蝸桿傳動(dòng)-機(jī)械設(shè)計(jì)第八版(高等教育出版社)演示課件

蝸桿傳動(dòng),§9-1 概 述,§9-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸,§9-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu),§9-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,§9-6 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介,§9-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑,.,§9-1概述,蝸桿傳動(dòng)用于傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為90°。,§9-1 概 述,1）傳動(dòng)比大，一般 i =1080，最大可達(dá)1000；,2）重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；,4）齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率低；,主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。,（虛擬現(xiàn)實(shí)中的蝸桿傳動(dòng)）,一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：,3）結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖；,二、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,.,其齒面一般是在車(chē)床上用直線刀刃的車(chē)刀切制而成，車(chē)刀安裝位置不同，加工出的蝸桿的齒廓形狀不同。,蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時(shí)嚙合的齒數(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；,重合度大；承載能力和效率較高。,（圖91a）,（圖91b）,（圖91c）,本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。,三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí),分為12個(gè)精度等級(jí)，常用59級(jí)，精度等級(jí)的選擇參見(jiàn)表91。,蝸桿傳動(dòng)概述,.,普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的三種類(lèi)型,蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型2,.,§9-2蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸1,§9-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸,1. 模數(shù) m 和齒形角 a,在主平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪的模數(shù)相等且為標(biāo)準(zhǔn)值。,2. 蝸桿分度圓直徑 d1 和直徑系數(shù) q,蝸桿分度圓直徑 d1 為標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表92。,詳細(xì)內(nèi)容,主平面：通過(guò)蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。,ZA蝸桿傳動(dòng)在主平面內(nèi)，相當(dāng)于漸開(kāi)線齒條與齒輪的嚙合。,蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在主平面內(nèi)確定。,即 mx1= mt2 = m,即：q = d1m,d1與模數(shù) m 的比值稱(chēng)為蝸桿直徑系數(shù) q。,d1 = q m,一、蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù),（見(jiàn)表92）,.,（Z1與Z2的薦用值表）,(蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān)系),蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸2,4. 蝸桿的頭數(shù) z1、蝸輪齒數(shù) z2,3. 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角g,z1g效率 ，但加工困難。,正確嚙合條件：,mx1= mt2,12 （蝸輪、蝸桿旋向相同）,x1= t2,z1 傳動(dòng)比 i，但傳動(dòng)效率 。,常取，z11，2，4，6。 可根據(jù)傳動(dòng)比選取，見(jiàn)表93。,z2= i z1 。 如 z2 太小，將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。如 z2 太大，蝸輪直徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。,一般 z23280,主要參數(shù)與幾何尺寸,d1,.,蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸3,5. 傳動(dòng)比 i,6. 中心距,中心距的常用值見(jiàn)P199。,二、蝸桿傳動(dòng)的變位,變位：即加工蝸輪時(shí)，改變刀具的位置。而蝸桿相當(dāng)于刀具。,故，只是蝸輪變位，而蝸桿不變位。即蝸輪尺寸變化，蝸桿尺寸不變。,但是，變位以后，蝸桿的節(jié)圓改變，而蝸輪的節(jié)圓永遠(yuǎn)與分度圓重合。,主要參數(shù)與幾何尺寸,( d1= q m z1m)( d2= z2 m ),(圖93),.,變位的目的：調(diào)整中心距和傳動(dòng)比,調(diào)整中心距所需變位系數(shù)：,常取 0.5x0.5,三、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸,見(jiàn)表94和圖94。,主要參數(shù)與幾何尺寸,蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸4,.,適用于齒面滑動(dòng)速度 較高的傳動(dòng)。,§9-3 失效形式、材料和結(jié)構(gòu),§9-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu),一、失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,1. 主要失效形式： 蝸輪齒面的點(diǎn)蝕、膠合、過(guò)度磨損和疲勞斷齒等。,二、蝸桿傳動(dòng)的常用材料,蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼，見(jiàn)表95。,按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。,2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,閉式傳動(dòng)：, 8 m/s 的場(chǎng)合。（抗膠合能力差）, 2 m/s 的場(chǎng)合。,（抗膠合能力強(qiáng)，抗點(diǎn)蝕能力差）,.,失效形式、材料和結(jié)構(gòu)2,三、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu),由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿軸），圖95。,無(wú)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(chē)制，也可用銑制加工，但剛度較前一種差。,虛擬現(xiàn)實(shí)中的蝸桿,當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開(kāi)制作。,蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu),2. 蝸輪的結(jié)構(gòu),1. 蝸桿的結(jié)構(gòu),用于鑄鐵蝸輪和小尺寸的青銅蝸輪。,用于大尺寸的青銅蝸輪。,.,失效形式、材料和結(jié)構(gòu)3,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：,蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu),.,§9-4受力分析、效率和潤(rùn)滑,一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析,輪齒所受的法向力Fn，可分解為：切向力Ft 、徑向力Fr 、軸向力Fx。,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：,式中： n蝸輪的法向壓力角，,T2蝸輪的轉(zhuǎn)矩，,§9-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑,.,受力分析練習(xí),蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算,右旋,求蝸桿的旋向？,求蝸桿的轉(zhuǎn)向？,練 習(xí),.,受力分析、效率和潤(rùn)滑2,三、蝸桿傳動(dòng)的效率,二、相對(duì)滑動(dòng)速度：,蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑,.,四、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑,目的：減摩、散熱。,潤(rùn)滑油粘度及給油方式,潤(rùn)滑油,一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)滑油的粘度和給油方法，見(jiàn)表910。,詳細(xì)介紹,蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/61/3。,蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑,Z1,嚙合效率1與蝸桿頭數(shù) z1 的近似關(guān)系見(jiàn)表99。,式中：g 蝸桿的導(dǎo)程角；,當(dāng)量摩擦角，見(jiàn)表98。,滑動(dòng)速度，則 為什么？,受力分析、效率和潤(rùn)滑3,.,§9-5蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算1,一、蝸輪齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,目的：防止“點(diǎn)蝕”和“膠合”失效。,強(qiáng)度條件：,以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 H 。,校核式：,式中：ZE彈性系數(shù)，見(jiàn)表86；,T2蝸輪的工作轉(zhuǎn)矩（N.mm)；,蝸輪的許用接觸應(yīng)力（MPa)，見(jiàn)表911。,（917）,K載荷系數(shù)，,KA工作情況系數(shù)，見(jiàn)表97；,動(dòng)載荷系數(shù)，見(jiàn)P205；,齒向載荷分布系數(shù)，見(jiàn)P205；,§9-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,.,承載能力計(jì)算2,設(shè)計(jì)式：,（918）,注：1）,的值根據(jù) z1 查表912。,將 d1mq 和 d2mz2 代入校核式整理得,2）設(shè)計(jì)中，根據(jù)由上式計(jì)算的 值，查表92確定標(biāo)準(zhǔn)的m和q。,蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,.,蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,目的：防止“疲勞斷齒”。,強(qiáng)度條件：,校核式：,式中：YF齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù) 查表913。,螺旋角系數(shù)，,蝸輪的許用彎曲應(yīng)力（MPa)，見(jiàn)表911 。,設(shè)計(jì)式：,（920）,（921）,注：設(shè)計(jì)中，根據(jù)由上式計(jì)算的 值，查表92確定標(biāo)準(zhǔn)的m和q。,蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,（注： ）,.,靜強(qiáng)度計(jì)算和熱平衡,四、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡,由于 低，運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生熱量多，導(dǎo)致溫度升高，破壞潤(rùn)滑狀態(tài)，從而 使摩擦增大，甚至發(fā)生膠合。,為控制溫升，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算。,熱平衡：在單位時(shí)間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。,蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,三、蝸輪輪齒的靜強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)于工作中有短時(shí)過(guò)載或尖峰載荷的蝸桿傳動(dòng)，需計(jì)算其靜強(qiáng)度。,靜強(qiáng)度計(jì)算公式與疲勞強(qiáng)度的相應(yīng)公式相同，只是許用應(yīng)力有所不同。,靜強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力確定見(jiàn)P120。,.,熱平衡計(jì)算2,即,（a傳動(dòng)的中心距）,有散熱片時(shí)：,油的溫升：,6070,蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,.,熱平衡計(jì)算3,* 散熱措施,自然冷卻的熱平衡溫度過(guò)高時(shí)，可采用以下措施：,1） 在箱體外表面加散熱片以增大散熱面積。,2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通（圖99a）。,3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。 （圖99b）,4）采用壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑（安裝散熱器） （圖99c） 。,蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,.,熱平衡計(jì)算4,傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路,傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器,蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,.,