华中科技大学机械设计基础课件蜗杆.ppt

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1、第四章蜗杆传动设计按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动蜗杆传动的特点：结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大但效率低；制造成本较高§4-1概述用于空间交错轴间的传动，通常Σ=90°蜗杆传动的类型：环面蜗杆传动锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆传动渐开线蜗杆传动法向直齿廓蜗杆传动§4-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数●模数m和压力角α中间平面—包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面蜗轮加工—滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合正确啮合条件：在中间平面内mx1=mt2=mαx1=αt2=α=20°蜗杆轴面模数蜗轮端面

2、模数标准模数蜗杆轴面压力角蜗轮端面压力角●蜗杆导程角γ与蜗轮螺旋角β之关系Σ=90°时：γ=βγβ且旋向相同●蜗杆直径系数q及分度圆直径d1d1—标准系列值限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化蜗杆直径系数：q=d1/m→d1=mqq与导程角γ之关系：●齿面间相对滑动速度vs由此可见，vs>v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。z1=1~4●蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及传动比ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?≠d2/d1但z1少，效率低重载时取z1>1要求自锁z1=1z1过多,制造困难z2=iz1=28~80常取z2=32~63二、几何尺寸计算中心距a=(d1+d2)/2=m(

3、q+z2)/2其他尺寸计算见表6-2普通圆柱蜗杆传动与齿轮传动的区别：传动比i—齿轮传动蜗杆传动i=d2/d1i≠d2/d1m、α—法面为标准值中间平面为标准值β—β1=-β2γ=β,旋向相同d1—d1=mnz1/cosβd1=mq,且为标准值材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度碳钢—45号钢调质或淬火§4-3蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗杆合金钢—20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜ZCuSn10P1—适合高速蜗轮铸铝青铜ZCuAl9Fe3—低速重载灰铸铁HT200—低速轻载减摩性好蜗杆结构蜗轮结构§4-4蜗杆传动的强度计算一、失效形式和设计准则齿面点蚀—蜗轮材料为铸锡青

4、铜时，此种材料强度稍低齿面胶合—蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时齿面磨损—开式传动或润滑油不清洁轮齿折断—蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度设计准则：闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，z2>80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度各力关系：各力方向：二、受力分析Ft、Fr同斜齿轮Fa—用主动轮左右手定则判断，一般蜗杆主动。各力大小：1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮计算载荷：则—T2=ηiT1KT2=ηiKT1K=1~1.4载荷平稳、vs≤3m/s时，取小值三

5、、蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点：因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导蜗轮齿面接触强度条件——设计式——说明：计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，T2=ηiT1m、d1相互关联，故设计时计算m2d1，m2d1求出后，查表6-1选择合适的m、d1如：m2d1≥4800，则m＝8、d1＝80四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算按斜齿轮的方法计算但蜗轮齿形、载荷分布复杂，只能得出近似解弯曲强度条件—设计式—YFa—蜗轮齿形系数按当量齿数zv=z2/cos3γ查表6-3由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z2特多或开

6、式传动中计算弯曲强度才有意义。五、蜗轮材料的许用应力许用应力与蜗轮材料有关，见表6-4蜗轮材料为铸锡青铜时：主要失效形式是疲劳点蚀，σHP与vs无关蜗轮材料为铸铝青铜或灰铸铁时：主要失效形式是齿面胶合，σHP与应考虑胶合的影响胶合失效与vs有关，vs↑→σHP↓估算vs：设计后需验算vs，若与估算值相差太远，则重选vs再设计§4-5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、效率η=η1η2η3与齿轮传动相同：啮合效率类似于螺旋副：η2η3≈0.95~0.96故：设计之初，η未知，可按z1初选：由此可知，z1↑→γ↑→η↑z1=1时，η=0.7~0.75z2=2时，η=0.75~0.82z2

7、=4时，η=0.87~0.92自锁时，η<0.5提示：设计完成后，需验算η，若与初选值相差太远，则需重选η再设计。二、润滑一般情况下，采用浸油润滑vs很大时，采用喷油润滑v1小时，蜗杆下置v1>4m/s时蜗杆上置有利于润滑避免过大的搅油损失蜗杆下置蜗杆上置三、蜗杆传动的热平衡计算对象—连续工作的闭式蜗杆传动t油温时间t—热平衡时的油温目的—控制油温，防止胶合热平衡时，单位时间内：发热量=散热量H1=P1-P2=1000P1（1-η）W单位时间内的发热量：单