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1、 機 械 設(shè)計第十一章第十一章 蝸桿傳動蝸桿傳動陸寧編制陸寧編制11-111-1蝸桿傳動的特點蝸桿傳動的特點11-2 11-2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算11-411-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算11-3 11-3 蝸桿傳動的失效形式和材料選擇蝸桿傳動的失效形式和材料選擇11-5 11-5 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算11-611-6蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計11-011-0蝸桿傳動蝸桿傳動作用：作用：用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力。用于傳遞
2、交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力。 蝸桿主動、蝸輪從動。蝸桿主動、蝸輪從動。9090形成：形成：若單個斜齒輪的齒數(shù)很少若單個斜齒輪的齒數(shù)很少（如如z z1 1=1=1）而且）而且1 1很大時，輪很大時，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。11 1所得齒輪稱為所得齒輪稱為 蝸桿蝸桿, ,而嚙合件稱為而嚙合件稱為 蝸輪。蝸輪。蝸桿蝸桿22 2蝸輪蝸輪改進措施：改進措施：將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪，將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪，所得蝸輪蝸桿為所得蝸輪蝸桿為線接觸線接觸。點接觸點接觸優(yōu)點：優(yōu)點：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小。傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪
3、聲小。分度機構(gòu)：分度機構(gòu)：i i=1000, =1000, 通常通常i i=8=88080缺點：缺點：傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。線接觸線接觸1) 1) 傳動比大，傳遞動力時傳動比大，傳遞動力時i=10i=108080，分度機構(gòu)或手動機構(gòu)可達分度機構(gòu)或手動機構(gòu)可達300300，只傳遞，只傳遞運動時，運動時，i i可達可達10001000；2 2）結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，噪聲??；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，噪聲小；3 3）當蝸桿導程角）當蝸桿導程角小于齒面間的當量小于齒面間的當量摩擦角摩擦角v v時，可以實現(xiàn)自鎖；時，可以實現(xiàn)自鎖；4 4）效率低（效率低（
4、0.40.40.90.9），發(fā)熱量大；傳遞功率可達），發(fā)熱量大；傳遞功率可達200kW200kW，但一般，但一般50kW50kW。5 5）為降低摩擦、減小磨損、提高齒面抗膠合能力，為降低摩擦、減小磨損、提高齒面抗膠合能力，蝸輪齒圈常用貴重銅合金（錫青銅）制造，成本高。蝸輪齒圈常用貴重銅合金（錫青銅）制造，成本高。蝸桿傳動特點：蝸桿傳動特點：一工作特點一工作特點1傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊（傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊（i=580最大最大 i=1000）2傳動平穩(wěn)，噪音小傳動平穩(wěn)，噪音小3反行程易自鎖：反行程易自鎖： v4效率低，發(fā)熱量大，選減摩材料效率低，發(fā)熱量大，選減摩材料二蝸桿傳動類型二蝸桿傳動類型2環(huán)面蝸
5、桿傳動環(huán)面蝸桿傳動1圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動（1）普通圓柱蝸桿傳動）普通圓柱蝸桿傳動（2）圓弧圓柱蝸桿傳動）圓弧圓柱蝸桿傳動(ZC)主要是刀具的主要是刀具的加工時的位置、裝夾角度、刀具形狀、刀具的加工時的位置、裝夾角度、刀具形狀、刀具的種類等不同而形成了不同類型的蝸桿傳動。種類等不同而形成了不同類型的蝸桿傳動。3錐蝸桿傳動（略）錐蝸桿傳動（略）二、蝸桿傳動的類型二、蝸桿傳動的類型蝸桿傳動蝸桿傳動圓柱面蝸桿圓柱面蝸桿圓弧面蝸桿圓弧面蝸桿圓錐面蝸桿圓錐面蝸桿阿基米德圓柱蝸桿阿基米德圓柱蝸桿法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿漸開線蝸桿漸開線蝸桿圓柱面蝸桿傳動圓柱面蝸桿傳動結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,易加工易加工環(huán)面
6、蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動接觸線長，承載能力強接觸線長，承載能力強錐面蝸桿傳動錐面蝸桿傳動重合度大，間隙可調(diào)重合度大，間隙可調(diào)（1）普通圓柱蝸桿傳動）普通圓柱蝸桿傳動a阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿(ZA) 最常用最常用蝸桿齒廓蝸桿齒廓橫截面：阿基米德螺旋線橫截面：阿基米德螺旋線縱截面：直齒齒條縱截面：直齒齒條蝸輪齒廓蝸輪齒廓中間截面：漸開線中間截面：漸開線中間平面，蝸桿傳動中間平面，蝸桿傳動 如同直齒如同直齒嚙合嚙合結(jié)論結(jié)論b法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿(ZN)蝸桿齒廓蝸桿齒廓橫截面：延伸漸開線橫截面：延伸漸開線法截面：直廓法截面：直廓c漸開線蝸桿漸開線蝸桿(ZI)蝸桿齒廓：橫截面：漸開線蝸桿齒廓：橫截面：
7、漸開線=8o45o導程角小時車削方便，但導程角小時車削方便，但磨削難用于精度不高，頭磨削難用于精度不高，頭數(shù)少的場合數(shù)少的場合不管是哪一種蝸桿，它們都是直線型螺旋面蝸桿，即它們的螺旋面是一直線母線相對一軸線作圓柱螺旋運動所形成。在制造時是將一直線刀刃(車刀上的刀刃)安置在恰當?shù)奈恢茫缓笥密嚶菁y的方法加工而成。但是在磨削蝸桿時所采用的是圓盤砂輪，是通過圓盤砂輪兩側(cè)的圓錐面來進行磨削，不能如車刀那樣用一直線刀刃，因此砂輪側(cè)面的圓錐面將與蝸桿的螺旋面發(fā)生干涉，會將蝸桿的螺旋面多磨去一部分，造成蝸桿齒形誤差。蝸桿的頭數(shù)越多，其導程角越大，那么磨削時干涉就越厲害，產(chǎn)生的齒形誤差就越大。(2)大功率高轉(zhuǎn)
8、速適用，大功率高轉(zhuǎn)速適用，需專用機床需專用機床(3)大導程角時采用大導程角時采用類類型型環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動 錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸普通圓柱蝸桿傳動桿傳動 圓弧圓柱蝸圓弧圓柱蝸桿傳動桿傳動 阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK)(ZK)2近似于阿基米德螺線近似于阿基米德螺線是一種非線性螺旋齒面是一種非線性螺旋齒面蝸桿。不能在車床上加蝸桿。不能在車床上加工，只能在銑削或磨削，工，只能在銑削或磨削，加工時工件作螺旋運動，加工時工件作螺旋運動，刀具作旋轉(zhuǎn)
9、運動。刀具作旋轉(zhuǎn)運動。d d蝸桿旋向：蝸桿旋向：左旋、右旋左旋、右旋( (常用常用) )1 11 1精度等級：精度等級：對于一般動力傳動，按如下等級制造：對于一般動力傳動，按如下等級制造：v v1 17.5 m/s 77.5 m/s 7級精度級精度v v1 1 3 m/s 8 3 m/s 8級精度級精度v v1 11.5 m/s 91.5 m/s 9級精度級精度判定方法：判定方法：與螺旋和斜齒輪的旋向判斷方法相同。與螺旋和斜齒輪的旋向判斷方法相同。（1 1）同時接觸的點數(shù)較多，重合度大；同時接觸的點數(shù)較多，重合度大； （2 2）傳動比范圍大，一般為傳動比范圍大，一般為1010360360； （
10、3 3）承載能力和傳動效率高；承載能力和傳動效率高； （4 4）制造安裝簡便，工藝性好。制造安裝簡便，工藝性好。 錐蝸桿傳動特點：錐蝸桿傳動特點： 2.圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動(ZC)中間平面中中間平面中蝸桿齒廓：凹圓弧蝸桿齒廓：凹圓弧蝸輪齒廓：凸圓弧蝸輪齒廓：凸圓弧圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動類類型型環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動 錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸普通圓柱蝸桿傳動桿傳動 圓弧圓柱蝸圓弧圓柱蝸桿傳動桿傳動 阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 環(huán)面蝸桿傳動特點：環(huán)面蝸桿傳動特點：
11、 （1 1）傳動效率高，一般可達傳動效率高，一般可達85%85%90%90%；（2 2）承載能力高，約為阿基米德蝸桿的承載能力高，約為阿基米德蝸桿的2 24 4倍；倍；（3 3）要求制造和安裝精度高。要求制造和安裝精度高。環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿3.環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動一一主要參數(shù)主要參數(shù)1模數(shù)模數(shù) m 和壓力角和壓力角：m a1=mt2=m(標準值標準值)a1= t2= (標準值標準值20o)11-2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算2蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1和和直徑系數(shù)直徑系數(shù)qd1= m q直徑系數(shù)模數(shù)分度圓直徑注意：注意：d1 m z
12、13蝸桿導程角蝸桿導程角qZdmZdZptg11111a引入直徑系數(shù)引入直徑系數(shù)q的目的？的目的？限制滾刀數(shù)限制滾刀數(shù)目及便于滾刀的標準化。目及便于滾刀的標準化。問題問題分析分析：z1(q) 旋向相同旋向相同 ：蝸桿左：蝸桿左(右右) 蝸輪蝸輪 左左(右右) = 4蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)z2z1 少少 i 增加增加z1多多 增加增加 加工困難加工困難一般一般z1=1, 2, 4, 6z2 少少 產(chǎn)生根切產(chǎn)生根切 z2 17 傳動平穩(wěn)性不佳傳動平穩(wěn)性不佳 z2 28z2 多多 d2 (=m z2) 增加增加 蝸桿跨距增加蝸桿跨距增加 剛度降低剛度降低 z2 80 28 z2 8
13、0分析分析1分析分析25傳動比傳動比 i 和齒數(shù)比和齒數(shù)比 u11221zzunni蝸桿主動蝸桿主動uzznni1221蝸輪主動蝸輪主動u1i 121221ddzznni注意注意6中心距中心距 a221zqm21dd21a7變位系數(shù)變位系數(shù) x變位目的變位目的 配湊中心距配湊中心距配湊傳動比配湊傳動比提高傳動能力或效率提高傳動能力或效率變位特點變位特點 蝸桿尺寸不變，只對蝸輪變位蝸桿尺寸不變，只對蝸輪變位原因原因避免滾刀尺寸變化避免滾刀尺寸變化212zzm21zqm21a注意注意(1)若湊中心距若湊中心距：變位前后齒數(shù)不變，即：變位前后齒數(shù)不變，即22zz (2)若湊傳動比若湊傳動比：變位前后
14、中心距不變，即：變位前后中心距不變，即aa maaxmxamxzqma222221：2:2121222222zzxzqmmxzqma二幾何尺寸計算二幾何尺寸計算(見課本）見課本）一失效形式和設(shè)計準則一失效形式和設(shè)計準則(蝸輪蝸輪)失效形式失效形式：齒面點蝕，輪齒折斷，齒面膠合，齒面磨損齒面點蝕，輪齒折斷，齒面膠合，齒面磨損滑動速度滑動速度 vscosvvvvv1s21s11-3 蝸桿傳動的失效形式和材料選擇由于蝸桿與蝸輪間有較大的相對滑動，滑動由于蝸桿與蝸輪間有較大的相對滑動，滑動速度較大，速度較大，潤滑、散熱不良時潤滑、散熱不良時，溫升較高，溫升較高，從而增加了膠合與磨損的可能性，蝸桿傳動從
15、而增加了膠合與磨損的可能性，蝸桿傳動的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。要的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。要進行進行熱平衡計算熱平衡計算。但但充分潤滑時充分潤滑時：有利于油：有利于油膜的形成，滑動速度越大，膜的形成，滑動速度越大， 摩擦系數(shù)越小，摩擦系數(shù)越小，提高了傳動效率。提高了傳動效率。設(shè)計準則設(shè)計準則開式開式 防磨損防折斷,FF閉式閉式 防折斷防膠合防點蝕HFHH,熱平衡計算熱平衡計算（由于閉式蝸桿傳動散熱較難，溫度升高，（由于閉式蝸桿傳動散熱較難，溫度升高，易導致易導致 膠合）膠合）蝸桿軸剛度計算蝸桿軸剛度計算（由于蝸桿受力變形，影響輪齒正確（由于蝸桿受力變形，影響輪齒正確嚙合）嚙
16、合）二材料選擇二材料選擇對材料的要求對材料的要求：足夠強度，良好的減摩性、耐磨性：足夠強度，良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性和抗膠合性蝸桿蝸桿碳鋼碳鋼 如：如：40 45 合金鋼如：合金鋼如：40Cr20Cr20CrMnTi蝸輪蝸輪較軟（多選青銅）進行時效處理較軟（多選青銅）進行時效處理vs3m/s 重要場合：重要場合： 鑄錫青銅如：鑄錫青銅如：ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5vs 4m/s 較重要場合：鋁鐵青銅如：較重要場合：鋁鐵青銅如：ZCuAl10Fe3vs 2m/s 一般場合：一般場合： 灰鑄鐵灰鑄鐵 如：如：HT200對對蝸桿蝸桿要進行必要的合理的要進行必要的合理的熱處理熱
17、處理措施，以提高其耐磨性及措施，以提高其耐磨性及抗膠合的能力。抗膠合的能力。由于蝸桿輪齒的強度高于蝸輪輪齒的強度，失效經(jīng)常發(fā)生在由于蝸桿輪齒的強度高于蝸輪輪齒的強度，失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上，一般只對蝸輪輪齒進行承載能力計算。蝸輪輪齒上，一般只對蝸輪輪齒進行承載能力計算。三、蝸桿傳動的設(shè)計準則三、蝸桿傳動的設(shè)計準則 * * 蝸桿的剛度計算蝸桿的剛度計算 * * 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算* * 蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算為了防止齒面過度磨損引起的失效，應(yīng)進行為了防止齒面過度磨損引起的失效，應(yīng)進行* * 傳動系統(tǒng)的熱平衡計算傳動系統(tǒng)的熱平衡計算
18、 為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進行為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進行為了防止過熱引起的失效，就要進行為了防止過熱引起的失效，就要進行 一受力分析（不計入摩擦力）一受力分析（不計入摩擦力）11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算2221112122dTFFdTFFtaat左旋伸左手左旋伸左手,右旋伸右旋伸右手右手,四指沿主動蝸四指沿主動蝸桿轉(zhuǎn)向抓握桿轉(zhuǎn)向抓握,伸出拇伸出拇指為主動輪受軸向指為主動輪受軸向力的方向力的方向.Fa1n12 22 2ar1r212pv212pv2Fa1Fa1Ft2Ft2各分力方向判斷口訣各分力方向判斷口訣 1.1.徑向力，指圓心徑向力，指圓心；2.2.切向力，主相
19、反，從相同；切向力，主相反，從相同；3.3.軸向力，主螺旋規(guī)則，右從三定律。軸向力，主螺旋規(guī)則，右從三定律。難難 點點 1.1.受力方向的判斷受力方向的判斷2.2.旋轉(zhuǎn)方向的判斷（根據(jù)受力方向）旋轉(zhuǎn)方向的判斷（根據(jù)受力方向） 二、力的方向判斷二、力的方向判斷注意：蝸桿和蝸輪各分力方向之間的關(guān)系：注意：蝸桿和蝸輪各分力方向之間的關(guān)系：r2r1a2t1t2a1FFFFFF 圓錐齒輪受力從小端指向大端圓錐齒輪受力從小端指向大端圓錐齒輪轉(zhuǎn)向為“頭對頭,尾對尾”被動輪被動輪“右旋伸左手右旋伸左手,左旋伸右手左旋伸右手”主動輪主動輪“左左旋伸左手旋伸左手,右右旋伸右旋伸右手手”被動輪被動輪“右旋伸左手右旋
20、伸左手,左旋伸右手左旋伸右手”主動輪主動輪“左左旋伸左手旋伸左手,右右旋伸右旋伸右手手”被動輪被動輪“右旋伸左手右旋伸左手,左旋伸右手左旋伸右手”主動輪主動輪“左左旋伸左手旋伸左手,右右旋伸右旋伸右手手”右旋右旋 設(shè)蝸桿設(shè)蝸桿1為動力輸入端，其轉(zhuǎn)向和蝸輪為動力輸入端，其轉(zhuǎn)向和蝸輪2的輪齒旋向如圖所示。若要使的輪齒旋向如圖所示。若要使II、III、IV軸上所受的軸向力較小，試確定并在圖上標出：軸上所受的軸向力較小，試確定并在圖上標出：（1）各軸的轉(zhuǎn)動方向；（）各軸的轉(zhuǎn)動方向；（2）各輪的軸向力方向；）各輪的軸向力方向；（3）輪）輪3、4、5、6的螺旋線方向。的螺旋線方向。 作作業(yè)業(yè)作業(yè)答案作業(yè)答
21、案 二強度計算二強度計算初選蝸桿頭數(shù)和效率初選蝸桿頭數(shù)和效率 Z1 Z2i60.9540.920.810.757151430298229-3129-4129-6129-82v z1 效率效率 ，但加工困難。，但加工困難。v z1 傳動比傳動比 i，但傳動效率，但傳動效率 。(蝸桿頭數(shù)與傳動效率關(guān)系蝸桿頭數(shù)與傳動效率關(guān)系)v 常取，常取，z11，2，4，6。 可根據(jù)傳動可根據(jù)傳動比，參考表比，參考表32232HEHEHZZKTaaKTZZ校核式校核式設(shè)計式設(shè)計式1蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算EnHZLKF0 易點蝕對鑄青銅易膠合銅對灰鑄鐵及鑄鋁鐵青分二種情況蝸輪的許用接觸應(yīng)力
22、載荷系數(shù)材料彈性影響系數(shù)接觸系數(shù)MPaMPaKKKKKZZBBHVAE300300, 無關(guān)而與有關(guān)與NVsH 有關(guān)與NH式中式中87HNHHNHN10KK接觸線長度和曲率半徑對接觸強接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的影響系數(shù)。度的影響系數(shù)。322HEZZKTaKKKKVA使用系數(shù)表使用系數(shù)表動載荷系數(shù)動載荷系數(shù)V3m/s取取1.11.2載荷分布不均系數(shù)載荷分布不均系數(shù)無沖擊取無沖擊取1,否則否則1.31.62621055. 9nPT160按d1/a的初選值查圖灰鑄鐵,鑄鋁鐵青銅查表, 鑄錫青銅查H 1087HHNHa圓整后估算:875. 0168. 0ad 212Zdam根據(jù)中心距根據(jù)中心距a和
23、傳動比和傳動比i以及上述估算值查表定模數(shù)以及上述估算值查表定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑和蝸桿分度圓直徑d1，據(jù)，據(jù)d1/a復算接觸系數(shù)復算接觸系數(shù)11/dmztg尺寸計算ZZZ 可用，否則重新取d1/a和接觸系數(shù)maax2K K 為載荷系數(shù)，取為載荷系數(shù)，取K K = = K KA A K Kv v K K Z Z 接觸系數(shù)：接觸線長度和曲率半徑對接觸強度接觸系數(shù)：接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的影響系數(shù)。的影響系數(shù)。 H H 許用接觸應(yīng)力按下表選取。許用接觸應(yīng)力按下表選取。使用系數(shù)使用系數(shù)K KA A工作類型工作類型 I II III I II III 載荷性質(zhì)載荷性質(zhì) 均勻、無沖擊均勻、無沖擊
24、 不均勻、小沖擊不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊不均勻、大沖擊 每小時啟動次數(shù)每小時啟動次數(shù) 25 2550 50 50 起動載荷起動載荷 小小 較較 大大 大大 KA 1 1.15 1.2 1 1.15 1.2 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影響系數(shù)影響系數(shù)Z ZZC蝸桿蝸桿蝸桿傳動一般較平穩(wěn)蝸桿傳動一般較平穩(wěn) 動載系數(shù)動載系數(shù)K Kv v ， 當當V V2 2 3 m/s , 3 m/s , K Kv v=1=11.1 1.1 當當V V2 23 m/s , 3 m/s , Kv=1.1=1.1
25、1.2 1.2 齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)K K ，當載荷平穩(wěn)時，當載荷平穩(wěn)時 , ,取取K K =1 =1 當載荷變化時當載荷變化時 , ,取取K K =1.1=1.11.6 1.6 ZA,ZI,ZN,ZK蝸桿蝸桿2.750.200.450.500.550.600.300.350.250.200.320.280.240.36ZC 蝸桿蝸桿(ZA、ZN、ZK 蝸桿亦可近似查用)ZI 蝸桿圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)Zd1/aZ0.402蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算YYcosZKT53.1dmYYcosmddKT53.1FaF2212F2Fa212F 96322101401c
26、osNKKYYZZYFNFNFFFvFa有對稱與脈動之分蝸輪許用彎曲應(yīng)力螺旋角影響系數(shù)查按蝸輪齒形系數(shù)式中式中FFaFYYmddKT2212cos53.1據(jù)當量齒數(shù)Zv2,x2查圖O14011096FN查表11/dmztg53.1=FFa2212FYYmddKT校核計算校核計算 設(shè)計公式設(shè)計公式 3Fa2F2212mm53.1YYzKTdmF F 許用彎曲應(yīng)力；許用彎曲應(yīng)力；蝸輪的許用彎曲應(yīng)力蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 F F 蝸輪材料蝸輪材料 鑄造方法鑄造方法 鑄錫青銅鑄錫青銅 砂鑄模型砂鑄模型 40 2940 29ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 金屬模鑄造金屬模鑄造 56 4056 40鑄
27、錫鋅青銅鑄錫鋅青銅 砂鑄模型砂鑄模型 26 2226 22ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5 金屬模鑄造金屬模鑄造 32 2632 26鑄鋁鐵青銅鑄鋁鐵青銅 砂鑄模型砂鑄模型 80 5780 57ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3 金屬模鑄造金屬模鑄造 90 6490 64HT150 HT150 砂鑄模型砂鑄模型 40 2840 28HT200 HT200 砂模鑄造砂模鑄造 48 3448 34灰鑄鐵灰鑄鐵單側(cè)工作單側(cè)工作 雙側(cè)工作雙側(cè)工作 0F0F -1F-1F 3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.
28、01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.710 11 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 80 100 400 Zv v 蝸輪的齒形系數(shù)蝸輪的齒形系數(shù)Y YFa2Fa2x2=- -0.5-0.3-0.20.30.20.10.40.50.70.80.90.6- -0.3- -0.4x=1x2=0理論根切極限理論根切極限齒頂變尖極限齒頂變尖極限為什么蝸桿傳動的強度計算僅對蝸輪進行？為什么蝸桿傳動的強度計算僅對蝸輪進行？三蝸桿剛度計算（略）三蝸桿剛度計算（略）問題問題
29、)267(4821213yEIFFlyrt。許用撓度，；蝸桿軸支點跨距，初??；危險截面的慣性矩，1000/9.0641241dyydlldII一效率一效率v321tgtg96. 095. 0為什么隨為什么隨Vs增加增加, v下降下降? （Vs增加，油帶入多）增加，油帶入多）油損耗效率軸承摩擦損失效率蝸桿傳動時傳動嚙合效率32v11tgtg式中式中問問題題11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算衡計算二潤滑二潤滑1潤滑油粘度選擇潤滑油粘度選擇高速輕載高速輕載選粘度小選粘度小低速重載低速重載選粘度大選粘度大2潤滑方式潤滑方式vs 5m/s 油池蝸桿浸油油池
30、蝸桿浸油vs 510m/s 油池或噴油蝸輪浸油油池或噴油蝸輪浸油vs 10m/s 噴油噴油下蝸桿式下蝸桿式側(cè)蝸桿式側(cè)蝸桿式蝸桿浸油一齒高蝸桿浸油一齒高上蝸桿式：上蝸桿式： 浸油浸油1/3蝸輪外徑蝸輪外徑三熱平衡計算三熱平衡計算 目的目的：控制溫升，防止膠合：控制溫升，防止膠合 條件條件：發(fā)熱量：發(fā)熱量H1 = 散熱量散熱量H2S1P1000ttttSH1P1000Hda0a0d211C20ttC7060ttSoaaoood取四周空氣溫度油工作溫度散熱面積箱體表面散熱系數(shù)式中式中若若 to 80 oC時如何？時如何？（增加散熱能力）（增加散熱能力） 增加散熱能力的措施增加散熱能力的措施增加散熱面
31、積增加散熱面積高速軸上裝風扇高速軸上裝風扇裝冷卻管路裝冷卻管路問題問題一蝸桿：整體式（可車可銑）一蝸桿：整體式（可車可銑）二蝸輪二蝸輪齒圈式：齒圈式：青銅齒圈與鑄鐵輪芯配合青銅齒圈與鑄鐵輪芯配合H7/r6而成，加裝緊定螺釘而成，加裝緊定螺釘 用于尺寸不太大，工作溫度變化較小的場合用于尺寸不太大，工作溫度變化較小的場合螺栓聯(lián)接式：螺栓聯(lián)接式：用于尺寸較大或容易磨損的蝸輪，用于尺寸較大或容易磨損的蝸輪， 可用普通螺栓也可用鉸制孔用螺栓進行聯(lián)接可用普通螺栓也可用鉸制孔用螺栓進行聯(lián)接整體繞鑄式：整體繞鑄式：主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪拼鑄式：拼鑄式：在鑄鐵輪
32、芯上加鑄青銅齒圈，然后切齒，在鑄鐵輪芯上加鑄青銅齒圈，然后切齒， 只用于成批制造的蝸輪只用于成批制造的蝸輪11-6蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計11-5 設(shè)計輕紡機械中的一單級蝸桿減速器，傳遞功率設(shè)計輕紡機械中的一單級蝸桿減速器，傳遞功率P=8.5kw，主動輪轉(zhuǎn)速主動輪轉(zhuǎn)速n1=1460r/min,傳動比傳動比i=20，工作載荷穩(wěn)定，單向，工作載荷穩(wěn)定，單向工作，長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，潤滑情況良好，要求工作壽命為工作，長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，潤滑情況良好，要求工作壽命為15000小時。小時。解：選擇蝸桿傳動類型及材料解：選擇蝸桿傳動類型及材料 本題選用漸開線蝸桿，蝸桿材料為本題選用漸開線蝸桿，蝸桿材料為20Cr,滲碳淬火
33、，齒面滲碳淬火，齒面硬度硬度58HRC58HRC，蝸輪用鑄錫磷青銅，蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1ZCuSn10P1，金屬模鑄造。，金屬模鑄造。 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核。按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核。按按Z Z1 1=2=2估取效率估取效率. .設(shè)計之初，為近似計算蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，可按下表選取總效率設(shè)計之初，為近似計算蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，可按下表選取總效率蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)Z11246總效率總效率0.70.80.90.958 . 0NmmmmNinPT889589.14608 . 0205 . 81055. 91055. 961162確定載荷系數(shù)
34、確定載荷系數(shù)蝸輪轉(zhuǎn)矩蝸輪轉(zhuǎn)矩使用系數(shù)使用系數(shù)1AK齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)1K載荷平穩(wěn)時取載荷平穩(wěn)時取1；載荷變化較大??；載荷變化較大取1.3 -1.6;動載荷系數(shù)動載荷系數(shù) K V =1.1精確制造且精確制造且 蝸輪圓周速度小于蝸輪圓周速度小于3m/s時時 1.0-1.1,蝸輪圓周蝸輪圓周速度大于速度大于3m/s時時 1.1-1.21 . 111 . 11KKKKVA確定彈性影響系數(shù)ZE=160MPa1/2確定接觸系數(shù)確定接觸系數(shù)0.200.300.400.500.602.02.42.83.23.6ad1ZZC蝸桿蝸桿其他蝸桿其他蝸桿假設(shè)假設(shè)d1/a0.475. 2Z確定許用接觸應(yīng)力
35、確定許用接觸應(yīng)力MPaH268蝸桿齒面硬度大于蝸桿齒面硬度大于45HRC，查得：，查得：蝸桿壽命蝸桿壽命Lh=15000h，所以蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：，所以蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：721057. 620/1500014606060hLnNMPaKNKHHNHHN2122687903.07903.01057.6101087787計算中心距計算中心距：mmZZKTaHE5 .161)21275. 2160(8895891 . 1)(32322取取a=200mm， i=20 查匹配表得查匹配表得4 . 0/80811admmdm查表得：直徑系數(shù)查表得：直徑系數(shù)q=10，分度圓導程角，分度圓導程角O31.1
36、1按齒根彎曲疲勞強度校核：按齒根彎曲疲勞強度校核：48.43)31.11/(cos41cos/3322ZZVmmzqma204)4110(85 . 0)(5 . 025 . 08200204222xxmxaa螺旋角影響系數(shù)螺旋角影響系數(shù)919. 014031.1111401Y壽命系數(shù)壽命系數(shù)63.01057.610976FNKMPaF56MPaKFFNF28.35MPaYYmddKTFaF88.1853. 12212代入校核公式：代入校核公式：海外游子（滿江紅海外游子（滿江紅） 暮雨初收暮雨初收 長空凈長空凈 海天一色海天一色 憑欄處憑欄處 仰天長望仰天長望 征鵬飛過征鵬飛過 千萬心聲不必說千萬心聲不必說 酒香且待歸來酌酒香且待歸來酌 莫等閑莫等閑 立志少年時立志少年時 鵬程樂鵬程樂 江入海江入海 煙漠漠煙漠漠 波似染波似染 濤如削濤如削 百川齊歡聚百川齊歡聚 龍騰魚躍龍騰魚躍 幼翼展時激風雨幼翼展時激風雨 大洋飛渡等閑過大洋飛渡等閑過 歸來日歸來日 兩翼力雙展兩翼力雙展 東方賀東方賀
機械設(shè)計：第十一章蝸桿傳動
