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文档简介
§7蜗杆传动wormgearing
(shaftangle交错轴Σ=90°)§7-1Generalconsiderations概述§7-2ChoiceoftheparametersandgeometricalcalculationsforArchimedeanwormgearing普通圆柱蜗杆传动参数选择和几何计算§7-3Materials,typesoffailureanddesigncriteria蜗杆传动材料、失效和计算准则§7-4Forcesinwormgearing受力分析§7-5Strengthcalculations强度计算§7-6Heatbalancecalculation热平衡计算Designexample习题课Characteristicsandapplications特点和应用Typesofthewormgearing
分类§7-1Generalconsiderations概述
回总目录1、Advantages①Highspeedratio
i→Smalloverallsize(Z=1~4)结构紧凑②
Smoothandsilentoperation平稳,噪音小(Continuousengagementbetweenwormandwormgear
蜗杆与蜗轮连续啮合)Formotiondrives
传递运动:Upto1000Forpowerdrives
传递动力:8~80一、Characteristicsandapplications特点和应用
2、
Drawbacks①
Lowefficiency效率低(Σ=90°,Vs)UsuallyP<50KW②
Highcost成本高(
Thenecessityofusingexpensiveantifrictionmaterialsforthewormgear蜗轮轮圈用贵重有色金属青铜制造)3、Applications应用二、
Types
分类
:1、
Cylindricalwormgearing
圆柱蜗杆传动:Byshapeofthethreadsinanendsection按轴截面内螺旋线形状分:2、
Envelopingwormgearing环面蜗杆传动3、
Conewormgearing锥蜗杆传动①
Archimedeanworm阿基米德蜗杆(
Ordinary普通)②
Involuteworm渐开线蜗杆③Convoluteworm延伸渐开线蜗杆(
Straight-sidedinthesectionnormaltothethread
法向直廓)三、Meshingfeaturesoftheordinarycylindricalwormgearing普通圆柱蜗杆传动啮合特点Centralcrosssection
中间平面(主平面):Aplanewhichisnormaltothewormgearshaftandparalleltowormshaft通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面Thetoothprofileonwormisstraight-sided蜗杆齿廓:直线Thetoothprofileonwormgearisinvolute蜗轮齿廓:渐开线Meshbetweenastraight-sidedrackandaninvolutegear
为(直)齿条与渐开线齿轮啮合Specialfeatures特点:Inthecentralcrosssection中间平面内特点:中间平面内蜗杆齿廓:直线蜗轮齿廓:渐开线为(直)齿条与渐开线齿轮啮合BACK§7-2Choiceoftheparametersand
geometricalcalculationsfor
Archimedeanwormgearing
普通圆柱蜗杆传动参数选择和几何计算
Choiceoftheparameters参数选择Geometricalcalculations
几何计算回总目录1、Modules
模数m,
Profileangle
齿形角α
Inacentralcrosssection,modulesandprofileanglearestandardized
中间平面内为标准值
α=20°m——P84表6-4
一、Choiceofparameters参数选择
2、d1,qd1——Thepitchdiameterofaworm
蜗杆中圆直径q——Thewormdiameterfactor
蜗杆直径系数①Gear齿轮d1=mZ1IfmandZ1aredetermined,d1isdetermined.②Worm蜗杆d1=mZ1/tgγ≠mZ1m,ifmandZ1aredetermined,d1isindeterminate.③Numberofthehobscuttingwormgearsdependsonthediameterd1
Inordertolimitnumberofthehobsandstandardize
them,severalstandarddiametersarespecified
d1多,则加工蜗轮滚刀多
为减少刀具数目,并便于实现标准化、系列化:对每一m蜗杆规定几个标准d1——P84表6-43、i、Z1、Z2①Z1thenumberofworm
蜗杆头数
1,2,4,6P83:Z1=f(i)②i
Speedratio
传动比★Z1↓i↑η↓★Z1↑η↑i↓加工难③Z2=i
Z1
28≤Z2≤100(32~63isoptimalforpowerdrives一般32~63)★Z2<28,Stationery则平稳性↓★Z2>100,则d2=mZ2↑Longerdistancebetweenthebearingsoftheworm→杆长↑→Rigidityofworm杆刚度↓④γThepitchhelixangleoftheworm
蜗杆导程角γ>33°ηIncreasesslightly,Difficultiesinmanufacture
η
↑缓慢,加工难γ<3.5°Self-locking自锁γ=3.5°~33°η低二、Geometricalcalculations
几何计算Application
传动功用、i→Z1(Z2=iZ1)Strengthconditions
强度条件,qP78表4-5Geometricaldimensions
arecalculated
计算几何尺寸.BACK§7-3Materials,typesoffailureanddesigncriteria
蜗杆传动材料、失效和计算准则
Materials材料Typesoffailure失效形式Designcriteria计算准则Structureandmanufactureofthewormandwormgear蜗轮蜗杆的结构及加工方法回总目录一、Materials材料Requirements要求:NotonlyhaveenoughstrengthAndthegoodantifrictionismoreimportant
不仅要有一定强度,更重要的是要有良好的减摩性和耐磨性。(Materialpairsoflowandhighlevelsofhardness软硬相配)1、Wormmaterials蜗杆Usually:45Structurallyimprovement调质
Highvelocitiesandheavyload
高速重载:45、40Cr、20CrHardening淬火
2、Wormgearmaterials蜗轮
Highvelocitiesandheavyload高速重载Tinbronze锡青铜ZCuSn10P1ZCuSn5Pn5Zn5Betterseize-resistantlowerstrengthhighercost抗胶合能力强,机械强度低,价格高(σb<300MPa)(Vs=12~25m/s)ZCuAl10Fe3Mn2ZCuAl8Mn13Fe3Ni2Lowerseize-resistant,Higherstrength,Lowercost抗胶合能力差,机械强度高,价格低(σb>300MPa)Usually:Aluminum-Ironbronze铸铝青铜(Vs=2~8m/s)Lowvelocitiesandlightload低速轻载:Castiron
灰铸铁HT200HT150(Vs<2m/s)BACK二、Typesoffailure失效形式Similartotypesoffailureinthetoothedgearing:Fatiguepitting,Seizing,Abrasivewear,Plasticflowofmaterialandtoothbreakage与齿轮类似:点蚀、胶合、磨损、塑性变形、断齿Specialfeaturesasbelow特点如下:①Wormgearfailure蜗轮失效(Strengthofthewormismorethantheoneofwormgear蜗杆强度高于蜗轮)Tinbronze锡青铜:Theprincipaltypesoffailurearepitting点蚀为主(Becauseithasgoodseize-resistantability抗胶合能力强)Aluminum-ironbronzeandcastiron无锡青铜和铸铁:Theprincipaltypesoffailureareseize胶合为主
②Closeddrives闭式传动:③Opendrive开式传动:Breakageafterseverewear磨损→折断BACK三、Designcriteria计算准则
Closeddrive闭式传动①Designedaccordingtocontactfatiguestrengthofthetoothsurface按齿面接触疲劳强度设计②Checkedaccordingbendingfatiguestrengthofthetoothroot按齿根弯曲疲劳强度校核③Heatbalancecalculation热平衡计算Opendrive开式传动:
Designaccordingtobendingfatiguestrength按弯曲疲劳强度设计1、Structure
结构①Wormgear
蜗轮②Worm
蜗杆2、Manufacture
加工方法①Wormgear
蜗轮②Worm
蜗杆
四、Structureandmanufactureofthewormandwormgear
蜗轮蜗杆的结构及加工方法Wormsaremadeintegralwiththeshaftandareseldommadefabricated,thefollowingtypesofthewormdesignsareused蜗杆通常与轴做成整体,很少做成装配式,可分为:Withtoolescape有退刀槽Withouttoolescape
无退刀槽BACKRelationshipbetweenforcesactingonwormandwormgear各力间关系Magnitudeofforces力的大小Directionofforces力的方向§7-4Forcesinwormgearing
受力分析
回总目录一、
Relationshipbetweenforces
各力间关系
BACK二、Magnitudeofforces力的大小
BACK3三、Directionofforces力的方向
AsbeforeWormdrivingHelixdirection:lefthandforleft-handhelixgearandrighthandforright-handhelixgear.
Rotatingdirection:bendingdirectionoffourfingers.DirectionofFa1:ThesamedirectionofthumbingBACKContactfatiguestrengthofthetoothsurfaceonwormgear蜗轮齿面接触疲劳强度计算Bendingfatiguestrengthofthetoothrootonwormgear蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算§7-5Strengthcalculations
强度计算
回总目录一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算
ContactfatiguestrengthofthetoothsurfaceonwormgearInthecentralcrosssection,thetoothprofilesofthewormandwormgeararethesameasthatofinvoluteshelicalgearandrack.Hence,thestrengthcalculationsaredoneforthetoothprofilesoftheirequivalentspurgearandrack.在主平面内,蜗轮蜗杆的啮合相当于一对渐开线斜齿轮与斜齿条的啮合→取其当量直齿轮与直齿条的啮合进行强度计算。②③Lengthofthecontactline接触线长度L计入:a、多对齿啮合→×εab、齿倾斜→÷cosγc、接触线长度变化系数→χεa=2θ=100°χmin=0.75Takingintoaccountthefollowingfactors:a、Morethanonepairofteethmesheachother多对齿啮合→×εab、Theteethareinclinedtotheelementsofthecylindersoftheworm齿倾斜→÷cosγc、Changefactorofthecontactlinelength
接触线长度变化系数→χεa=2θ=100°χmin=0.75④Substitutingequations把式②、③、④代入intoequation①:Forchecking⑤Substitutingd1=mqandd2=mz2intoaboveequation:Fordesign①[σ]H:Tinbronze锡青铜(σb≤300MPa):
Theprincipaltypeoffailureispitting,[σ]Hdependonthenumberofstresscycles点蚀为主,[σ]H与应力循环次数N有关;2、Notes:Aluminium-ironbronze无锡青铜(σb>300MPa):
Principaltypeoffailureisseizure,[σ]Hisindependentofthenumberofstresscycles,butdependsonslidingvelocity.胶合为主,[σ]H与应力循环次数N无关而与相对滑动速度Vs有关。②K=KAKVKβSteadyload→KA、KV、Kβ
SmallervaluesofKA、KV、Kβ
见P80表4-6及P80说明BACK二、Bendingfatiguestrengthoftoothrootonwormgear
蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算Byanalogywithhelicalgearing,butstressconcentrationfactorstressconcentrationfactorYsaisnotconsidered
按斜齿轮方法计算但不计应力修正系数Ysa★①★②Theteethofwormgearsaretakenfrom20to40%strongerthanthoseofhelicalgears弯曲强度与斜齿轮相比增大约40%→Strengthincreasingfactor强度增长系数1.4Tooththicknessgrows(Theirarchedtoothshaperesultsinso-callednaturalcorrectionwhichoccursinallcrosssectionsexceptthecentralone)★③Themaximumallowablewearamountofthetoothrootthicknessis20%
允许齿根厚度最大磨损20%→补偿轮齿磨损系数1.5F★
④ForcheckingFordesignNotes说明①
YF,Formfactorforwormgearteeth,selectedaccordingtothevirtualnumberofteethZv=Z2/cos3γ.YF齿形系数,根据Zv=Z2/cos3γ查取P82表4-8②YβHelixanglefactor螺旋角系数BACK§4-6
Heatbalancecalculation
热平衡计算
Efficiency
效率η=η1η2η3Heatbalancecalculation
热平衡计算回总目录一、Efficiency
效率η=η1η2η31、η1——Efficiencyinengagement
啮合效率(Theslidingvelocitybetweentoothsurfaces
齿面间相对滑动→Powerlosses功率损失)Meshlosspowerisprincipallosspower.Itiscomputedapproximatelybyefficiencyformulaforscrews
最主要功率损失近似用螺旋面效率计算公式①
Equivalentfrictionangle
ρv当量摩擦角=f(
Pairofmaterials材料组合、
Typesoflubricationoils润滑剂、Vs........)
Vs↑→ρv↓→η↑②Theslidingvelocity
Vs相对滑动速度2、η2——Efficiencyinsplashi
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