(在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí),可根據(jù)蝸桿頭數(shù)Z1按下表初步估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率,以便由T1計(jì)算T2（ T2= i T1 ）第30頁/共47頁O40 C滑動(dòng)速度vs (m/s)15101015152525工作條件重載重載中載運(yùn)動(dòng)粘度/（mm2/s）100068032022015010068潤滑方法浸油潤滑浸油或噴油 潤 滑壓力噴油潤滑表表7.6 蝸桿傳動(dòng)潤滑油的粘度和潤滑方

13、法蝸桿傳動(dòng)潤滑油的粘度和潤滑方法 為避免膠合、磨損和點(diǎn)蝕，提高效率、降低溫度第31頁/共47頁第32頁/共47頁轉(zhuǎn)化為熱量的摩擦耗損功率：)1 (1000PPsw式中：p傳動(dòng)輸入的功率(kW) 傳動(dòng)總效率 熱平衡計(jì)算的原因：熱平衡計(jì)算：熱平衡計(jì)算，就是蝸桿傳動(dòng)正常連續(xù)工作、摩擦產(chǎn)生的熱量與箱體表面散發(fā)的熱量相等時(shí)，即蝸桿傳動(dòng)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，計(jì)算潤滑油的工作溫度，以確定溫升是否超過許用值。第33頁/共47頁經(jīng)箱體表面散發(fā)熱量的當(dāng)量功率：)(21ttkApcw式中： k散熱系數(shù) k=（1417.5 ) A散熱面積：內(nèi)壁被油飛濺到，外壁被空氣冷卻。 t1、t2潤滑油的工作溫度和環(huán)境溫度達(dá)到熱平衡時(shí)

14、：cspp )1 (100021ttkAPtC)W/(m02式中：t潤滑油的許用溫度（75800C)第34頁/共47頁 如果油溫超過允許值，可采取措施,以提高其散熱能力常用措施:1 合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu),鑄出或焊上散熱片,以增大散熱面積2在蝸桿軸上裝置風(fēng)扇,進(jìn)行人工通風(fēng),以提高散熱系數(shù)。這時(shí)可取k=2128W/m2. 第35頁/共47頁3 在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇行冷卻水管第36頁/共47頁4 采用壓力噴油循環(huán)潤滑第37頁/共47頁7.6 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)1、蝸桿的結(jié)構(gòu)（1）蝸桿軸（2）df1/d1.7時(shí)，分開做第38頁/共47頁圖7.8 蝸桿的結(jié)構(gòu) a）銑削的蝸桿b）車制的蝸桿第39頁/共47頁2、蝸輪的結(jié)構(gòu)第40頁/共47頁1 ） 整體式(鑄鐵蝸輪和直經(jīng)小于100mm的青銅蝸輪）蝸輪可制成整體式或裝配式第41頁/共47頁2） 裝配式（直徑較大且輪緣用貴重金屬時(shí)）（1）壓配式第42頁/共47頁（2 ）螺栓聯(lián)接式直徑大于600mm或磨損后需更換齒圈的蝸輪第43頁/共47頁第44頁/共47頁（3）澆鑄式大批量第45頁/共47頁蝸桿齒輪圓錐齒輪受力分析受力分析題4個(gè)題第46頁/共47頁