涡轮蜗杆传动设计新方案.pptx

Drawbacks缺点:Merits优点:1)Large drive ratio,compact structure传动比大，结构紧凑2)Stable drive,light noise.工作平稳，无噪声3)Can revese self-lock in specific condition 一定条件下反行程可自锁Low efficiency,relative gliding speed is high,friction and abrasion is heavy,gear ring of worm is made from the precious material(such as bronze),high cost.效率较低，相对滑动速度大，摩擦与磨损严重，蜗轮齿圈一般需用贵重的减摩材料（如青铜等）制造，成本高。第1页/共36页Material and failure forms of worm drive9.19.1蜗杆传动的材料和失效形式一、蜗杆传动的失效形式和设计准则1.1.蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断相对滑动速度v vs s、发热 Main invalid forms:glue,pitting and abrasion.Usually occurs on the teeth of wormgear.主要失效形式:是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。第2页/共36页 Design criterion of worm drives2.2.蜗杆传动的设计准则To avoid failure caused by excessive abrasion of tooth face,we should make:为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：1)Bending fatigue strength calculation of worms dedendum蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算2)Contact fatigue strength calculation of worms tooth face蜗轮的齿面接触疲劳强度计算To avoid failure caused by rigidity deficiency of worm,we should make:Rigidity calculation of worm为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：蜗杆的刚度计算 第3页/共36页To avoid failure caused by overheat,we should make为了防止过热引起的失效，就要进行：Calorific balance calculation of drive system传动系统的热平衡计算 There are abrasion of teeth face and gear rupture in opening worm drives,so should guarantee bending fatigue intensity of worm drives.开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证轮齿弯曲疲劳强度进行计算。There is glue or pitting in closing worm drives.So,usually calculate according to contact fatigue intensity of teeth face,check according to bending fatigue intensity of gear.In addition,calculate calorific balance 闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行校核。另外，还应作热平衡计算。第4页/共36页vs减摩性、强度不能都用硬材料1、蜗轮指齿圈部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs1225m/s铸铝铁青铜：vs6m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs 2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2、蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬面蜗杆：首选 淬火磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。Common materials of worm drives 二、蜗杆传动的材料第5页/共36页Peripheral force圆周力圆周力:FtAxial force轴向力轴向力:FaRadial force径向力径向力:Fr9.29.2蜗杆传动的受力分析和强度计算一、蜗杆传动的受力分析一、蜗杆传动的受力分析Stress analysis of cylindrical worm drives蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。第6页/共36页Ft1=-Fa2=2T1/d1 Fr1=-Fr2=Ft2 tanFa1=-Ft2=2T2/d2 And there are relation as following且有如下关系且有如下关系:T2=T1 i In the equation:T1,T2 are individually torque on worm and wormgear.式中：式中：T1、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。第7页/共36页方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：n2n13）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同。v2第8页/共36页例：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2第9页/共36页已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试确定：各轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa1 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋第10页/共36页 二二.强度计算和刚度校核强度计算和刚度校核一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算11 失效方式：失效方式：钢制蜗杆对锡青铜蜗轮：蜗轮疲劳点蚀；钢制蜗杆对锡青铜蜗轮：蜗轮疲劳点蚀；钢制蜗杆对非锡青铜或铸铁蜗轮：蜗轮胶合；钢制蜗杆对非锡青铜或铸铁蜗轮：蜗轮胶合；强度条件强度条件(同齿轮，中间平面内同齿轮，中间平面内)：齿面接触强度齿面接触强度校核校核公式公式 齿面接触强度齿面接触强度设计设计公式公式 K表9.2ZE表9.3Strength calculation and rigidity calculation of cylindrical worm drivesCheck formula of contact intensity of tooth face第11页/共36页许用应力：（1）蜗轮材料为锡青铜（）失效形式为点蚀，与应力循环次数N有关。基本许用接触应力表9.4接触强度寿命系数：（2）当蜗轮材料为铸铁或高强度青铜，失效形式为胶合（不属于疲劳失效），许用应力与应力循环次数N无关，与滑动速度有关。设计时先假设滑动速度。第12页/共36页二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算设计公式：按斜齿轮计算方法：校核公式：其中：YF2蜗轮齿形系数；Y螺旋角系数；螺旋角系数；当量齿数，表9.6蜗轮基本许用应力，表9.7寿命系数Bending intensity calculation of dedendum第13页/共36页三、蜗杆的刚度计算（不讲）刚度条件：第14页/共36页Efficiency of worm drives一、蜗杆传动的效率Dissipation of power:meshing dissipation,friction dissipation of mechanical bearing,oil mixing dissipation.功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。Efficiency,GreasingandCalorificBalanceCalculationofWormDrives9.3 9.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算2 3bearing efficiency and oil mixing efficiency 分别为轴承效率和搅油效率分别为轴承效率和搅油效率 generally select一般取一般取23=0.950.96第15页/共36页the angle of lead of worm 蜗杆导程角蜗杆导程角;Among式中式中：1joggle efficiency啮合效率啮合效率Total efficiency of worm drives蜗杆传动的总效率蜗杆传动的总效率第16页/共36页Head number of worm蜗杆头数Z Z1 1 Total efficiency总 效 率 0.70 0.80 0.70 0.80 0.90 0.950.90 0.95Approximate relation between efficiency and head number of worm:效率与蜗杆头数的大致关系为:所以 Z1Excessivedifficult process of worm过大过大蜗杆加工困难蜗杆加工困难When 28，increment of efficiency is little.当当 28，效率效率增加很少。增加很少。第17页/共36页z1=1 =0.700.75z1=4 =0.870.92Generally一般取:v 10m/s,it applies pressure oil jet lubrication.当v vs s 10m/s10m/s时，采用压力喷油润滑。When 5vs10 m/s,it applies structure of upper worm.当5v5 80 or radiating area is deficient,we should take radiating measures:当工作油温：t ti i 8080或散热面积不足时，应采取散热措施：第23页/共36页普 通 蜗 杆 传 动 的 参 数 与 尺 寸 1 19.49.4圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计一、基本参数1、模数m和压力角a中间平面：过蜗杆轴线作一垂直于蜗轮轴线的平面。在该平面内蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传动。蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即 mx1=mt2=m （中间平面）ax1=at21=2（等值同向）（等值同向）StructureDesignofCylindricalWormandWormgear第24页/共36页2 2、蜗杆的分度圆直径d d1 1由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。直径d1与模数m的比值(q=d1 m)称为蜗杆的直径系数。3 3、蜗杆的头数z1z1较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。第25页/共36页4 4、导程角g在m和d1为标准值时，z1g5 5、传动比 i i6 6、蜗轮齿数z2z2蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2=i z1。z2不宜太小（如z226)，否则将使传动平稳性变差。z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。（Z1与Z2的荐用值表9.10）7 7、几何尺寸正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且g1b2一般一般z22880第26页/共36页Structure of worm二、蜗杆的结构often be made as a whole body with shaftWorm shaft通常与轴制成一体蜗杆轴1)No escape structure:machining helix only mill.无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。第27页/共36页2)Escape structure:we apply milled and sweep method when processing the screw part 有退刀槽：加工螺旋部分时可以车制,也可铣制。但该结构的刚度较前一种差。z1=1 or 2:b1(11+0.06z2)mz1=4时:b1(12.5+0.09z2)mDetermination of worms length蜗杆长度b1的确定第28页/共36页圆 柱 蜗 杆 和 蜗 轮 的 结 构 设 计 2为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或铸钢。常用蜗轮的结构形式如下：Common structure三、蜗轮的常用结构Integral type整体式Gear ring type齿圈式Bolt connect type螺栓联接式Scramble cast type拼铸式第29页/共36页Common structure蜗轮的常用结构Integral type整体式整体式Gear ring type齿圈式齿圈式第30页/共36页Scramble cast type拼铸式拼铸式Bolt connect type螺栓联接式螺栓联接式Common structure蜗轮的常用结构第31页/共36页作业P207：习题 9.1、9.5、9.6 第32页/共36页1）V带传动比较适合高速传动，而不适合低速 传动，应布置在高速级；2）链传动不适合高速传动，而适合低速传动，应布置在低速级；第33页/共36页3）减速器中斜齿轮的旋向选择不合理，中间轴的两个齿 轮的旋向应该相同，使其所受轴向力方向相反。4）链传动的松紧边布置不合理。应紧边在上，松边在下。5）齿轮减速器的输入和输出端设计不合理，应在齿轮远离轴承的一侧输入、输出。第34页/共36页第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页