第六章-蜗杆传动.学习教案

1、会计学1第六章第六章-蜗杆传动蜗杆传动.第一页，共44页。6-1 蜗杆传动的特点(tdin)和类型6-2 蜗杆传动的主要参数与几何(j h)尺寸6-3 蜗杆传动的失效形式(xngsh)、设计准则、常用材料6-4 蜗杆传动的受力分析、转向判定与滑动速度6-5 蜗杆传动的承载能力计算6-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计第1页/共44页第二页，共44页。一、特点(tdin)3、传动比大，准确恒定(hngdng)，一般 i=5802、重合度大，传动平稳，噪声低 （连续啮合）6、齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算）5、可实现自锁（效率低于40% ） 904、传动效率低，z1=1 =0.70.75,

2、z1=2 =0.750.827、技术数据: n1=4000 r/min; v1=69 m/s; P=1000kW; T2=700 kNm1、传递空间交错轴间运动与动力常用第2页/共44页第三页，共44页。二 、 类 型(lixng) 6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型、圆圆环环面面蜗蜗杆杆2、圆圆锥锥蜗蜗杆杆3、圆圆柱柱蜗蜗杆杆1）阿阿基基米米德德蜗蜗杆杆（ ZA)1(）渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ ZI)2(圆圆弧弧圆圆柱柱蜗蜗杆杆)5(）延延伸伸渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ ZN)3(）锥锥面面包包络络圆圆柱柱蜗蜗杆杆（ ZK)4(第3页/共44页第四页，共44页。）阿阿基基米米德德蜗蜗杆杆（ Z

3、A)1(6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型、圆圆柱柱蜗蜗杆杆1齿型：轴垂面：阿基米德螺线 轴 面：直廓（ x1=20直齿条齿廓 ）特点(tdin)：加工方便，应用广，不能磨削，精度低加工(ji gng)：直刃车刀，切削刃过轴线第4页/共44页第五页，共44页。6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型）渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ ZI)2(加工：两把梯形(txng)直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切 齿形： 轴垂面：渐开线， 轴剖面(pumin)：凸齿廓 基圆柱切面:直齿廓 特点：可滚切、磨削，制造精度高第5页/共44页第六页，共44页。6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型）延延伸伸渐渐开开线

4、线蜗蜗杆杆（ ZN)3(加工(ji gng)：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内 齿形：蜗杆：轴垂面：延伸(ynshn)渐开线， 轴剖面：凸齿廓 法 面：直廓（齿形角n=20 ）特点：可车、指状铣刀、盘铣刀加工，磨削困难第6页/共44页第七页，共44页。6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型）（锥锥面面包包络络圆圆柱柱蜗蜗杆杆蜗蜗杆杆ZK)4(加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线 轴剖面：凹齿廓 齿法面：凸齿廓特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用(yngyng)广泛第7页/共44页第八页，共44页。6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型圆圆弧弧圆圆

5、柱柱蜗蜗杆杆)5(加工：凸圆弧车刀车削加工齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧 蜗轮端面齿廓：凸圆弧特点：凸凹接触 高承载(chngzi)(普蜗50%)、高效90%、应用广泛第8页/共44页第九页，共44页。6-1蜗杆传动的特点(tdin)和类型、圆圆环环面面蜗蜗杆杆2、圆圆锥锥蜗蜗杆杆3结构不对称，正反向受力、承载、效率(xio l)不同。第9页/共44页第十页，共44页。三、精度(jn d)等级 6-2蜗杆传动的特点(tdin)和类型1、精度(jn d)等级：GB10095-88规定，1-12级（12级最低） 2、精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度（表6-1） 第10页/共44页第十一页，共4

6、4页。一、主要参数与选择(xunz)1、模数m和齿形角（1）中间平面(pngmin)： 过蜗杆轴线、 垂直蜗轮轴线的平面(pngmin) px1=pt2（2）啮合关系：齿条、齿轮啮合 mx1= mt2 = m; ax1= at2=a ；2=1 a a a acostantan11nx (3)基准蜗杆齿形角： 阿基米德蜗杆（ZA）： ax1= 20 渐开线蜗杆（ZI） ： an1= 20 延伸渐开线蜗杆（ZN）：an1= 20法面与轴面齿形角的关系：中间平面第11页/共44页第十二页，共44页。一、主要参数与选择(xunz)2、蜗杆的分度圆直径(zhjng)d1限制d1的目的：为了限制滚刀的数目

7、 蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同(半径相差径向间隙)，标准规定每一模数,仅对应有限数目的标准蜗杆分度圆直径d1。 mzpzdx tan 1111)(tan11蜗杆特性系数直径：qmqzmdd1(分度圆周长)mz1m蜗杆模数与分度圆直径第12页/共44页第十三页，共44页。一、主要参数与选择(xunz)3、蜗杆的头数z1、z2按传动比与效率要求(yoqi)选定 表6-3选取原则：(1) i大，取z1小，（避免z2过大，蜗轮尺寸大,蜗杆支撑跨距大）z1小，机构紧凑、加工方便；效率较低； z1大，效率越高，加工困难。 通常蜗杆头数取为1、2、4、6。(2) 传递功率大，选大z1(效

8、率高，避免发热、减低功率损失) (3) z1=1、2、4、6(4) z2=2780 （z2 27 接触线长稳定,两对齿啮合）第13页/共44页第十四页，共44页。一、主要参数与选择(xunz)4、主要(zhyo)尺寸111tanmzzmd 22mzd )(21tan(21)(2121)2121zzmzzmdda 121221ddzznni 蜗杆 蜗轮标准中心距系列：（括号内数字尽可能不用） 40,50,63,80,100,125,160,(180),200,(225),(280),315,(355),400,(450),500参数选择小结第14页/共44页第十五页，共44页。6-2蜗杆传动的主

9、要参数与几何(j h)尺寸2、变位(bin wi)特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变mxaa2 maax/ )(2 4、变位系数： 中心距 变位系数 1、变位目的：(1)凑中距(2)提高承载能力和传动效率蜗杆传动变位特点3、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变 蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合 蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合/22dd mxdd2112 第15页/共44页第十六页，共44页。一、失效形式与设计(shj)准则（1）蜗杆:蜗杆轴强度、刚度不足(bz) (蜗杆连续螺旋齿，强度高，很少失效)（2）蜗轮:胶合、点蚀、磨损（条件性设计）(1)闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶

10、合） 校核弯曲强度(2)开式传动： （磨损、断齿）按弯曲强度设计(3)系统过热：热平衡计算（闭式蜗杆）1、失效形式2、设计准则第16页/共44页第十七页，共44页。要求(yoqi)：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力6-3蜗杆传动的失效(sh xio)形式、设计准则、常用材料蜗轮材料：锡青铜:(ZCuSn10Pb1等)， 耐磨好，价格高，用于VS3 m/s铝青铜:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，强度高，价格低VS2 m/s铸 铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动蜗杆材料：高速重载合金钢 渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度5862HRC 表面淬火(45，40

11、Cr，40CrNi) 、硬度4550HRC 一般低速中载碳钢(40，45)调质，硬度200300HBS第17页/共44页第十八页，共44页。a211t12FdTF 2122t2a122diTdTFF 1t2r2r1tanxFFFa a a a a a coscosFcoscosFn1t2n1a1nF iTT121、大小与相互(xingh)关系第18页/共44页第十九页，共44页。判定：左右手定则判定：左右手定则、蜗杆轴向力、蜗杆轴向力a12F)()2()()1(111tttaFnvFvFF与轴向力关系与轴向力关系、转向、转向主动轮旋向主动轮旋向主动轮左右手定则主动轮左右手定则同向同向与与反向，

12、反向，与与圆周力圆周力从从从从主主主主 第19页/共44页第二十页，共44页。二、载荷(zi h)计算 a a coscosKFn1t2nncKFF计算载荷：计算载荷： KKKKvA）高速取大值）高速取大值动载系数（动载系数（2 . 11 vK66 使使用用系系数数，表表AK）载载荷荷平平稳稳取取小小齿齿向向载载荷荷分分布布系系数数（6 . 11 K第20页/共44页第二十一页，共44页。1、计算模型： 中间平面(pngmin)，齿条与齿轮啮合（斜齿）2、接触应力计算 LFZncEH a acoscos2 )1(122nnncdKTKFF 计算载荷：计算载荷：第21页/共44页第二十二页，共4

13、4页。2、接触应力计算 LFZncEH a aa acos360,8 . 10.7529. 1 )2(1/minmin1/mindLLdLL 蜗蜗轮轮包包围围蜗蜗杆杆理理论论弧弧长长度度接接触触线线接接触触线线长长：端面重合长度变动系数 a a coscos2 )1(122nnncdKTKFF计算载荷：计算载荷：第22页/共44页第二十三页，共44页。121122sincos21 ;cos2sin (3)xxdda a a a M MP Pa a1604 EZ）（49622212HHzmdKT 校校核核式式：322212496mmzKTdmH 设计式：设计式：第23页/共44页第二十四页，共4

14、4页。-蜗轮材料(cilio)的基本许用接触应力 表6-7NHHZ 5 ）许用接触应力计算）许用接触应力计算（ H 铝铁青铜、灰铸铁：强度高，抗点蚀；易胶合、磨损失效H与速度有关(yugun)，由表中直接选取，ZN=18710NZN锡青铜：抗胶合能力强；易点蚀，H与寿命有关，需要计入寿命影响第24页/共44页第二十五页，共44页。1、计算(j sun)模型： 按斜齿轮近似计算(j sun)32221222212cos53. 1/cos53. 1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF 设计式：设计式：校核式：校核式：2、弯强度计算式96/10 (1) NYFNFF 许用应力许用应力式中

15、：式中：86cos2322 查查表表按按当当量量齿齿数数）（zzYvFa11112arctan )3(dmzdmdm 精精算算、取取标标准准；计计算算按按弯弯强强度度设设计计时时，初初取取第25页/共44页第二十六页，共44页。1、闭式蜗杆传动效率(xio l)四、蜗杆传动效率与热平衡计算= 1 .2. 3（1）1啮合效率)tan(tan1vv当量摩擦角，根据滑动速度vs选取，p194表6-10 cos100060cos111ndvvs蜗杆分度圆导程角；d1蜗杆分度圆直径；n1蜗杆的转速r/min。第26页/共44页第二十七页，共44页。z1=1, z1=2, z1=4 z1=6=0.7 =0

16、.8 =0.9 =0.95（2）2轴承效率 3搅油效率一般取2 .3=0.950.96估算( sun)总效率 = 1 .2. 3第27页/共44页第二十八页，共44页。目 的：提高效率，控制温升，减少磨损，避免(bmin)胶合润滑油：高粘矿物油； 重载频繁(pnfn)启动蜗杆，加抗磨、抗胶合添加剂润滑方式选择：表6-11 蜗杆传动的润滑方式润滑油粘度：按力-速度因子 =H/v1 查图6-16 定油粘度润滑油牌号：查表6-12润滑油油量：下置、侧置蜗杆：浸油深一个蜗杆齿高 上置蜗杆：浸油深 1/3 蜗轮外径第28页/共44页第二十九页，共44页。3、闭式蜗杆热平衡计算(j sun)120211)

17、()1(1000HHttAKHPHd 热热平平衡衡条条件件：散散热热功功率率：发发热热功功率率：CAKPttd)1(100010 平平衡衡油油温温：A有效散热面积（箱内高温油可溅到、箱外接触空气可散热）P1蜗杆传动的功率Kd箱体表面散热系数（8.1517.45 W/m2 C）t油的工作温度t0周围空气温度Ctt8075热热平平衡衡条条件件： 第29页/共44页第三十页，共44页。4、蜗杆传动散热措施(cush)（1） 加散热片以增大(zn d)散热面积（2） 在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通散热片溅油轮风扇过滤网集气罩空气流空气流第30页/共44页第三十一页，共44页。4、蜗杆传动散热措施(c

18、ush)(3) 加冷却管路或压力(yl)喷油循环润滑冷却通水油泵过滤器冷却器传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器第31页/共44页第三十二页，共44页。一、蜗杆的结构(jigu)蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开(fn ki)制作。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度 较前一种差。第32页/共44页第三十三页，共44页。圆柱(yunzh)蜗杆和蜗轮的结构设计2二、蜗轮的结构(jigu)为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮铸铁或小尺寸青铜蜗轮大尺寸、易磨损蜗轮小尺不太大温度变化不大铸铁轮芯+青铜轮缘，批量生产2-3mm第33页/共44页第三十四页，共44页。第34页/共44页第三十五页，共44页。本章(bn zhn)结束第35页/共44页第三十六页，共44页。1122dddd1122dddd1122dddd1122dddd1122dddd返回(fnhu)调用第36页/共44页第三十七页，共4