武漢理工大學(xué)機械設(shè)計考研課件蝸桿傳動設(shè)計

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,第六章 蝸桿傳動設(shè)計,一蝸桿傳動組成,由蝸輪和蝸桿組成,蝸輪,蝸桿,a,）,蝸桿下置,b,）,蝸桿上置,二蝸桿傳動的應(yīng)用,蝸桿傳動用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動和轉(zhuǎn)矩，兩軸,線之間交錯的夾角可以是任意的，但最常用的是兩軸在空,間相互垂直，軸交角,為,90,。,三本章,主要內(nèi)容,蝸桿,傳動,類型、特點，幾何尺寸計算,主要參數(shù)及其選擇，輪齒受力分析,重點,蝸桿傳動承載能力計算,蝸輪輪齒強度、蝸桿剛,度計算,蝸桿傳動熱平衡計算,控制溫升，防止膠合破壞,1.,結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大,(,動力傳動中，,一般單級傳動比

2、,i,=8,80,，,在分度傳,動中，可達,1000),，,2.,傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很,小，在一定的條件下具有自鎖性等,蝸桿,傳動缺點,在制造精度和傳動比相同的情況下，蝸桿傳動的摩擦發(fā)熱大，效率比齒輪傳動低，只宜用于中、小功率的場合,一蝸桿傳動的特點,蝸桿傳動優(yōu)點,3-1,蝸桿傳動概述,二、蝸桿傳動的分類,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,環(huán)面蝸桿傳動,錐面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,n,1,n,2,圓柱蝸桿傳動,n,1,n,2,環(huán)面蝸桿傳動,n,1,n,2,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿的齒,面一般是在車床上用直,線刀刃的車刀車制的,(,zK,型,蝸桿除外,),。車刀,安裝,位置,的不同，

3、所加工出,的蝸桿齒面在不同截面,中的,齒廓曲線,也不同,。,一）普通圓柱蝸桿傳動,2,0,阿基米德螺旋線,直廓,2,0,凸廓,N-N,I-I,1.,阿基米德蝸桿（,ZA,）,一）普通圓柱,蝸桿傳動,蝸桿齒廓特點：,垂直于軸線的剖面,上齒廓為阿基米德,螺旋線；,通過蝸桿軸線的剖,面上為直線齒廓；,不便加工，且難于磨削，不易保證精度，用于低速、輕載或不太重要的傳動。,蝸輪齒廓及,蝸桿蝸輪傳動,特點：,蝸輪齒廓,在中間平面上（,通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線,的平面,）,蝸輪齒廓為漸開線,蝸桿蝸輪傳動,特點,在中間平面上蝸桿蝸輪的嚙合如齒輪、齒,條的嚙合關(guān)系,阿基米德圓柱蝸桿傳動,A,A,中間平面,2

4、.,漸開線蝸桿（,ZI,）,蝸桿齒廓特點：,蝸桿齒面為漸開螺旋面，端面齒廓為漸開線,一）普通圓柱,蝸桿傳動,蝸桿可以磨削，易保證加工精度，用于頭數(shù)較多、轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動。,d,b,漸開線,I-I,凸廓,0,直廓,凸廓,0,I,I,蝸桿可用兩把直,線刀刃的車刀在車床,上車制。加工時，兩,把車刀的刀刃平面一,上一下與基圓相切，,被切出的蝸桿齒面是,漸開線螺旋面，端面,的齒廓為漸開線。,3.,法向直廓蝸桿（,ZN,）,蝸桿齒廓特點：,蝸桿法面齒廓為直線，端面齒廓為延伸漸開線,一）普通圓柱,蝸桿傳動,蝸桿加工簡單，可以磨削，用于頭數(shù)、精密的蝸桿傳動。,N,N,I,I,I-I,凸廓,2,0,直廓,

5、N-N,d,0,延伸漸開線,車制時刀刃頂面置于螺旋線的法面上，蝸桿在法向剖面上具有直線齒廓，在端面上為延伸漸開線齒廓。,二,),圓弧圓柱,蝸桿傳動,圓弧圓柱,蝸桿的齒,形分為,圓弧圓柱,蝸桿軸向剖面為,圓弧形齒廓，用車刀車削,用軸向剖面為,圓弧的環(huán)面砂輪，裝在,蝸桿螺旋線的,法面上，,阿基米德螺旋線,I,I,I-I,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.

6、,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,N-N,N,N,圓弧圓柱,蝸桿,與普通圓柱,蝸桿的區(qū)別：,1,）在主剖面上蝸桿齒廓為凹弧形，與之配合的蝸輪齒廓,為凸弧形；,2,）凹凸弧齒廓嚙合傳動，也是線接觸的嚙合傳動，接觸,處的綜合曲率半徑大，承載能力高，比,普通圓柱,蝸桿,高,50,%150%,；,3,）瞬時接觸線與滑動速度交角大，有利于嚙合面間油膜,形成，摩擦小，效率高，蝸桿可磨削，精度高，用于,冶金、礦山、化工、起重運輸機械。,接觸線,v,s,v,t,3-2,普通圓柱蝸桿傳動基本參數(shù)及幾何尺寸計算,一,普通圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)及,及其選擇,b,1,2,d,2

7、,d,f1,d,1,d,a1,p,z,d,f2,d,a2,R,1,R,2,b,2,B,阿基米德蝸桿在主剖面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合傳動。,主要參數(shù)有：模數(shù),m,、,壓力角,、,蝸桿頭數(shù),Z,1,、,蝸輪齒數(shù),Z,2,、,蝸桿直徑系數(shù),q,、,蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角,等。,一）,模數(shù),m,和壓力角,蝸桿軸面壓力角,x1,=,蝸輪端面壓力角,t2,=,標準壓力角,=20,A,A,蝸桿軸面,模數(shù),m,x1,=,蝸輪端面模數(shù),m,t2,=,標準模數(shù),m,中間平面,二）蝸桿分度圓直徑,(,又稱中圓直徑,),d,1,和直徑系數(shù),q,蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與蝸輪的正確嚙合，常用與,蝸桿具有同樣參,數(shù)的蝸輪滾刀

8、來加工與其配對的蝸輪。這樣，,只要有一種尺寸的蝸桿，就必須有一種對應(yīng)的蝸輪滾刀。為,了減少蝸輪滾刀的數(shù)目，為便于蝸輪滾刀的標準化，,規(guī)定,蝸,桿直徑,d,1,為標準值，且與,m,搭配。,d,1,與,m,的比值稱為蝸桿直徑,系數(shù)，用,q,表示，即： 。,注意：,由于,d,1,與,m,均為標準值，故,q,是,d,1,、,m,兩個參數(shù)的導(dǎo)出值，,不一定是整數(shù)，,d,1,、,m,、,q,之間關(guān)系見表,6-1,。,因此，蝸桿分度圓直徑,:,蝸桿分度圓,導(dǎo)程角, ,蝸桿輪齒的切線與其端面之間的夾角,導(dǎo),程,（,同一條螺旋線上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）,：,p,z,=z,1,p,x,蝸桿軸向齒距,（相

9、鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）,：,p,x,=,m,，,效率高，,330,的蝸桿具有自速性。,d,1,導(dǎo)程,p,z,p,x,d,1,d,1,導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系,導(dǎo)程角,：,p,x,tan,= = = = =,p,z,d,1,z,1,p,x,d,1,z,1,m,d,1,z,1,m,qm,z,1,q,三）,蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角,三）傳動比,i,、,蝸桿頭數(shù),Z,1,及蝸輪齒數(shù),Z,2,2,蝸桿頭數(shù),Z,1,蝸桿螺旋線數(shù),對結(jié)構(gòu)尺寸：,i,一定時，,Z,1,則,Z,2,尺寸,，且加工困難,對效率,Z,1,時，,其效率,嚙,=,tan/tan,（,+,v,）,對自鎖,Z,1,時，,自鎖性好,Z,1,影響

10、,考慮傳動比,i,則,Z,1,，,i,時,Z,1,見表,6-2,考慮用途,對,反行程,有自鎖要求的傳動取,Z,1,=1,考慮效率要求,要求,嚙,時宜選,Z,1,一般取,1,4,Z,1,選,擇原則,通常蝸桿傳動是以蝸桿為主動的減速裝,置，故傳動比與齒數(shù)比相等，即：,1,傳動比,i,注意：,i,= =,n,2,z,1,n,1,z,2,d,1,d,2,i,= =,n,2,z,1,n,1,z,2,=,u,d,1,=,qm,Z,1,m,3.,蝸輪齒數(shù),Z,2,具體選擇時，還應(yīng)考慮,i,、,z,1,、,z,2,匹配關(guān)系,對蝸桿剛度,M,不變時，,Z,2,則,d,2,，,蝸桿軸跨距,，剛度,對蝸輪加工,Z,

11、2,蝸輪輪齒根切,影響,避免產(chǎn)生根切，與單頭蝸桿嚙合的蝸輪，其齒數(shù),17,增大嚙合區(qū)提高平穩(wěn)性，通常規(guī)定,28,（保持兩對齒嚙合）,為,防止,蝸輪尺寸過大造成蝸桿軸跨距大,降低蝸桿的彎曲剛度,Z,2max, 80,。,Z,2,選,擇,蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒敷的薦用值,4,傳動比,蝸桿頭數(shù),蝸輪齒數(shù),28,40,14,27,9,13,7,8,28,32,27,52,28,81,28,80,3,4,2,3,1,2,40,1,40,二,.,蝸桿傳動的正確嚙合條件,當(dāng)兩軸線交錯角,=90,時，導(dǎo)程角,應(yīng)與蝸輪分度圓柱螺旋角,等值且方向相同。,1,=,2,蝸桿傳動的正,確嚙合條件,O,1,O,1,1,1,O,

12、2,1,=,2,O,1,O,1,O,2,O,2,1,2,三,.,普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算,一） 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸,b,1,2,d,f1,d,1,d,a1,p,z,R,1,R,2,B,d,2,d,f2,d,a2,b,2,中間平面,普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算公式見表,-2,注意：,1.,蝸桿分度圓直徑：,d,1,=,qm,Z,1,m,2 .,蝸桿傳動的中心距：,a,=0.5,（,d,1,+d,2,）,=0.5m,（,q+Z,2,）,0.5m,（,Z,1,+Z,2,）,分度圓直徑,d,2,頂圓直徑,d,a,2,根圓直徑,d,f2,3 .,蝸輪的,指,蝸輪中間,平面上的值,中間平面

13、,d,2,d,f2,d,a,2,一蝸桿、蝸輪配對材料選擇,3-,3,蝸桿傳動的,材料選擇,、失效形式及設(shè)計準則,特點,結(jié)構(gòu)細而長易變形，一般為主動件，,n,1,應(yīng)力,循環(huán)次數(shù),N,1,，,且連續(xù)運轉(zhuǎn)；,要求,材料的抗變形能力強（,E,）；,輪齒強度要高,（,B,S,）；,沖擊大,20,Cr,、,20CrMnTi,、,12CrNi3A,表,面滲碳淬火,(,齒面硬度,56,62HRC,）,沖擊小,40,、,45,鋼和,40,Cr,、,40CrNi,、,42SiMn,表面淬火,(,齒面硬度,4,5,55HRC,）,不太重要的低速中載蝸桿,用,45,、,40,等碳素鋼調(diào),質(zhì)處理（,硬度為,220,30

14、0,HBS,）,。,蝸桿,常用,材料,高速重,載蝸桿,一）蝸桿材料選擇,:,二）蝸輪的材料選擇,強度足夠,減摩性好（,f,V,）：,f,V,鋼,-,青銅,f,V,鋼,-,鑄鐵,f,V,鋼,-,鋼,對材料,要求,常用,材料,錫青銅,ZCuSn10PI,等,耐磨性最好，但價格,較高用于高速或重要傳動,鋁鐵青銅,ZcuAl10Fe3Mn2,耐磨性較好，但,價格便宜，用于中速，較重要傳動,灰鑄鐵,(,HTl50,或,HT200),用于低速輕載,V,S,4m,s,選錫青銅,作蝸輪的齒圈,V,S,2,4m,s,選鋁鐵青銅,V,S,2m,s,選灰鑄鐵,選擇方法,:,初估滑動速度,V,S,=,（,0.02,0

15、.03,）,青銅,蝸輪,二蝸桿傳動的失效形式及計算準則,一）蝸桿傳動的失效形式,蝸桿傳動的失效特點,由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失,效多發(fā)生在蝸輪上。,閉式蝸桿傳動主要失效形式：,蝸,輪,齒面點蝕,齒面接觸應(yīng)力,H,循環(huán)作用引起,當(dāng),z,2,80,時也會出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷,d,1,d,2,2,1,1,v,1,v,s,v,2,開式蝸桿傳動的主要失效形式,蝸輪輪齒的磨損。,齒面膠合,由于蝸桿蝸輪齒面間的相對滑,動速度較大（,）,，,效率低發(fā)熱量大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬?高而下降，潤滑條件變壞，容易發(fā)生膠合。,開式蝸桿傳動,主要是控制因磨損而引起的蝸輪輪齒的,折斷,，按,齒根,彎曲,疲勞強度,條件,設(shè)計,計算,或校核,計算,。,二）計算準則,閉式蝸桿傳動,按齒面接觸強度設(shè)計，校核齒根彎曲強,度，連續(xù)工作的閉式傳動，摩擦發(fā)熱大，效率低，溫,度升高，散熱不好，引起潤滑條件惡化而產(chǎn)生膠合，,還需進行傳動效率和熱平衡計算以控制溫升。,結(jié)束,制作：,