蝸輪和蝸桿設(shè)計(jì)詳解.ppt

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11 1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn) 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 11 3蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算 11 4蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu) 11 5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 6蝸桿傳動(dòng)的效率 潤(rùn)滑及熱平衡 11 7普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí) 11 8常用各類齒輪傳動(dòng)的選擇 第11章祥解蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11 1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn) 其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成 車刀安裝位置不同 加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同 其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的 其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面 這種蝸桿同時(shí)嚙合齒數(shù)多 傳動(dòng)平穩(wěn) 齒面利于潤(rùn)滑油膜形成 傳動(dòng)效率較高 11 1 1蝸桿傳動(dòng)的類型 同時(shí)嚙合齒數(shù)多 重合度大 傳動(dòng)比范圍大 10 360 承載能力和效率較高 可節(jié)約有色金屬 11 1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn) 11 1 2蝸輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 蝸桿傳動(dòng)的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 傳動(dòng)比大 傳動(dòng)平穩(wěn) 噪聲小 可制成具有自鎖性的蝸桿 蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是效率較低 蝸輪的造價(jià)較高 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面 稱為中間平面 在中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的嚙合就相當(dāng)于漸開線齒條與齒輪的嚙合 在蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中 均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準(zhǔn) 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 11 2 1蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇 1 蝸桿的頭數(shù)z1 蝸輪齒數(shù)z2和傳動(dòng)比i 較少的蝸桿頭數(shù) 如 單頭蝸桿 可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比 但傳動(dòng)效率較低 蝸桿頭數(shù)越多 傳動(dòng)效率越高 但蝸桿頭數(shù)過多時(shí)不易加工 通常蝸桿頭數(shù)取為1 2 4 6 蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動(dòng)比 即z2 iz1 z2不宜太小 如z2 26 否則將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差 z2也不宜太大 否則在模數(shù)一定時(shí) 蝸輪直徑將增大 從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大 降低蝸桿的彎曲剛度 傳動(dòng)比i 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 2 模數(shù)m和壓力角a 3 導(dǎo)程角l 在m和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí) z1 l 正確嚙合時(shí) 蝸輪蝸桿螺旋線方向相同 且l b 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 4 蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q 由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的 為了限制滾刀的數(shù)目 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1 直徑d1與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù) 當(dāng)模數(shù)m一定時(shí) q值增大則蝸桿直徑d1增大 蝸桿的剛度提高 因此 對(duì)于小模數(shù)蝸桿 規(guī)定了較大的q值 以保證蝸桿有足夠的剛度 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 5 中心距 11 2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 11 2 2蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)中心距 徑向間隙 蝸輪螺旋角 蝸桿導(dǎo)程角 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 齒根高 齒頂高 分度圓直徑 蝸輪 蝸桿 計(jì)算公式 符號(hào) 名稱 11 3蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則 11 3 1蝸桿傳動(dòng)的失效形式 1 齒面見相對(duì)滑動(dòng)速度v 蝸桿傳動(dòng)的主要問題是摩擦磨損嚴(yán)重 這是設(shè)計(jì)中要解決的主要問題 蝸輪磨損 系統(tǒng)過熱 蝸桿剛度不足是主要的失效形式 2 齒輪的失效形式 11 3蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則 11 3 2蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算準(zhǔn)則 對(duì)于閉式蝸輪傳動(dòng) 通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來設(shè)計(jì) 并校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 對(duì)于開式蝸輪傳動(dòng) 或傳動(dòng)時(shí)載荷變動(dòng)較大 或蝸輪齒數(shù)z2大于90時(shí) 通常只須按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)摩擦嚴(yán)重 發(fā)熱大 效率低 對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)還必須作熱平衡計(jì)算 以免發(fā)生膠合失效 11 4蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu) 11 4 1蝸桿傳動(dòng)的材料 為了減摩 通常蝸桿用鋼材 蝸輪用有色金屬 銅合金 鋁合金 高速重載的蝸桿常用15Cr 20Cr滲碳淬火 或45鋼 40Cr淬火 低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì) 蝸輪常用材料有 鑄造錫青銅 鑄造鋁青銅 灰鑄鐵等 11 4蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu) 11 4 2蝸桿 蝸輪的結(jié)構(gòu) 1 蝸桿的結(jié)構(gòu) 蝸桿螺旋部分的直徑不大 所以常和軸做成一個(gè)整體 當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí) 可以將軸與蝸桿分開制作 無退刀槽 加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法 有退刀槽 螺旋部分可用車制 也可用銑制加工 但該結(jié)構(gòu)的剛度較前一種差 2 蝸輪的結(jié)構(gòu) 為了減摩的需要 蝸輪通常要用青銅制作 為了節(jié)省銅材 當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí) 采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu) 齒圈用青銅 輪芯用鑄鐵或碳素鋼 常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下 11 4蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu) 觀看渦輪照片 11 5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算2 11 5 1蝸桿傳動(dòng)的受力分析 蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似 輪齒在受到法向載荷Fn的情況下 可分解出徑向載荷Fr 周向載荷Ft 軸向載荷Fa 蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 在不計(jì)摩擦力時(shí) 有以下關(guān)系 11 5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 5 2蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為 適用于鋼制蝸桿對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪 渦輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 11 5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 5 3蝸輪齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 渦輪齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為 設(shè)計(jì)公式為 11 5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 5 4蝸桿材料的許用應(yīng)力 1 蝸輪材料的許用應(yīng)力 sH 蝸輪材料的許用應(yīng)力 sH 由材料的抗失效能力決定 其計(jì)算公式為 2 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 sF 11 6蝸桿傳動(dòng)的效率 潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算 11 6 1蝸桿傳動(dòng)效率 h1 計(jì)及嚙合摩擦損耗的效率 h2 計(jì)及軸承摩擦損耗的效率 h3 計(jì)及濺油損耗的效率 h1是對(duì)總效率影響最大的因素 可由下式確定 所以Z1 效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為 閉式傳動(dòng)Z1 總效率 0 7 0 750 75 0 820 82 0 92 式中 l 蝸桿的導(dǎo)程角 v 當(dāng)量摩擦角 普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤(rùn)滑與熱平衡2 11 6 2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑的主要目的在于減摩與散熱 具體潤(rùn)滑方法與齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑相近 潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑油粘度及給油方式 潤(rùn)滑油量 潤(rùn)滑油的種類很多 需根據(jù)蝸桿 蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件選用 一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類型進(jìn)行選擇 給油方法包括 油池潤(rùn)滑 噴油潤(rùn)滑等 若采用噴油潤(rùn)滑 噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端 而且要控制一定的油壓 潤(rùn)滑油量的選擇既要考慮充分的潤(rùn)滑 又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗 對(duì)于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動(dòng) 浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高 當(dāng)蝸桿上置時(shí) 浸油深度約為蝸輪外徑的1 3 11 6蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 6蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 6 3蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于傳動(dòng)效率較低 對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng) 會(huì)產(chǎn)生較大的熱量 如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去 則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高 就會(huì)破壞潤(rùn)滑狀態(tài) 從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步惡化 系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為 自然冷卻從箱壁散去的熱量為 Ks 箱體表面的散熱系數(shù) 可取Ks 8 15 17 45 W m2 A 箱體的可散熱面積 m2 t1 潤(rùn)滑油的工作溫度 t0 環(huán)境溫度 在熱平衡條件下可得 可用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算 一般t1 70 90 可用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 6蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 蝸桿傳動(dòng)的精度選擇 GB10089 88對(duì)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了1 12個(gè)精度等級(jí) 1級(jí)精度最高 其余等級(jí)依次降低 12級(jí)為最低 6 9級(jí)精度應(yīng)用最多 6級(jí)精度傳動(dòng)一般用于中等精度的機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 圓周速度v2 5m s 7級(jí)精度用于中等精度的運(yùn)輸機(jī)或高速傳遞動(dòng)力場(chǎng)合 速度v2 7 5m s 8級(jí)精度一般用于一般的動(dòng)力傳動(dòng)中 圓周速度v2 3m s 9級(jí)精度一般用于不重要的低速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu) 蝸桿傳動(dòng)安裝 蝸桿傳動(dòng)安裝要求精度高 應(yīng)使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線 如右圖所示 為保證傳動(dòng)的正確嚙合 工作時(shí)蝸輪的中間平面不允許有軸向移動(dòng) 因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式 蝸桿傳動(dòng)的維護(hù)很重要 又注意周圍的通風(fēng)散熱情況 解 1 選擇材料并確定許用應(yīng)力蝸桿 由于功率不大 采用45鋼表面淬火 硬度 45HRC 蝸輪 因轉(zhuǎn)速較高 采用抗膠合性能好的鑄錫青銅 ZcuSn10P1 砂模鑄造 查表11 6 蝸輪材料的基本許用接觸應(yīng)力為 查表11 8 蝸輪材料的基本許用彎曲應(yīng)力為 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 計(jì)算壽命系數(shù) 計(jì)算許用應(yīng)力 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 2 確定蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù) 由表11 1 根據(jù)傳動(dòng)比i值取 3 計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩 取 4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 得m 8 q 10 由式 11 11 得 齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 5 驗(yàn)算傳動(dòng)效率 蝸桿分度圓速度為 查表11 9得 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 6 熱平衡計(jì)算 符合要求 7 中心距a及各部分尺寸 各部分尺寸計(jì)算略 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 8 精度選擇 由v2選擇精度等級(jí) 精度等級(jí)選擇參考GB10089 88 故選8級(jí)精度 9 繪制蝸桿 蝸輪零件工作圖 11 7蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及其安裝維護(hù) 11 8常用各類齒輪傳動(dòng)的選擇 11 8 1各類齒輪傳動(dòng)性能的比較 11 8常用各類齒輪傳動(dòng)的選擇 11 8 2傳動(dòng)類型的選擇 在選擇傳動(dòng)類型時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 傳遞大功率時(shí) 一般均采用圓柱齒輪 在聯(lián)合使用圓柱 圓錐齒輪時(shí) 應(yīng)將圓錐齒輪放在高速級(jí) 圓柱齒輪和諧齒輪相比 一般斜齒輪的強(qiáng)度比直齒輪高 且傳動(dòng)平穩(wěn) 所以用于高速場(chǎng)合 直齒輪用于低速場(chǎng)合 直齒圓錐齒輪僅用于V 5m s的場(chǎng)合 高速時(shí)可采用曲面齒等 由工作條件確定選用開式傳動(dòng)或閉式傳動(dòng) 蝸桿的圓周速度v4m s時(shí)采用上置式蝸桿傳動(dòng) 聯(lián)合使用齒輪 蝸桿傳動(dòng)時(shí) 有齒輪傳動(dòng)在高速級(jí)和蝸桿傳動(dòng)在高速級(jí)兩種布置形勢(shì) 前者結(jié)構(gòu)緊湊 后者傳動(dòng)效率較高