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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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