机械设计蜗杆传动复习.ppt
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1、蜗蜗 杆杆 传传 动动 复复 习习一、重点内容分析一、重点内容分析1、蜗杆传动的特点及应用、蜗杆传动的特点及应用 蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。蜗杆传动是啮合传动,中间平面构。蜗杆传动是啮合传动,中间平面(通过蜗杆轴(通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面)线且垂直于蜗轮轴线的平面)上蜗轮与蜗杆的啮合,上蜗轮与蜗杆的啮合,相当于斜齿轮与直齿条相啮合。因此,在受力分相当于斜齿轮与直齿条相啮合。因此,在受力分析、失效形式及强度计算等方面,它与齿轮传动析、失效形式及强度计算等方面,它与齿轮传动有许多相似之处。另一方面,蜗杆传动与螺旋传有许多相似之处。
2、另一方面,蜗杆传动与螺旋传动有相似之处,具有传动平稳、传动比大,并可动有相似之处,具有传动平稳、传动比大,并可在一定条件下实现可靠的自锁等优点。在一定条件下实现可靠的自锁等优点。但由于在啮合处存在相当大的滑动,因而其主要但由于在啮合处存在相当大的滑动,因而其主要失效形式是胶合、磨损与点蚀。且传动效率较低,失效形式是胶合、磨损与点蚀。且传动效率较低,所以在材料与参数选择、设计准则及热平衡等方面所以在材料与参数选择、设计准则及热平衡等方面又独具特色。由于传动效率较低,故不适合于大功又独具特色。由于传动效率较低,故不适合于大功率传动和长期连续工作的场合。率传动和长期连续工作的场合。2、蜗杆传动的正确
3、啮合条件、蜗杆传动的正确啮合条件mt2=ma1=m,t2=a1=,1=2(旋向相同)(旋向相同)轴向压力角与法向压力角之间的关系:轴向压力角与法向压力角之间的关系:tga=tgn /cosZA蜗杆:蜗杆:a=20其它蜗杆:其它蜗杆:n=203、蜗杆的分度圆直径、蜗杆的分度圆直径d1 切制蜗轮时用的是蜗轮滚刀,其齿形参数和直径切制蜗轮时用的是蜗轮滚刀,其齿形参数和直径尺寸等要求与该蜗轮配对啮合的蜗杆完全一致。这尺寸等要求与该蜗轮配对啮合的蜗杆完全一致。这样,只要有一种尺寸的蜗杆,就需要有一种对应的样,只要有一种尺寸的蜗杆,就需要有一种对应的蜗轮滚刀。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的蜗轮滚刀。为
4、了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化,对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分标准化,对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径度圆直径d1,而把比值,而把比值q=d1/m称为直径系数。称为直径系数。4、蜗杆传动的受力分析、蜗杆传动的受力分析Ft1=Fa2 Fr1=Fr2 Fa1=Ft2=2T1/d1=2T2/d2=Ft2 tg力的大小力的大小1 11 112p12p右旋蜗杆:右旋蜗杆:伸出左手,四指顺蜗杆转向,则蜗轮的伸出左手,四指顺蜗杆转向,则蜗轮的 圆周速度圆周速度v2的方向与拇指指向相同。的方向与拇指指向相同。用手势判断蜗轮的转向用手势判断蜗轮的转向:左旋蜗杆:左旋蜗杆:用右手判断,方
5、法一样。用右手判断,方法一样。2 22 2v2v2ar1r212pFa1Ft2Fr1Fr2T1T111Ft1Ft1Fa2Fa22力的方向:力的方向:尤其注意蜗杆所受轴向力方向是由螺旋线的旋向尤其注意蜗杆所受轴向力方向是由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定的。按右(左)手法则确定。和蜗杆的转向来决定的。按右(左)手法则确定。蜗轮圆周力方向与其转动方向一致,且蜗轮圆周力方向与其转动方向一致,且 Ft2=-Fa1。蜗轮蜗杆所受径向力的方向指向各自的轴心。蜗轮蜗杆所受径向力的方向指向各自的轴心。蜗杆圆周力方向与其转动方向相反,且蜗杆圆周力方向与其转动方向相反,且 Ft1=-Fa2。5、蜗杆传动的失效形式、
6、材料选用及强度计算特点、蜗杆传动的失效形式、材料选用及强度计算特点(1)由于采用材料和蜗杆、蜗轮结构上的原因,)由于采用材料和蜗杆、蜗轮结构上的原因,蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度,所蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度,所以失效常发生在蜗轮轮齿上。又因啮合处的相对滑以失效常发生在蜗轮轮齿上。又因啮合处的相对滑动速度大,所以其主要失效为表面失效,除点蚀外动速度大,所以其主要失效为表面失效,除点蚀外易产生胶合与磨损。因此,对于蜗杆传动中材料的易产生胶合与磨损。因此,对于蜗杆传动中材料的组合,首先要求具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶组合,首先要求具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力,同
7、时应具有一定的强度。合能力,同时应具有一定的强度。通常蜗杆采用碳钢或合金钢,而蜗轮材料则视其通常蜗杆采用碳钢或合金钢,而蜗轮材料则视其传动中齿面相对滑动速度传动中齿面相对滑动速度vs的高低而定。的高低而定。vs较高时,较高时,选用抗胶合能力强的锡青铜,较低时,选用价格较选用抗胶合能力强的锡青铜,较低时,选用价格较低的铝铁青铜或铸铁。低的铝铁青铜或铸铁。(2)由于蜗杆传动的失效形式与齿轮传动的失)由于蜗杆传动的失效形式与齿轮传动的失效形式相似,目前尚缺乏对胶合和磨损的工程实效形式相似,目前尚缺乏对胶合和磨损的工程实用计算方法,通常仿效齿轮传动的方法进行条件用计算方法,通常仿效齿轮传动的方法进行条
8、件性计算。又由于蜗杆传动的失效多发生在蜗轮上,性计算。又由于蜗杆传动的失效多发生在蜗轮上,所以只需进行蜗轮轮齿的强度计算,而对蜗杆必所以只需进行蜗轮轮齿的强度计算,而对蜗杆必要时应进行刚度校核。要时应进行刚度校核。一般情况下,蜗轮很少发生弯曲疲劳折断,因一般情况下,蜗轮很少发生弯曲疲劳折断,因此,对于闭式蜗杆传动,仅按蜗轮齿面接触疲劳此,对于闭式蜗杆传动,仅按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计,而无需校核蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度进行设计,而无需校核蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度。强度。6、蜗杆传动变位的特点、蜗杆传动变位的特点 蜗杆传动的变位方法与齿轮传动变位相似,也蜗杆传动的变位方法与齿轮传动变位相似,也是
9、在切削时利用刀具相对蜗轮毛坯的径向位移来是在切削时利用刀具相对蜗轮毛坯的径向位移来实现变位。但是在蜗杆传动中,由于蜗杆的齿廓实现变位。但是在蜗杆传动中,由于蜗杆的齿廓形状和尺寸要与加工蜗轮的滚刀形状和尺寸相同,形状和尺寸要与加工蜗轮的滚刀形状和尺寸相同,所以为了保持刀具尺寸不变,只能对蜗轮进行变所以为了保持刀具尺寸不变,只能对蜗轮进行变位。位。变位的目的:变位的目的:凑中心距,凑传动比。凑中心距,凑传动比。a=a+x2mz2=z2-2x2 7、蜗杆传动效率及热平衡计算、蜗杆传动效率及热平衡计算 闭式蜗杆传动的总效率闭式蜗杆传动的总效率=123,其中,其中1为考为考虑啮合摩擦损耗的效率,虑啮合摩
10、擦损耗的效率,2为考虑轴承摩擦损耗为考虑轴承摩擦损耗的效率,的效率,3为考虑浸入油池中的零件搅油损耗的为考虑浸入油池中的零件搅油损耗的效率。一般效率。一般23=0.950.96。为提高效率,应增大导程角为提高效率,应增大导程角或采用多头蜗杆。或采用多头蜗杆。蜗杆传动由于效率低,所以工作时发热量大,蜗杆传动由于效率低,所以工作时发热量大,为防止胶合,对连续工作的闭式蜗杆传动应进行为防止胶合,对连续工作的闭式蜗杆传动应进行热平衡计算。热平衡计算。为了保证为了保证油温稳定油温稳定处于规定范围之内,单位时间处于规定范围之内,单位时间内蜗杆传动的发热量内蜗杆传动的发热量1应等同时间内的散热量应等同时间内
11、的散热量2,以达到热平衡。以达到热平衡。保持工作温度所需散热面积:保持工作温度所需散热面积:在既定工作条件下的油温:在既定工作条件下的油温:一般可限制油温:一般可限制油温:t0=6070C;最高不应超过最高不应超过80C,若超过允许值,必须采取散热措施。,若超过允许值,必须采取散热措施。二、难点内容分析二、难点内容分析1、圆弧齿圆柱蜗杆传动的齿形角、圆弧齿圆柱蜗杆传动的齿形角及齿廓圆弧半径及齿廓圆弧半径 对承载能力的影响很大,较小的对承载能力的影响很大,较小的 值对承载能力值对承载能力是有利的,但太小了会产生干涉现象。是有利的,但太小了会产生干涉现象。在标准中推荐齿形角在标准中推荐齿形角 ,但
12、考虑到蜗,但考虑到蜗杆的加工、啮合时接触线的形状以及承载能力等,杆的加工、啮合时接触线的形状以及承载能力等,常取常取 。2、蜗杆传动的热平衡计算、蜗杆传动的热平衡计算 在蜗杆传动中,因为有很大的滑动速度,摩擦损在蜗杆传动中,因为有很大的滑动速度,摩擦损耗大(特别是轮齿的啮合摩擦损耗),所以传动效耗大(特别是轮齿的啮合摩擦损耗),所以传动效率低,工作时发热量大。由于蜗杆传动结构紧凑,率低,工作时发热量大。由于蜗杆传动结构紧凑,箱体的散热面积小,散热能力差,所以在闭式传动箱体的散热面积小,散热能力差,所以在闭式传动中,所产生的热量不能及时散去,油温会急剧升高,中,所产生的热量不能及时散去,油温会急
13、剧升高,这样就容易使齿面产生胶合。因此要进行热平衡计这样就容易使齿面产生胶合。因此要进行热平衡计算。算。热平衡计算的基本原理是单位时间内产生的热量热平衡计算的基本原理是单位时间内产生的热量等于或小于同时间内散发出去的热量。在实际工作等于或小于同时间内散发出去的热量。在实际工作中,主要是利用热平衡条件,求出工作条件下应该中,主要是利用热平衡条件,求出工作条件下应该控制的油温控制的油温t0。三、蜗杆传动设计中应注意的事项三、蜗杆传动设计中应注意的事项1)要重视各种类型蜗杆传动的比较与选用。要重视各种类型蜗杆传动的比较与选用。2)为了提高蜗轮副的耐磨性及降低成本,对尺寸较为了提高蜗轮副的耐磨性及降低
14、成本,对尺寸较大的蜗轮,其轮缘采用铜合金材料,轮芯采用铸铁大的蜗轮,其轮缘采用铜合金材料,轮芯采用铸铁或钢。或钢。3)蜗杆轴在设计时应保证一定的刚度,以避免与蜗蜗杆轴在设计时应保证一定的刚度,以避免与蜗轮啮合时,蜗杆轴产生过大的变形。轮啮合时,蜗杆轴产生过大的变形。4)为了保证蜗杆传动的正确啮合,要求蜗轮的中间为了保证蜗杆传动的正确啮合,要求蜗轮的中间平面能过蜗杆轴线。因此,在设计蜗轮轴的轴承部平面能过蜗杆轴线。因此,在设计蜗轮轴的轴承部件组合结构时,一定要使轴能够进行轴向调整。件组合结构时,一定要使轴能够进行轴向调整。5)可以利用蜗杆自锁来阻止某些机构的运动。)可以利用蜗杆自锁来阻止某些机构
15、的运动。6)蜗杆减速器外壳散热片的方向与冷却方式有关。蜗杆减速器外壳散热片的方向与冷却方式有关。四、单项选择题四、单项选择题1、与齿轮传动相比较,、与齿轮传动相比较,不能作为蜗杆传动不能作为蜗杆传动的优点。的优点。A、传动平稳,噪声小、传动平稳,噪声小 B、传动效率高、传动效率高C、可产生自锁、可产生自锁 D、传动比大、传动比大B2、蜗杆直径系数、蜗杆直径系数q=。A、q=d1/m B、q=d1mC、q=a/d1 D、q=a/mA3、在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆、在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆头数头数z1,则传动效率,则传动效率 。A、提高、提高 B、降低、降低C、不变、
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