涡轮蜗杆受力分析习题课

1、蜗杆传动减速蜗杆传动减速 机，其承载能机，其承载能 力大，传动效力大，传动效 率高，结构紧率高，结构紧 凑、合理。这凑、合理。这 种减速机可以种减速机可以 广泛地应用于广泛地应用于 各种传动机械各种传动机械 中的减速传动，中的减速传动， 如冶金、矿产、如冶金、矿产、 起重、化工、起重、化工、 建筑、橡塑、建筑、橡塑、 船舶等行业以船舶等行业以 及其它机械设及其它机械设 备上。备上。 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 分析蜗杆传动作用力时，可先根据蜗杆的 螺旋线旋向和蜗杆旋转方向，按照下面方 法确定蜗轮的旋转方向。例如图所示为蜗 杆下置的传动，当蜗杆转动方向为箭头朝 上时，蜗轮为逆时

2、针方向旋转。 水平蜗杆 环面蜗杆 涡轮蜗杆方向判断涡轮蜗杆方向判断 右旋蜗杆可按如下方法进行判断： 具体判断时，可把蜗杆看作螺杆，涡轮看作螺母来考察其相对运动。拇指伸直，其余四指握拳，令四指弯 曲方向与蜗杆转动方向一致，则拇指的指向既是螺杆相对螺母的前进的方向。按照相对运动的原理，螺母 相对螺杆的运动方向应与此相反。 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动的受力分析和斜齿轮相 似，齿面上的法向力Fn可分解为 三个相互垂直的分力：圆周力Ft、 轴向Fa和径向力Fr。上例中各分力 的方向如图所示。当蜗杆轴和蜗 轮轴交错成90o时，蜗杆圆周力Ft1 等于蜗轮轴向力Fa2，蜗杆轴向力

3、Fa1等于蜗轮圆周力Ft2，蜗杆径向 力Fr1等于蜗轮径向力Fr2，即 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 上式中：T1和T2分别为作 用在蜗杆和涡轮上的转矩； T2T1i，为蜗杆传动 的效率。 蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为计算基础。如以蜗杆蜗轮在节点处啮合的相应参 数代人式(99)，便可得到轮齿齿面接触强度的验算公式 上式适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮(指 齿圈)。 由式 可得设计公式如下： 上两式中K为载荷系数。当考虑载荷集中和动载荷的影响时，可取K=1.11.3。 其余参数的单位：T2为Nmm，H和H为MPa，m、d1和d2为mm。设计计 算时可按m2d1

4、值由表121确定模数m和蜗杆分度圆直径d1。 若蜗轮齿圈是锡青铜制造的，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用接触应力列于表12-4中。若蜗轮用无 锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。这时接触强度计算是条件性计算，故许用应力应根据 材料组合和滑动速度来确定。表12-5的许用接触应力就是根据抗胶合条件拟定的。 已知：电机驱动，蜗杆传动电机功率P1=5.5kW， n1=960r/min， i =21，载荷平稳，单向运转。 求：设计蜗杆传动。 :解 例题分析 选材料及确定许用应力)1( 。估计： 2 N/mm160 ,/5 Hs smv 选蜗杆头数)2(42 12 izz 矩确定蜗轮轴的转速

5、和转)3( min/r7 .45 1 2 i n n82. 0, 2 . 1 K取： mmN1013. 1 1055. 9 6 2 1 6 12 n KP iKTKT 铝青铜。蜗轮用，蜗杆用310,5045HRCC40 r 2 1 z取： 确定模数)4( 按齿面接触强度计算 8171 500 2 2 2 1 2 KT z dm H 由表121查得： 确定中心距)5( mmzqma255)(5 . 0 2 确定几何尺寸)6( s v计算滑移速度)7( sm nd v/52. 4 100060 11 1 cos 1 v vs 0 1 5288.12 q z arctg sm v vs/63. 4

6、cos 1 一、蜗杆传动的效率 与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：， 以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其中最主要的是 ，相应的啮合效率可根据螺旋传动的效率公式求得。蜗杆主 动时，蜗杆传动的总效率为 321 0.980.96 0.99 ) ( 33 22 11 搅油损耗， 轴承中摩擦损耗， 轮齿啮合效率，其中： tg tg ) ( )97. 095. 0( tg tg 式中：为蜗杆导程角；为当量摩擦角， =arctgf。当量摩擦系数 f主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度等有关(见表126) 由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热， 会引起箱体内油

7、温升高、润滑失效，导致轮齿磨损 加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆 传动要进行热平衡计算。 若油温过高，则首先考虑在不增大箱体尺寸的前提下，设法增加散热面积。若仍未能满足要求，则可采用 下列强制冷却的措施以增大其散热能力： 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动的受力分析和斜齿轮相 似，齿面上的法向力Fn可分解为 三个相互垂直的分力：圆周力Ft、 轴向Fa和径向力Fr。上例中各分力 的方向如图所示。当蜗杆轴和蜗 轮轴交错成90o时，蜗杆圆周力Ft1 等于蜗轮轴向力Fa2，蜗杆轴向力 Fa1等于蜗轮圆周力Ft2，蜗杆径向 力Fr1等于蜗轮径向力Fr2，即 蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为计算基础。如以蜗杆蜗轮在节点处啮合的相应参 数代人式(99)，便可得到轮齿齿面接触强度的验算公式 上式适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮(指 齿圈)。 确定模数)4( 按齿面接触强度计算 8171 500 2 2 2 1 2 KT z dm H 由表121查得： 式中：为蜗杆导程角；为当量摩擦角， =arctgf