西南交通大学机械设计

蜗杆传动

蜗杆传动概述失效形式与设计准则

材料选择与结构形式主要参数和几何关系蜗杆传动受力分析蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的挠度计算

蜗杆传动的润滑、温度计算§1概述一、特点和应用外形类似：

螺旋与斜齿轮的传动从中间平面剖开：

齿轮与齿条的传动（虚拟现实中的蜗杆传动）1、应用P750KW（通常＜50KW），Vs35m/s（通常＜15m/s）。由于i大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。2、特点1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。2）i大蜗杆——1、2、4、6传递动力时：i=8~100（常用15~50）传递运动时：i=几百~上千（单头，η↓）用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直为什么？优点：齿轮——z1>173）结构紧凑、重量轻、噪音小。4）自锁性能好(用于提升机构)。缺点：1）制造成本高，加工困难。2）滑动速度vs大。3）η低。4）蜗轮需用贵重的减摩材料。1、按蜗杆形状分圆柱蜗杆环面蜗杆锥蜗杆二、分类ZA型:阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线ZI型:渐开线蜗杆端面：渐开线,较精密传动ZN型:法向直廓蜗杆(刀具加工位置不同)圆柱蜗杆锥蜗杆：啮合齿数多，ε↑，平稳↑，承载↑。环面蜗杆：接触齿对数↑，承载↑（1.5~4）倍，η高，但制造安装要求高。2、按蜗杆头数分单头蜗杆：i↑，自锁性↑，η↓多头蜗杆：相反3、按旋向分左旋右旋一般采用右旋三、精度等级12个等级：动力传动：6~9级测量分度：5级或以上§2失效形式、材料选择和结构一、失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断∵vs↑→η↓、发热↑→主要为：胶合、磨损、点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。二、材料vs↑减摩性↑、强度↑不能都用硬材料1、蜗轮——指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs≥12~26m/s铸铝青铜：vs≤10m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs≤2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2、蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬面蜗杆：首选淬火→磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。2、蜗轮整体式齿冠：用贵重耐磨金属(青铜)轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）过盈螺栓（铰制孔）三、结构1、蜗杆：与轴一体。车制、铣制。组合式§3圆柱蜗杆传动的基本参数一、基本齿廓中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。、二、模数m正确啮合条件：轴向端面∴—标准值(与齿轮不同,表13.4)——蜗杆导程角三、齿形角刀具基准齿形的齿形角：阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角法向直廓蜗杆：法向齿形角四、蜗杆分度圆直径d1（中圆直径）↓刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值πd1pxpx加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和γ的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。d1m表13.4五、蜗杆直径系数qd1、m——为标准值∴q为导出值,不一定为整数。六、蜗杆导程角γγ↑→η↑γ↓→η↓γ↑↑→制造困难m一定时，q↑——d1↑——蜗杆刚度↑z1一定时，q↑——γ↓——η↓，自锁性↑∴小m蜗杆→选用大q，保证强度和刚度→适于小P大m蜗杆→选用小q，保证效率→适于大P传递动力时:头数z1↑—γ↑—η↑∴采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用单头蜗杆七、z1、z2蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等z1↑↑——加工困难传递动力：（↑传动平稳性，避免根切）(z2↑—d2↑—蜗杆轴长↑—刚度↓)∴一般取z2=32~80z1~z2：互质→均匀磨损八、i、u蜗杆主动时:九、中心距a（应按p264系列值选取）十、变位系数1、变位目的：配凑中心距；凑传动比。2、变位方法：与齿轮变位相同,靠刀具的移位实现变位。故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。4、变位类型1）齿数不变，凑ax>0，正变位x<0负变位3、变位结果∴蜗杆——各部分尺寸不变，但节线变化蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆。蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线)∴蜗轮——尺寸发生变化，但2）a不变，齿数变化，凑i凑i：（a不变，→）[例13.1]、[例13.2]x＞0齿数↓x＜0齿数↑§4几何计算（略）§5受力分析与效率计算一、作用力圆周力：轴向力：(蜗杆主动)——啮合效率忽略Ff，Fn径向力：方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向→n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2→n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：※n2n13）旋向判定∵蜗轮与蜗杆旋向相同。v2练习：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅱ为输出，轴Ⅲ转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa22.Fa3→Fa2→Ft1→n1蜗轮右旋n4输出ⅢⅠⅡ1234蜗杆右旋→二、传动效率与齿轮类似：1、啮合η1：近似按螺旋副计算（蜗杆主动）（蜗轮主动）ρv——当量摩擦角，与vs有关。说明：1）vs↑→μv↓→ρv↓油膜易形成→η1↑2）γ为影响η1的主要因素：γ↑→η1↑时，η1→max此后，γ↑→η1↓（p268表13.6）一般取后：η↑缓慢γ大时，加工困难2、η2搅油效率：3、η3轴承效率：§6圆柱蜗杆传动的强度计算∵蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对蜗轮一、接触强度计算校核式设计式参数说明：1）T2——蜗轮转矩,N·mm2）KA——使用系数,表12.9（同齿轮传动）3）ZE——弹性系数,表13.2，P2604）Zρ——接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,Zρ初值a根据查得。设计时：未知，初选值（蜗杆主动）b）↑—η↓5）Zn——转速系数（式13.17、13.18）6）Zh——寿命系数基本公式即7）求d1、z1、z2、m。P271三、弯曲强度计算难于精算条件性估算参见式13.24（P272）弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。讨论：Zρ↓→σH↓a一定时，↑—d1↑—↑蜗杆刚度d1一定时，↑—a↓—结构紧凑——蜗杆传动的重要参数a）↑—§8温度计算（热平衡计算）由于η↓——发热大易胶合即：发热率H1=散热率H2摩擦功耗：∴冷却散去的热量：环境温度t0=20°箱内工作温度散热面积，可由13.27式估算表面传热系数，则：热平衡计算油温比t1高15℃左右，∴油温小于100℃。※蜗杆上置：飞溅冷却作用差，0.8αW若t1太高，可采取如下措施：2、蜗杆轴端装风扇1、加散热片3、外冷却压力喷油润滑4、油池内安装蛇形冷却水管§9润滑一、油粘度与润滑方法运动粘度:υ40℃↑——抗胶合↑润滑方法：：蜗杆下置浸油润滑：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端二、蜗杆布置与润滑方式蜗杆下置：浸入油中深度至少一个牙高，但油面不应超过轴承最低滚动体的中心。蜗杆上置：浸入油池的蜗轮深度为（1/6~1/3）r2蜗杆下置式冷却效果更好。§10提高圆柱蜗杆传动承载能力的措施不同位置：接触线与v1夹角不同,