機(jī)械設(shè)計第八章蝸桿傳動.ppt

第八章蝸桿傳動 8 1蝸桿傳動的特點(diǎn)及類型 用于傳遞交錯軸之間的運(yùn)動和動力交錯角常為90 蝸桿為主動件 蝸桿可認(rèn)為是只有一個齒的齒輪 但這個齒很長 被螺旋狀地纏繞在一個圓柱上 圓弧面蝸桿 錐蝸桿 蝸桿傳動的特點(diǎn)和應(yīng)用 一 特點(diǎn) 傳動比可以很大 i 8 80 若只傳遞運(yùn)動 可達(dá)1000 結(jié)構(gòu)緊湊 傳動平穩(wěn) 噪聲較小 同時嚙合的齒數(shù)多 可使其具有自鎖性 要求螺線升角 當(dāng)量摩擦角 優(yōu)點(diǎn) 傳動效率較低 一般為0 7 0 8 因發(fā)熱大 若有自鎖性 則 0 5 造價高 蝸輪常用青銅制 缺點(diǎn) 二 分類 阿基米德蝸桿 ZA蝸桿 漸開線蝸桿 ZI蝸桿 法向直廓蝸桿 ZN蝸桿 圓柱蝸桿傳動 圓弧面 環(huán)面 蝸桿傳動 錐面蝸桿傳動 錐面包絡(luò)蝸桿 ZK蝸桿 便于磨削 精度較高 應(yīng)用日漸廣泛 潤滑條件較好 效率高 可達(dá)0 9以上 承載能力高 比普通圓柱蝸桿高出0 5 1 5倍 體積小 質(zhì)量小 結(jié)構(gòu)緊湊 已廣泛應(yīng)用于冶金 化工 起重等需要大功率傳動的機(jī)械設(shè)備中 制造較難 ZC蝸桿 同時接觸的點(diǎn)數(shù)較多 重合度大 傳動比范圍大 一般為10 360 承載能力和效率較高 側(cè)隙便于控制和調(diào)整 能做離合器使用 可節(jié)約有色金屬 制造安裝簡單 工藝性好 但由于結(jié)構(gòu)上的原因 傳動具有不對稱性 因而正反轉(zhuǎn)時受力不同 承載能力和效率也不同 端面齒廓為阿基米德螺線 2 40 可用車刀象車螺紋一樣車削 但難磨削 不易得到較高精度 應(yīng)使刀刃頂面通過蝸桿軸線 3 時用雙刀 端面齒廓為漸開線 可用兩把直線刀刃的車刀在車床上分別車出左右側(cè)螺旋面 車削加工 刀刃頂面與基圓柱相切 兩刀一高一低 也可用滾刀加工 還可在專用機(jī)床上磨削 制造精度較高 適用于功率較大的高速傳動 端面齒廓為延伸漸開線 故又稱延伸漸開線蝸桿 法面齒廓為直線 也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車床上車削加工 車刀刀刃放在蝸桿齒面的法向位置 較難磨削 是一種非線性螺旋齒面蝸桿 不能在車床上加工 只能在銑床上銑削 在磨床上磨削 加工時 除工件作螺旋運(yùn)動外 刀具同時繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動 這時 銑刀 或砂輪 回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面 I I和N N截面都是曲線 這種蝸桿便于磨削 精度較高 應(yīng)用日漸廣泛 GB T10085 98中推薦采用ZI和ZK蝸桿兩種 8 2普通圓柱蝸桿傳動主要參數(shù)和幾何尺寸 一 主要參數(shù) 中間平面 通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面 在中間平面上 蝸桿與蝸輪的嚙合相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合 設(shè)計蝸桿傳動時 其尺寸與參數(shù)均在中間平面內(nèi)確定 且沿用齒輪傳動的計算公式 1 模數(shù)m和壓力角 正確嚙合條件是 蝸桿軸向模數(shù)ma1 蝸輪端面模數(shù)mt2 蝸桿軸向壓力角 a1 蝸輪端面壓力角 t2 ZA蝸桿 阿基米德蝸桿 的 a1 20 其余蝸桿法向壓力角 n為標(biāo)準(zhǔn)值20 軸向壓力角 a和法向壓力角 n的關(guān)系為 2 蝸桿頭數(shù)Z1 蝸輪齒數(shù)Z2 傳動比i 頭數(shù)多雖可提高效率 但加工精度越難保證 當(dāng)傳動比i 40或要求自鎖時 取Z1 1 蝸桿頭數(shù)Z1一般取為1 2 4 3 蝸桿分度圓直徑d1及直徑系數(shù)q 為此 制訂了蝸桿分度圓直徑的標(biāo)準(zhǔn)系列 規(guī)定 q 蝸桿直徑系數(shù) 已標(biāo)準(zhǔn)化 4 導(dǎo)程角 又稱螺旋線升角 5 中心距a q越小 越大 傳動效率越高 的值常為3 5 27 蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角應(yīng)等于蝸輪分度圓柱上的螺旋角 且旋向也須相同 二 幾何尺寸及計算 下表中列出的只是一部分 詳細(xì)尺寸計算公式見相關(guān)書籍和手冊 8 3蝸桿傳動的失效形式與強(qiáng)度計算 一 失效形式 故 失效常發(fā)生于蝸輪輪齒上 主要失效形式有 膠合 點(diǎn)蝕 磨損 二 計算準(zhǔn)則 對開式蝸桿傳動 載荷變化較大 或Z2 90時 常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 蝸桿傳動摩擦嚴(yán)重 發(fā)熱大 效率低 對閉式蝸桿傳動還需作熱平衡計算 以免發(fā)生膠合 三 受力分析 蝸桿傳動的受力分析與斜齒輪相似 常不考慮摩擦力的影響 圓周力Ft 徑向力Fr 軸向力Fa 蝸桿軸向力Fa1方向的確定 左旋蝸桿 左手法則 右旋蝸桿 右手法則 四指方向為旋向 大拇指指向為軸向力方向 Fa1的方向決定了蝸輪旋向 蝸桿圓周力Ft1的方向與轉(zhuǎn)向相反 蝸桿徑向力Fr的方向總指向軸心 圖11 2蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定 下列各蝸桿傳動均以蝸桿為主動件 請標(biāo)出蝸輪 或蝸桿 的轉(zhuǎn)向 蝸輪輪齒的旋向及蝸桿 蝸輪受力方向 四 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 與斜齒輪相似 設(shè)計公式為 五 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度高于斜齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 只在少數(shù)情況下 如強(qiáng)烈沖擊 蝸輪為脆性材料或開式傳動時 才計算蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度 蝸輪輪齒彎曲強(qiáng)度所限定的承載能力 大都超過了齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計算時所限定的承載能力 一 剛度計算 8 4蝸桿剛度計算及熱平衡計算 以齒根圓直徑為基礎(chǔ) 剛度條件為 二 熱平衡計算 閉式蝸桿傳動須進(jìn)行熱平衡計算 設(shè)蝸桿輸入功率為P KW 效率為 則 單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱流量為 1 1000P 1 自然冷卻時經(jīng)箱體壁散逸到空氣中的熱流量為 2 d S t0 ta 空氣的溫度 常溫為20 油溫 60 70 不超過80 散熱面積 內(nèi)可被油飛濺 外可為空氣冷卻 散熱系數(shù) 常取8 17W m2 箱體上散熱片的散熱面積按50 計 按熱平衡條件 應(yīng)有 1 2 即 1000P 1 d S t0 ta 故最終推得 若超過此值 可采取如下措施 設(shè)置散熱片 外面 蝸桿軸端加風(fēng)扇 在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻水管 用循環(huán)油 一 材料 8 5蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu) 1 要求 高速重載 采用20Cr 20CrMnTi 滲碳處理至56 62HRC 或40Cr 45 表面淬火到45 55HRC 一般蝸桿 45 40等 調(diào)質(zhì)處理至200 250HBS 低速或人力傳動 可不熱處理 甚至可用鑄鐵 所以 常用青銅作蝸輪的齒圈 與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配 2 蝸桿材料 有足夠的強(qiáng)度 良好的減摩耐磨性 良好的抗膠合能力 常為碳鋼或合金鋼 均應(yīng)磨削 3 蝸輪材料 重要的高速蝸桿傳動中 常用10 1錫青銅 ZCuSn10P1 V 12m s時 可用含Sn低的5 5 5錫青銅 ZCuSn5Pb5Zn5 V 6m s時 可用價廉的10 3鋁青銅 ZCuAl10Fe3 或ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 V 2m s時 可用球墨鑄鐵或灰鑄鐵 有時還用尼龍做 二 結(jié)構(gòu) 1 蝸桿結(jié)構(gòu) 因直徑小 常與軸制成整體 稱為蝸桿軸 無退刀槽 齒部只能用銑削的方法 有退刀槽 齒部可車可銑 但該結(jié)