机械设计基础第四版第6章.pptx

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1、第1页/共25页6-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数一、主要参数1.模数模数 m 和压力角和压力角中间平面中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面面在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内在中间平面内为标准值为标准值mx1=mt2=mx1=t2=20第2页/共25页2 2、蜗杆分度圆直径d d1 1、导程角 及直径系数q刀具数量刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值d1px

2、px加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。d1m 表6-1 6-2 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算 第3页/共25页 蜗杆直径系数q qd d1 1、mm为标准值q q为导出值,不一定为整数。mm一定时，qqd d1 1蜗杆刚度第4页/共25页z1=1 43.蜗杆头数蜗杆头数 z1、蜗轮齿数蜗轮齿数 z2 及传动比及传动比 ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?d2/d1 但但 z1 少，效率低少，效率低 z1 过多过多,制造困制造困难难z2=i z1=28 80常取常取 z2

3、=32 63传递动力时:头数z1 采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(),z1,采用单头蜗杆第5页/共25页三三.蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件 1=2蜗杆传动的正蜗杆传动的正确啮合条件确啮合条件 1=2O O1O O1O O2O O22 2二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸计算见表其他尺寸计算见表6-2第6页/共25页材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度碳碳 钢钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火6-3 蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗蜗 杆杆合金钢合

4、金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高适合高速速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重低速重载载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载减摩性好减摩性好第7页/共25页蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。蜗杆结构蜗杆结构第8页/共25页为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮齿圈式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮观看涡轮照片蜗轮结构蜗轮结构第9页/共25页一、受力分析与计算载荷受力分析与计算

5、载荷1.1.受力分析圆周力：轴向力：(蜗杆主动)啮合效率忽略Ff，Fn径向力：6-4 蜗杆传动受力分析与强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算第10页/共25页方向判定：2）蜗轮转向1）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：运用运用：Fa1（左、右手定则）左、右手定则）Ft2蜗轮转向蜗轮转向第11页/共25页已知：n n1 1、旋向n n2 2第12页/共25页第13页/共25页二、滑动速度和失效形式二、滑动速度和失效形式设蜗杆的圆周速度为设蜗杆的圆周速度为V1，蜗轮的蜗轮的圆周速度为圆周速度为V2，V1与与V2呈呈90，则齿廓间产生的相对滑动速度

6、则齿廓间产生的相对滑动速度由于由于VS比蜗杆圆周速度还大，比蜗杆圆周速度还大，故引起较严重的磨损和发热。故引起较严重的磨损和发热。蜗杆传动受力分析与强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算1、滑动速度、滑动速度VS2.计算载荷计算载荷：K T2=i K T1 K=11.4d1d2 2 1 1v1vsv2 载荷平稳、载荷平稳、vs3m/s时，时，取小值取小值第14页/共25页2、失效形式和设计准则、失效形式和设计准则齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上由于蜗轮

7、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：设计准则：闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，开式蜗杆传动开式蜗杆传动主要是控制因磨损而引起的蜗轮轮齿的主要是控制因磨损而引起的蜗轮轮齿的 折断，按折断，按齿根齿根弯曲疲劳强度条件弯曲疲劳强度条件设计设计计算计算或校核或校核计算计算。第15页/共25页1 1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2 2）中间平面内相当

8、于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点：特点：因此，因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，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其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导第16页/共25页蜗轮齿面接触强度条件蜗轮齿面接触强度条件 设计式设计式 说明：说明：计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转

9、矩，计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，T T2 2=i T i T1 1mm、d d1 1相互关联，相互关联，相互关联，相互关联，故故故故设计时设计时设计时设计时计算计算计算计算 mm2 2d d1 1，mm2 2d d1 1求出后，查表求出后，查表求出后，查表求出后，查表6-16-1选择合适的选择合适的选择合适的选择合适的 mm、d d1 1 如：如：如：如：mm2 2d d1 148004800，则则则则 mm8 8、d d1 1 8080第17页/共25页6-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、效率一、效率=123 与齿轮传动相同：与齿轮传动相

10、同：与齿轮传动相同：与齿轮传动相同：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：230.950.96故：故：故：故：设计之初，设计之初，未知，可按未知，可按 z1 初选：初选：由此可知，由此可知，由此可知，由此可知，z z1 1 z1=1 时，时，=0.70.75 z2=2 时，时，=0.750.82 z2=4 时，时，=0.870.92 自锁时，自锁时，4 m/s时蜗杆上时蜗杆上置置有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算对象对象 连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动连续工

11、作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动t油温油温时间时间t 热平衡时的油温热平衡时的油温目的目的 控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合热平衡时，单位时间内：热平衡时，单位时间内：发热量发热量=散热量散热量第19页/共25页H1=P1-P2=1000P1（1-）W单位时间内的发热量：单位时间内的发热量：单位时间内的散热量：单位时间内的散热量：H2=Kt A（t -t 0）=Kt A t WKt 散热系数散热系数 自然方式冷却时自然方式冷却时 Kt=1017 A 箱体散热面积箱体散热面积 箱体暴露在空气中的部分箱体暴露在空气中的部分 近似计算：近似计算：蜗杆传动

12、蜗杆传动中心距中心距 t 0 环境温度环境温度 常取常取 t 0=20 t 温温 升升 第20页/共25页热平衡时：热平衡时：1000P1（1-）=Kt A t 则热平衡计算式：则热平衡计算式：若若t t，则采取措施提高散热能力：则采取措施提高散热能力：在箱壳外表面加铸散热片在箱壳外表面加铸散热片在箱壳外表面加铸散热片在箱壳外表面加铸散热片以增加散热面积以增加散热面积以增加散热面积以增加散热面积 A A蜗杆轴端装风扇加速空气流通蜗杆轴端装风扇加速空气流通蜗杆轴端装风扇加速空气流通蜗杆轴端装风扇加速空气流通以增大散热系数以增大散热系数以增大散热系数以增大散热系数 K Kt t 同时沿气流方向配置散热片同时沿气流方向配置散热片同时沿气流方向配置散热片同时沿气流方向配置散热片箱体油池内放置蛇形冷却水管箱体油池内放置蛇形冷却水管箱体油池内放置蛇形冷却水管箱体油池内放置蛇形冷却水管喷油润滑循环冷却喷油润滑循环冷却喷油润滑循环冷却喷油润滑循环冷却自自然然通通风风时时竖竖直直布布置置第21页/共25页第22页/共25页11.6 蜗杆传动的强度计算 第23页/共25页第24页/共25页感谢您的观看。第25页/共25页