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1、第十一章 蜗杆传动11-1 蜗杆传动特点、类型和应用11-2 普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算11-3 普通圆柱蜗杆传动设计计算11-5 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算11-6 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算11-7 圆柱蜗杆和蜗轮结构设计学习要求 掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法 了解蜗杆传动的类型、变位及刚度计算重点 掌握蜗杆传动的热平衡原理和计算方法 普通圆柱传动的参数选择和强度计算 掌握普通圆柱和圆弧蜗杆传动的受力分析和强度计算 蜗杆传动的特点、类型和应用 蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90一、蜗杆传动特点1工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点
2、2i大12zzi 蜗杆1、2、4、6传递动力时：i=8100常用1550）传递运动时：i=几百上千单头，）优点：齿轮z1173结构紧凑、重量轻、噪音小4自锁性能好(用于提升机构)蜗杆传动的类型、特点和应用缺点：1制造成本高，加工困难2滑动速度vs大3低4蜗轮需用贵重的减摩材料 蜗杆传动的类型、特点和应用普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动二、蜗杆传动的类型阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）渐开线蜗杆 （ZI蜗杆）法向直廓蜗杆ZN蜗杆）蜗杆传动的类型、特点和应用ZA型:阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线ZI型:渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动Z
3、N型:法向直廓蜗杆(刀具加工位置不同)1)圆柱蜗杆ZK型:锥面包络圆柱蜗杆1.按蜗杆形状分 蜗杆传动的类型、特点和应用3)锥蜗杆 啮合齿数多，平稳，承载2)环面蜗杆 接触齿对数，承载（1.54倍，高，但制造安装要求高2.按蜗杆头数分单头蜗杆：i，自锁性，多头蜗杆：相反3.按旋向分左旋右旋一般采用右旋三、应用P750KW通常50KW），Vs35 m/s（通常15 m/s）由于 i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直 普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、圆柱蜗杆传动的基本参数1.基本齿廓 垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内
4、蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。只是顶隙c0.2m必要时0.15m0，正变位 aa x0 负变位 aa 3)变位结果蜗杆各部分尺寸不变，但节线变化11dd蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线)蜗轮尺寸发生变化，但22dd)(2121ddamaax 普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算2a不变，齿数变化，凑i凑i：（a不变，2z2z）)(2121zmdmax)(2121mzda)(2122zzx)2(21)(212121zmxmdddax022zz齿数x022zz齿数二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算圆柱蜗杆传
5、动的几何尺寸计算见表11-3 普通圆柱蜗杆传动设计计算一、蜗杆传动失效形式、设计准则及材料选择1.失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断vs、发热 主要为：胶合、磨损、点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算 2.设计准则闭式传动：开式传动：通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度 普通圆柱蜗杆传动设计计算3.资料vs减摩性、强度不能都用硬材料1)蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs1226m/s铸铝青铜：vs10m/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：vs2m/s大直
6、径蜗轮：铸铁蜗杆用青铜）2)蜗杆资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 普通圆柱蜗杆传动设计计算二、蜗杆传动受力分析112uTT(蜗杆主动)1啮合效率nntndTFFcoscos2coscos222忽略Ff 圆周力：12222atFdTF轴向力：11122taFdTF径向力：122tanrtrFFFFn 普通圆柱蜗杆传动设计计算方向判定：1蜗轮转向知：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12atFFFa蜗杆：左、右手定则蜗轮：12taFFFnn2n13旋向判定蜗轮与蜗杆旋向
7、相同v2 普通圆柱蜗杆传动设计计算练习n1n1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2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.Fr4 Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋Ft2Fr4Fa3Fa2Ft1n1n3n2Fa1x 普通圆柱蜗杆传动设计计算三、蜗杆传动强度计算蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对蜗轮1.接触强度计算32HAEHaTKZZminlimHHhnHSZZ-校核式32limmin2HHhnEASZZZZTKa-设计式0LKFZnEH 普通圆柱蜗杆
8、传动设计计算参数说明：1T2蜗轮转矩,N mm2K载荷系数,K=KAKKV3ZE弹性系数4Z接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,Z初值a是否接近？与ZZ根据查得ad1设计时：未知，初选值ad1ad1ad1112uTT（蜗杆主动）5）许用接触应力Hb300MPa，H表11-6b300MPa，HHNHK表11-7H8710NKHN 普通圆柱蜗杆传动设计计算2.弯曲强度计算难于精算条件性估算弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关FFaFYYmddKT221253.1-校核式YYzKTdmFaF2221253.1-设计式参数说明：1YFa2蜗轮齿形系数，图11-192），FFNFK表11-8F9610N
9、KFN yLEIFFytt3222148普通圆柱蜗杆传动设计计算3.蜗杆的刚度计算参数说明：dn 蜗杆齿根圆直径L2）蜗杆两端支承间跨距，初选 =0.9d2L3）许用最大挠度 y 10001dy 4.精度等级12个等级：动力传动：69级测量分度：5级或以上 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算一、传动特点1.传动比范围大2.易形成润滑油膜3.传动效率高 (蜗杆主动)4.不易于安装二、主要参数及选择1.齿形角0推荐值：22302.变位系数 x2推荐值：x2=0.51.53.齿廓圆弧半径 推荐值：=（55.5m limlimHHHHSS圆弧圆柱蜗杆传动设计计算三、强度计算 圆弧圆柱蜗杆传动的失效形式、设计准则
10、及受力分析与普通圆柱蜗杆传动大体相同根据以知知条件P、n1、i或n2a主要几何参数表11-10几何尺寸计算表11-111.蜗轮齿面接触疲劳强度计算mxdbYZFmzmtH22222参数说明：110dmZmH1）蜗轮齿面接触应力mdbm645.012bm2蜗轮平均齿宽YZ蜗杆齿齿形系数表11-13圆弧圆柱蜗杆传动设计计算limH2）蜗轮齿面接触疲劳极限WnhHfffK0limK0蜗轮与蜗杆的配对材料系数表11-14f h寿命系数表11-15f n速度系数表11-16f W载荷系数 f W=1(载荷平稳时)2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算maxlimCCSFF参数说明：2max2maxbmFCntFF
11、t2max蜗轮平均圆上的最大圆周力1)C FLim蜗轮齿根应力系数极限值表11-172)C Fmax蜗轮齿根应力系数2b蜗轮齿弧长普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率3211啮合效率2轴承的效率3考虑搅油损耗的效率)tan11(dmz Z1啮合效率与蜗杆头数 z1 的近似关系:蜗杆头数 z1 1 2 4 6总效率 0.7 0.8 0.9 0.95 蜗杆的导程角；v当量摩擦角表1118或11-19(根据vs)滑动速度：sincos21svtantan1滑动速度，则v 为什么？vtantan=123=(0.950.96)普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算二、蜗杆传动的润
12、滑1.目的：减摩、散热2.润滑油粘度及给油方式一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法(表1121)蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3给油方法：油池润滑：喷油润滑三、蜗杆传动的热平衡1.由于 低，运转中产生热量多，导致温度升高，破坏润滑状态，从而 使摩擦增大，甚至发生胶合2.为控制温升，需进行热平衡计算热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算adttSP0111000油温：d 表面传热系数，一般取 d(8.15 17.45)W/(m2)S箱体的散热面积(m2)t0润滑油的工作温度()，
13、通常取 t060 70 （80 ）P1传动的输入功率kW)ta环境温度()，通常取 ta 20 摩擦产生的热量散发的热量SPttda110000普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：1）在箱体外表面加散热片以增大散热面积2在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通散热片溅油轮风扇过滤网集气罩 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算3在油池内安装冷却管路4采用压力喷油循环润滑通水传动箱内装循环冷却管路油泵过滤器冷却器传动箱外装循环冷却器 圆柱蜗杆和蜗轮结构设计一、蜗杆的结构无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度 较前一种差当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作 圆柱蜗杆和蜗轮结构设计为了减摩的需要，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，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮组合式蜗轮 圆柱蜗杆和蜗轮结构设计整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮
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