华中科技大学机械设计基础课件蜗杆VIP

1、第四章蜗杆传动设计4-1概述 用于空间交错轴间的传动，通常=90 蜗杆传动的特点： 结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大 蜗杆传动的类型：普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动 按蜗杆形状分 锥面蜗杆传动环面蜗杆传动圆柱蜗杆传动但效率低；制造成本较高 阿基米德蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动 法向直齿廓蜗杆传动4-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 模数 m 和压力角中间平蜗面杆轴包面含蜗杆蜗轴轮线端并面垂蜗直杆于轴蜗面轮轴线蜗的轮平端面面压力标角准模数模数压力角蜗轮加工模数滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆 在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合x1 = t2 = = 20mx1 = mt2 = m正

2、确啮合条件：在中间平面内一、主要参数渐开线蜗杆传动 蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系 =90 时： = 且旋向相同 蜗杆直径系数 q 及分度圆直径d1便于刀具标准化=z1pm =z1pmqqtgg=pz=z1 pz1pd1pd1 d1 标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，蜗杆直径系数：q= d1 / md1 = m qq与导程角之关系： 蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i i = n1/n2 = z2/z1= d2 / d1 ? z1 = 1 4 z过多,制造困难1 z2 = i z1=28 80常取 z2 齿面间相对滑动速度 vs= 32 63v1cosgv2sin gv=s由此可见，vs

3、v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。重载时取z1 1要求自锁z1 = 1但 z1 少，效率低 中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2 普通圆柱蜗杆传动与齿轮传动的区别： 齿轮传动 蜗杆传动i = d2 / d1i d2 / d1法面为标准值中间平面为标准值 =, 旋向相同1= - 2d1=mq,且为标准值d1= mnz1/cos传动比 i m、 d1 其他尺寸计算见表6-2二、几何尺寸计算 材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度 蜗 杆 铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速 铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载减摩性好 蜗 轮蜗杆结构蜗轮结构灰铸铁 HT20

4、0 低速轻载碳钢 45号钢调质或淬火合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr4-3蜗杆、蜗轮的材料及结构齿面点蚀 蜗轮材料为铸锡青铜时，此种材料强度稍低 蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时 开式传动或润滑油不清洁 蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷齿面胶合齿面磨损轮齿折断 由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上 对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度设计准则： 闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计， z2 80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度一、失效形式和设计准则4-4蜗杆传动的强度计算 各力方向： Ft、Fr 同斜齿轮 各力关系：r Ft1rvvrv= -Fa2 Fa1 = -Ft 2 Fr1

5、= -Fr 2 Fr1 = Fr 2= Ft 2tga Fn= Ft 2 / cosa cosg= Fa 2 = 2000T1 / d1 各力大小： Ft1 Fa1 = Ft 2= 2000T2 / d2Fa用主动轮左右手定则判断，一般蜗杆主动。二、受力分析T2= 9550P2 / n2= hP1n1= h n1= hi载荷平稳、vs3m/s时， 取小值9550P1/ n1T1P1n2n2特点： 1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因） 2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合， 蜗轮类似斜齿轮因此， 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算K

6、 = 11.4则 T2 = i T1 计算载荷： K T2 = i K T1 蜗轮齿面接触强度条件 设计式 说明：计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，T2 = i T1m、d1相互关联，故设计时计算 m2d1， m2d1求出后，查表6-1选择合适的 m、d1如：m2d14800，则 m8 、 d1 80 15000 2m2d KTmm31 z s22HPo= 15000KT2 sMPaHm2 z2 dHP21 按斜齿轮的方法计算 但蜗轮齿形、载荷分布复杂，只能得出近似解YFa 蜗轮齿形系数按当量齿数 zv = z2/cos3查表6-3由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多

7、，所以只是在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。设计式 m2 d 1560KT2YFamm3 1z s2FP弯曲强度条件 o 1560KT2 Y sMPaFm2 dzFaFP12四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 许用应力与蜗轮材料有关，见表6-4蜗轮材料为铸锡青铜时： 主要失效形式是疲劳点蚀，HP与 vs 无关蜗轮材料为铸铝青铜或灰铸铁时： 主要失效形式是齿面胶合，HP与应考虑胶合的影响 估算 vs： 设计后需验算vs ，若与估算值相差太远，则重选 vs再设计v13Pn 2m / ss40 4511胶合失效与 vs 有关， vs HP五、蜗轮材料的许用应力与齿轮传动相同： 230

8、.950.96 tgg 啮合效率类似于螺旋副： htg(g+ r)1v 故：h (0.95 0.96) tgg提示：设计完成后，需验算 ，若与初选值相差太远，则需重选再设计。tg(g+ rv )设计之初， 未知，可按 z初选：1 z2 = 4 时， = 0.870.92 = 123z2 = 2 时， = 0.750.82自锁时， 4 m/s时蜗杆上置 避免过大的搅油损失 对象 连续工作的闭式蜗杆传动 目的 控制油温，防止胶合热平衡时，单位时间内： 发热量 = 散热量油温t 时间t 热平衡时的油温三、蜗杆传动的热平衡计算二、润滑蜗杆传动Kt散热系数自然方式冷却时 Kt 中= 1心0距17A箱体散热面积箱体暴露在空气中的部分1.75A 0.33a 近似计算：mm2 100 t 0环境温度常取t 0 = 20 t温升单位时间内的发热量：H1 = P1 - P2 = 1000P1（1 - ）W单位时间内的散热量：H2 = Kt A（t- t 0 ）= Kt A tW热平衡时： 1000P1（1 - ）=Kt A t则热平衡计算式： D