涡轮蜗杆传动设计新方案.pptx

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1、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 bron

2、ze),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

3、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

4、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 r

5、upture 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

6、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

7、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 t

8、here 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：n1n1Fr1F

9、r2Ft1xFa2Fa1Ft2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，

10、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

11、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 dissip

12、ation 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

13、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 proces

14、s 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 deficie

15、nt,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）StructureDesignofCylindricalWorma

16、ndWormgear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。z

17、2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2

18、7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

19、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