机械设计：蜗轮蜗杆

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1、第12章 蜗杆传动12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算 设 计 ： 潘 存 云 12-1 蜗 杆 传 动 的 特 点 和 类 型作 用 ： 用 于 传 递 交 错 轴 之 间 的 回 转 运 动 和 动 力 。 蜗 杆 主 动 、 蜗 轮 从 动 。 90形 成 ： 若 单 个 斜 齿 轮 的 齿 数 很 少 （ 如 z1=1） 而 且 1很大 时 ， 轮 齿 在 圆 柱 体 上 构 成 多 圈 完 整 的 螺

2、 旋 。 1 1所 得 齿 轮 称 为 :蜗 杆 。而 啮 合 件 称 为 :蜗 轮 。蜗 杆 设 计 ： 潘 存 云 2 2 蜗 轮 设 计 ： 潘 存 云改 进 措 施 ： 将 刀 具 做 成 蜗 杆 状 ， 用 范 成 法 切 制 蜗 轮 ， 所 得 蜗 轮 蜗 杆 为 线 接 触 。点 接 触优 点 ： 传 动 比 大 、 结 构 紧 凑 、 传 动 平 稳 、 噪 声 小 。分 度 机 构 ： i=1000, 通 常 i=880缺 点 ： 传 动 效 率 低 、 蜗 轮 齿 圈 用 青 铜 制 造 ， 成 本 高 。线 接 触 设 计 ： 潘 存 云设 计 ： 潘 存 云 类 型 按

3、 螺 旋 面 形状 分 ： 阿 基 米 德 蜗 杆 、渐 开 线 蜗 杆环 面 蜗 杆按 形 状 分 有 ： 圆 柱 蜗 杆环 面 蜗 杆设 计 ： 潘 存 云 设 计 ： 潘 存 云圆 柱 蜗 杆 渐 开 线 蜗 杆阿 基 米 德 蜗 杆 设 计 ： 潘 存 云 阿 基 米 德 螺 线 渐 开 线 基 圆2 设 计 ： 潘 存 云d 蜗 杆 旋 向 ： 左 旋 、 右 旋 (常 用 ) 1 1精 度 等 级 ：对 于 一 般 动 力 传 动 ， 按 如 下 等 级 制 造 ：v17.5 m/s -7级 精 度 ；v1 3 m/s -8级 精 度 ；v 140蜗 杆 头 数 z1 4 2 2、

4、 1 1蜗 轮 齿 数 z2 2852 2854 2880 40将 分 度 圆 柱 展 开 得 ： = z1 px1/ d1 = mz1/d1 tg 1=l/ d1 4. 蜗 杆 的 导 程 角 d1 lpx1 1d1 1 1 5.蜗 杆 直 径 系 数 q加 工 时 滚 刀 直 径 等 参 数 与 蜗 杆 分 度 圆 直 径 等 参 数 相同 ， 为 了 限 制 滚 刀 的 数 量 ， 国 标 规 定 分 度 圆 直 径 只能 取 标 准 值 ， 并 与 模 数 相 配 。q 为 蜗 杆 : 定 义 ： q=d1/m一 般 取 : q=8 18。tg 1 = px z1 / d1 = z1

5、/ q于 是 有 ： d1 = mq 可 由 表 12 1计 算 得 到 。 直 径 系 数 见 下 页= mz1 / d1 m11.251.62 d1182022.42028(18)22.4(28)35.5 m2.53.154 d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5(45)56(31.5) m456.3 d140(50)71(40)50(63)90(50)63 m6.3810 d1(80)112(63)80(100)140(71)90表 12 1 蜗 杆 分 度 圆 直 径 与 其 模 数 的 匹 配 标 准 系 列 mm 20 q=12.5 28 q=17.51. 设 计 ：

6、 潘 存 云 1p 2vS 11 2p由 相 对 运 动 原 理 可 知 :v2 = v1 + vS 6.齿 面 间 滑 动 速 度 vS及 蜗 轮 转 向 的 确 定= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作 速 度 向 量 图 ， 得 :v2 = v1 tg 蜗 轮 的 转 向 : v2 2 2CW t tv 1v2 设 计 ： 潘 存 云设 计 ： 潘 存 云 1 1 12p12p 右 旋 蜗 杆 ： 伸 出 左 手 ， 四 指 顺 蜗 杆 转 向 ， 则 蜗 轮 的 切 向 速 度 vp2的 方 向 与 拇 指 指 向 相 同 。用 手 势 确 定 蜗 轮 的 转 向 ：左

7、 旋 蜗 杆 ： 用 右 手 判 断 ， 方 法 一 样 。 2 2v2 v2模 型 验 证 因 蜗 轮 蜗 杆 相 当 于 螺 旋 副 的 运 动 ， 有 一种 实 用 且 简 便 的 转 向 判 别 方 法 ：7.中 心 距 a = r 1+r2 = m(q +z2)/2a r1r2 二 、 圆 柱 蜗 杆 传 动 几 何 尺 寸 的 计 算由 蜗 杆 传 动 的 功 用 ， 以 及 给 定 的 传 动 比 i , z1 z2 计 算 求 得 m、 d1 计 算 几 何 尺 寸表 12-3 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 几 何 尺 寸 计 算名 称 计 算 公 式蜗 杆 中 圆 直

8、径 ， 蜗 轮 分 度 圆 直 径齿 顶 高齿 根 高顶 圆 直 径根 圆 直 径蜗 杆 轴 向 齿 距 、 蜗 轮 端 面 齿 距 径 向 间 隙中 心 距 蜗 杆 蜗 轮d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px= mc=0.2 ma=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2) 12-3 蜗 杆 传 动 的 失 效 形 式 、 材 料 和 结 构一 、 蜗 杆 传 动 的 失 效 形 式 及 材 料 选 择主 要 失 效

9、 形 式 ： 胶 合 、 点 蚀 、 磨 损 。材 料 蜗 轮 齿 圈 采 用 青 铜 ： 减 摩 、 耐 磨 性 、 抗 胶 合 。蜗 杆 采 用 碳 素 钢 与 合 金 钢 ： 表 面 光 洁 、 硬 度 高 。材 料 牌 号 选 择 ：高 速 重 载 蜗 杆 ： 20Cr,20CrMnTi(渗 碳 淬 火 5662H RC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表 面 淬 火 4555H RC)一 般 蜗 杆 ： 40 45 钢 调 质 处 理 (硬 度 为 220250H BS)蜗 轮 材 料 ： v S 12 m/s时 ZCuSn10P1锡 青 铜 制 造 。vS 12 m/s时 Z

10、CuSn5Pb5Zn5锡 青 铜vS 6 m/s时 ZCuAl10Fe3铝 青 铜 。vS 45 其 他 情 况 H RC45 滑 动 速 度 vs m/s f f f 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.18 10.2 0.10 0.08 4.57 0.09 5.14 0.13 7.4 0.50 0.055 3.15 0.065 3.72 0.09 5.14 1.00 0.045 2.58 0.055 3.15 0.07 4 2.00 0.035 2 0.045 2.58 0.055 3.15 3.00 0.028 1.6 0.035 2 0.045 2.58 4.00 0

11、.024 1.37 0.031 1.78 0.04 2.29 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03 0.026 1.49 0.03 1.72 10.0 0.016 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74 对 动 力 传 动 ， 宜 采 用 多 头 蜗 杆 蜗 杆 加 工 困 难 过 大当 28 时 ， 效 率 增 加 很 少 。当 时 ， 蜗 杆 具 有 自 锁 性 ， 但 效 率 很 低 。252.5512.50.51 1015 m/s时 ， 采 用 压

12、 力 喷 油 润 滑 。当 v1 4 m/s时 ， 采 用 蜗 杆 在 上 的 结 构 。 三 、 蜗 杆 传 动 的 热 平 衡 计 算 由 于 蜗 杆 传 动 效 率 低 ， 发 热 量 大 ， 若 不 及 时 散 热 ，会 引 起 箱 体 内 ， 油 温 升 高 ， 润 滑 失 效 ， 导 致 轮 齿 磨损 加 剧 ， 甚 至 出 现 胶 合 。 因 此 ， 对 连 续 工 作 的 闭 式蜗 杆 传 动 必 须 进 行 热 平 衡 计 算对 闭 式 传 动 ， 热 量 由 箱 体 散 逸 ， 要 求 箱 体 与 环 境 温 差 ： t = iA1000P1(1- )tg tt=( t-t

13、0 )-温 度 差 ； P1-蜗 杆 传 递 的 功 率 ； i-表 面 散 热 系 数 ； 一 般 取 ： i=1017 W/(m2 )A-散 热 面 积 , m2, 指 箱 体 外 壁 与 空 气 接 触 而 内 壁被 油 飞 溅 到 的 箱 壳 面 积 。 对 于 箱 体 上 的 散 热 片 ， 其散 热 面 积 按 50%计 算 。 设 计 ： 潘 存 云设 计 ： 潘 存 云设 计 ： 潘 存 云 t-温 差 许 用 值 ， 一 般 取 ： t=6070 要 求 油 温 ： t = t0+ t 90 不 能 满 足 要 求 时 ， 可 采 取 冷 却 措 施 ：1） 增 加 散 热 面 积 -加 散 热 片 ；2） 提 高 表 面 传 热 系 数 - 加 风 扇 、 冷 却 水 管 、 循 环 油 冷 却 。 油 泵 冷却器冷 却水 本 章 重 点(1)熟 悉 蜗 杆 传 动 的 特 点 。(2)了 解 蜗 杆 传 动 的 类 型 、 应 用 、 材 料 和 结 构 。(3)掌 握 普 通 圆 柱 蜗 杆 的 主 要 参 数 和 几 何 尺 寸 计 算 。