机械设计8涡轮蜗杆结构简要

蜗 杆 传 动 蜗杆传动 类型和特点 失效形式、材料选择与结构 主要参数和几何关系 蜗杆传动受力分析和效率 蜗杆传动的强度计算 蜗杆传动热平衡计算 1 蜗杆传动类型和特点 一、特点和应用 外形类似： 螺旋与斜齿轮的传动 从中间平面剖开： 齿轮与齿条的传动 1、应用 P 750KW（通常 50KW）， Vs 35 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。 2、特点 1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。 2） i大 1 2 z zi 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， ） 用于传递交错轴之间的回转运动。 一般：空间垂直 为什么？ 优点： 齿轮 z117 3）结构紧凑、重量轻、噪音小。 4）自锁性能好 (用于提升机构 ) 。 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。 1、按蜗杆形状分 圆柱蜗杆 环面蜗杆 锥蜗杆 二、分类 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 ZN型 :法向直廓蜗杆 (刀具加工 位置不同 ) 圆柱蜗杆 锥蜗杆：啮合齿数多， ，平稳 ，承载 。 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、精度等级 12个等级： 动力传动： 69级 测量分度： 5级或以上 2 失效形式、材料选择和结构 一、失效形式 与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断 v s 、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。 二、材料 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。 3 圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算 一、基本齿廓 中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。 二、模数 m 正确啮合条件： 21 tx PP 轴向 端面 mmm tx 21 标准值 (与齿轮不同 ,表 13.4) c o snx mmm 蜗杆导程角 三、齿形角 0 刀具基准齿形的齿形角： 20 0 阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角 2001 x 法向直廓蜗杆：法向齿形角 20 01 n 四、蜗杆分度圆直径 d1（中圆直径） 刀具数量 同一 m的蜗杆，应对直径 d1进行限制 d1为标准值 1 1 1 1 1 1t an d mz d mz d pz x d1 p x p x ta n 1 1 zmd 加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸 相同，但 m一定时，由于 z1和 的变化， d1是变化的， 即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。 五、蜗杆直径系数 q mdq 1 d1、 m 为标准值 q 为导出值 ,不一定为整数。 11 mzmqd 六、蜗杆导程角 1 21 1 1 1 1 1 1t an du d q z d mz d mz d pz x 335.3 制造困难 m一定时， q d1 蜗杆刚度 z1一定时， q ，自锁性 小 m蜗杆 选用大 q，保证强度和刚度 适于小 P 大 m蜗杆 选用小 q，保证效率 适于大 P 传递动力时 :头数 z1 采用多头蜗杆 传递运动时 :保证自锁 ( ), z1 , 采用单头蜗杆 七、 z1、 z2 蜗杆头数 z1：蜗杆上蜗旋线的数目。 z1=1、 2、 4、 6等 z1 加工困难 12 uzz 传递动力： 28 2 z （ 传动平稳性，避免根切） 1002 z (z2 d2 蜗杆轴长 刚度 ) 一般取 z2=3280 z1z2：互质 均匀磨损 八、 i、 u 1 2 2 1 d d n ni 1 2 z zu 蜗杆主动时 : 2 1 1 2 n ni z zu 九、中心距 a )(2)(2)(21 21221 zzmzqmdda （应按 p264系列值选取） 十、变位系数 1、变位目的：配 凑中心距 ； 凑传动比 。 2、变位方法：与齿轮变位相同 , 靠刀具的移位实现变位。 故：蜗杆尺寸不能变动， 只能对蜗轮变位 加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚 刀只作径向移动，尺寸不变。 4、变位类型 1）齿数不变，凑 a )2(21 21 dxmda x0，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 11 dd 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 22 dd )(21 21 dda m aax 2） a不变，齿数变化，凑 i 凑 i：（ a不变， 2z 2z ） )(21 21 zmdmax )(21 21 mzda )(21 22 zzx )2(21)(21 2121 zmxmddda 4 受力分析与效率计算 一、作用力 圆周力： 1222 2 at Fd TF 轴向力： 1112 2 ta Fd TF 112 uTT (蜗杆主动 ) 1 啮合效率 nn t n d TFF coscos 2 coscos 2 22 忽略 Ff 径向力： 122 ta n rtr FFF 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 v2n 2 2）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 12 at FF Fa 蜗杆：左、右手定则 蜗轮： 12 ta FF n2 n1 3）旋向判定 蜗轮与蜗杆旋向相同。 v2 练习： n 1 n1 Fr1 Fr2 Ft1 x F a2 Fa1 Ft2 右旋 n2 Fr1 Fr2 Ft1 Fa2 x Fa1 Ft2 n2 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 Fa2 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1 蜗轮右旋 n4 输出 1 2 3 4 蜗杆 右旋 二、传动效率 与齿轮类似： 321 1、啮合 1：近似按螺旋副计算 )ta n ( ta n 1 v （蜗杆主动） ta n )ta n ( 1 v （蜗轮主动） v 当量摩擦角， c o s1vv s 说明： 1） vs v v 油膜易形成 1 2） 为影响 1的主要因素 ： 1 01 dd 245 v 时， 1 max 此后， 1 2、 2搅油效率： 99.02 3、 3轴承效率： 99.03 5 圆柱蜗杆传动的强度计算 蜗轮齿强度低于蜗轮齿 计算针对 蜗轮 一、接触强度计算 3 2 HAEH a TKZZ m i n lim H HhnH SZZ 校核式 3 2 l i m m i n 2 H HE A SZZTKa 设计式 参数说明： 1） T2 蜗轮转矩 ,N mm 2） KA 使用系数 ,表 12.9（同齿轮传动） 3） ZE 弹性系数 ,表 13.2， P260 4） Z 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 ad1 a d1 ad1 112 uTT （蜗杆主动） 6 温度计算（热平衡计算） 由于 发热大 易胶合 即：发热率 H1 = 散热率 H2 摩擦功耗： )1(1000)1( 11 PKWPP f )1(1 0 0 01 PH )/( sJ 冷却散去的热量： )( 012 ttAH W 环境温度 t 0=20 箱内工作温度 散热面积，可由 13.27式估算 表面传热系数， )/( 2 cmW 则： 21 HH Ct A Pt W 80)1(1000 011 热平衡计算 油温比 t1高 15 左右， 蜗杆上置：飞溅冷却作用差 若 t1太高，可采取如下措施： 2、蜗杆轴端装风扇 1、加散热片 3、外冷却压力喷油润滑 4、油池内安装蛇形冷却水管 习题： 蜗轮蜗杆传动 一 、 选择题 1、 当两轴线 时 ， 可采用蜗杆传动 。 （ 1） 平行； （ 2） 相交； （ 3） 垂直交错； 2、 在蜗杆传动中 ， 通常 为主动件 。 （ 1） 蜗杆； （ 2） 蜗轮； （ 3） 蜗杆或蜗轮都可以； 3 1 3、 在蜗杆传动中 ， 当需要自锁时 ， 应使蜗杆导程角 当量摩擦 角 。 （ 1） 小于； （ 2） 大于； （ 3） 等于； 4、 起吊重物用的手动蜗杆传动装置 ， 应用 蜗杆 。 （ 1） 单头 、 小导程角； （ 2） 单头 、 大导程角； （ 3） 多头 、 小导程角； （ 4） 多头 、 大导程角； 5、 为了减少蜗轮滚刀型号 ， 有利于刀具标准化 ， 规定 为标准 值 。 （ 1） 蜗轮齿数； （ 2） 蜗轮分度圆直径； （ 3） 蜗杆头数； （ 4） 蜗杆 分度圆直径； 6、 为了凑中心距或改变传动比 ， 可采用变位蜗杆传动 ， 这时 。 （ 1） 仅对蜗杆进行变位； （ 2） 仅对蜗轮进行变位； （ 3） 同时对蜗杆 、 蜗轮进行变位； 1 1 4 2 7、 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似 ， 其中 最易发生 。 （ 1） 点蚀与磨损； （ 2） 胶合与磨损； （ 3） 轮齿折断与塑性变形； 8、 蜗杆传动中 ， 轮齿承载能力的计算主要针对 来进行的 。 （ 1） 蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度； （ 2） 蜗轮齿面接触 强度和蜗杆齿根抗弯强度； （ 3） 蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度； （ 4） 蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度； 9、 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算 ， 其主要目的是为了 。 （ 1） 防止润滑油受热膨胀后外溢 ， 造成环境污染； （ 2） 防止润滑 油温度过高而使润滑条件恶化； （ 3） 防止蜗轮材料在高温下力学性 能下降； （ 4） 防止蜗杆蜗轮发生热变形后 ， 正确啮合受到破坏 ； 10、 与齿轮传动相比 ， 不能作为蜗杆传动的优点 。 （ 1） 传动平稳 ， 噪声小； （ 2） 传动比可以很大； （ 3） 可以自锁； （ 4） 传动效率高； 2 4 2 4 二、试分析如图所示蜗杆传动中各轴 的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向 及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及 方向。 右旋蜗杆 （ 主动 ） 2 3 4 1 右旋蜗杆 （ 主动 ） Ft1 Fr4 Fa2 Ft3 Ft2 F t4 Fa1 Fa4 Fa3 Fr1 Fr2 Fr3