蜗杆传动设计-机械设计工程师培训.pptx
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蜗杆传动设计-机械设计工程师培训.pptx
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蜗蜗轮蜗杆传动设计轮蜗杆传动设计概述1主要参数和几何尺寸2失效形式、材料和结构3受力及效率分析4强度计算5散热6减速器起重机外形类似:
螺旋与斜齿轮的传动从中间平面剖开:
齿轮与齿条的传动P750KW(通常50KW),Vs35m/s(通常15m/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:
空间垂直为什么?
应用1)工作平稳:
兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。
2)i大蜗杆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z117特点3)结构紧凑、重量轻、承载能力较大。
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。
蜗杆蜗轮螺旋角:
1导程角:
=90-11、b斜齿轮蜗杆b1斜斜齿轮1蜗杆杆传动比i斜齿轮传动斜齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动i=di=d22/d/d11idid22/d/d11m、法面为标准值法面为标准值主平面为标准值主平面为标准值1=1=22=,=,旋向相同旋向相同d1d1d1=md1=mnnzz11/cos/cosdd11=mq,=mq,且为标准值且为标准值普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别蜗杆机构实质上是相错轴斜齿轮机构的变形。
为了改善啮合情况,用与蜗杆的参数和尺寸相同的滚刀,按范成原理切制蜗轮。
这样加工,蜗杆蜗轮啮合时为线接触。
同时将蜗轮的母线做成弧形,部分地包住蜗杆,以增加接触线的长度。
点接触线接触其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成,车刀安装位置不同,加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。
圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的。
其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面,这种蜗杆同时啮合齿数多,传动平稳;齿面利于润滑油膜形成,传动效率较高;同时啮合齿数多,重合度大;传动比范围大(10360);承载能力和效率较高;可节约有色金属。
阿基米德蜗杆(ZA型)渐开线蜗杆(ZI型)法向直廓蜗杆(ZN型)锥面包络圆柱蜗杆(ZK型)承载能力高,约为阿基米德蜗杆传动的24倍;传动效率高,一般可达85%90%;要求制造和安装精度高。
制造安装简便,工艺性好;承载能力强,传动效率高;传动具有不对称性。
11)渐开线)渐开线圆柱蜗杆(圆柱蜗杆(ZIZI型)型)l齿形:
齿形:
轴垂面:
渐开线轴剖面:
凸齿廓基圆柱切面:
直齿廓l应用特点:
应用特点:
适用于蜗杆头数多(3头以上)、转速较高、大功率和要求较精密的传动。
l加工:
加工:
两把梯形直刃刀加工,切削刃顶平面与蜗杆基圆柱相切圆圆柱柱蜗蜗杆杆传传动动22)法向直廓)法向直廓圆柱蜗杆(圆柱蜗杆(ZNZN型)型)l加工:
加工:
切削时刀刃顶平面在蜗杆螺旋线法平面内l齿形:
齿形:
蜗杆:
轴垂面:
延伸渐开线轴剖面:
凸齿廓法面:
直廓(压力角n=20)l应用特点:
应用特点:
适用于蜗杆头数较多、导程角较大的蜗杆传动圆圆柱柱蜗蜗杆杆传传动动l加工:
加工:
直刃车刀,切削刃顶平面通过蜗杆轴线l齿型:
齿型:
轴垂面:
阿基米德螺线轴面:
直廓(x1=20直齿条齿廓)33)阿基米德阿基米德圆柱蜗杆圆柱蜗杆(ZAZA型)型)l应用特点:
应用特点:
加工和测量方便,应用十分广泛,适用于蜗杆头数较少的蜗杆和中小载荷、中低速传动。
圆圆柱柱蜗蜗杆杆传传动动44)锥面包络)锥面包络圆柱蜗杆圆柱蜗杆(ZKZK型)型)l加工:
加工:
凸圆弧车刀车削加工l齿形:
齿形:
蜗杆轴剖面:
凹圆弧蜗轮端面齿廓:
凸圆弧l应用特点:
应用特点:
新型蜗杆传动,传动效率高(可达95%以上)适用于重载、高速、要求精密的场合。
圆圆柱柱蜗蜗杆杆传传动动传动特点:
1)传动效率高,一般可达90%以上;2)承载能力高,约为普通圆柱蜗杆的1.5-2.5倍;3)结构紧凑。
按蜗杆头数分单头蜗杆:
i,自锁性,多头蜗杆:
相反按旋向分左旋右旋一般采用右旋右旋右旋左旋左旋蜗轮蜗轮回转方向的判定回转方向的判定在蜗杆传动中,蜗轮蜗杆齿的旋向是一致的,即同为左旋或同为右旋。
蜗轮的回转方向取决于蜗杆的旋向和蜗杆的回转方向,通常用左(右)手定则的方法来判定。
1.1.蜗杆蜗轮齿的旋向判定蜗杆蜗轮齿的旋向判定右手法则:
伸开右手,四指沿轴向,手面对自己,若齿向与大拇指相同,为右旋;否则,为左旋。
2.2.2.2.蜗轮回转方向确定:
蜗轮回转方向确定:
蜗轮回转方向确定:
蜗轮回转方向确定:
蜗杆转向蜗杆转向蜗蜗轮轮啮啮合合点点处处线线速速度度方方向向蜗轮啮合点处蜗轮啮合点处的线速度方向的线速度方向左右手定则:
右(左)旋用右(左)手左右手定则:
右(左)旋用右(左)手左右手定则:
右(左)旋用右(左)手左右手定则:
右(左)旋用右(左)手四指握住蜗杆,手指弯曲的方向代表蜗杆四指握住蜗杆,手指弯曲的方向代表蜗杆旋转方向,拇指指向的相反方向为蜗轮啮合点旋转方向,拇指指向的相反方向为蜗轮啮合点处的线速度方向。
处的线速度方向。
用右手判断用右手判断用左手判断用左手判断举举例例概述1主要参数和几何尺寸2失效形式、材料和结构3受力及效率分析4强度计算5散热6参数和尺寸均在中参数和尺寸均在中间平面内确定平面内确定中间平面通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。
蜗轮轴线蜗轮轴线蜗杆轴线蜗杆轴线a在中间平面内,蜗在中间平面内,蜗轮与蜗杆的啮合就相轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿当于渐开线齿轮与齿条的啮合。
条的啮合。
蜗杆传动的设计蜗杆传动的设计计算计算以中间平面的参以中间平面的参数和几何关系为准。
数和几何关系为准。
aa渐开线渐开线直线齿直线齿一、基本齿廓一、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、模数二、模数mm正确啮合条件:
轴向端面标准值蜗杆导程角三、齿形角三、齿形角刀具基准齿形的齿形角:
阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆:
轴向齿形角法向直廓蜗杆:
法向齿形角四、蜗杆分度圆直径四、蜗杆分度圆直径dd11(中圆直径)(中圆直径)刀具数量刀具数量刀具数量刀具数量同一m的蜗杆,应对直径d1进行限制d1为标准值d1pxpx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。
d1m五、蜗杆直径系数五、蜗杆直径系数qqd1、m为标准值q为导出值,不一定为整数。
六、蜗杆导程角六、蜗杆导程角制造困难m一定时,qd1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、七、zz11、zz22蜗杆头数z1:
蜗杆上蜗旋线的数目。
z1=1、2、4、6等z1加工困难传递动力:
(传动平稳性,避免根切)(z2d2蜗杆轴长刚度)一般取z2=3280z1z2:
互质均匀磨损八、八、ii、uu蜗杆主动时:
九、中心距九、中心距aa(应按p243表7-4系列值选取)十、变位系数十、变位系数1、变位目的:
配凑中心距凑中心距凑中心距凑中心距;凑传动比凑传动比凑传动比凑传动比。
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,只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位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ax0,正变位x3m/s时,Kv=1.11.2载荷分布不均匀系数荷分布不均匀系数Kbb载荷荷稳定定时,Kbb=1载荷大或有冲荷大或有冲击时,Kbb=1.11.3练习:
n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2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.n4n3n2Ft2Fa22.Fa3Fa2Ft1n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋图示为一起重装置,欲使重物上升,试在图上画出:
n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1433221电机例例1、电机转向n1;2、斜齿轮2的旋向;3、啮合点受力方向。
n4径向力径向力Fr的方向:
略的方向:
略二、传动效率二、传动效率与齿轮类似:
1、啮合1:
近似按螺旋副计算(蜗杆主动)(蜗轮主动)v当量摩擦角,与vs有关。
说明:
1)vsvv油膜易形成12)为影响1的主要因素:
1时,1max此后,1(p251表7-8)一般取后:
缓慢大时,加工困难2、2搅油效率:
3、3轴承效率:
=(100-3.5i)%概述1主要参数和几何尺寸2失效形式、材料和结构3受力及效率分析4强度计算5散热6u蜗杆杆传动的主要失效形式是胶合和磨的主要失效形式是胶合和磨损。
但目前依据胶。
但目前依据胶合和磨合和磨损的的强度度计算缺乏可靠的方法和数据,因而通常算缺乏可靠的方法和数据,因而通常沿用接触疲沿用接触疲劳强度和弯曲疲度和弯曲疲劳强度度计算算蜗杆杆传动的承的承载能力,而在能力,而在选用用许用用应力力时适当考适当考虑胶合和磨胶合和磨损失效因失效因素的影响,故其素的影响,故其强度度计算公式是条件性的。
算公式是条件性的。
u由于由于蜗杆杆齿是是连续的螺旋,其材料的的螺旋,其材料的强度又很高,因而度又很高,因而失效失效总是出是出现在在蜗轮上,所以上,所以蜗杆杆传动只需只需对蜗轮轮齿进行行强度度计算。
算。
1.蜗轮齿面接触疲面接触疲劳强度度计算算u目的:
防止目的:
防止“点点蚀”和和“胶合胶合”失效。
失效。
u强度条件:
度条件:
HHu以以蜗杆杆蜗轮节点点为计算点,算点,计算算齿面接触面接触应力力H。
u校核公式校核公式:
u设计公式:
设计公式:
上两式上两式中中KA为载荷系数,一般取为载荷系数,一般取KA=1.11.3。
当载荷平稳,蜗轮。
当载荷平稳,蜗轮圆周速度圆周速度v23m/s和和7级精度以上时,取小值,否则取大值。
级精度以上时,取小值,否则取大值。
当蜗轮材料为锡青铜时,其材料具有良好的抗胶合能力当蜗轮材料为锡青铜时,其材料具有良好的抗胶合能力,蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀,其承载能力取决于轮齿蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀,其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。
因此,许用接触应力与应力循环次数的接触疲劳强度。
因此,许用接触应力与应力循环次数NN、材料及相对滑动速度材料及相对滑动速度vv22有关。
可按表有关。
可按表12-412-4选择。
选择。
当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时,材料的强度较高,当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时,材料的强度较高,抗点蚀能力强,蜗轮的损坏形式主要是胶合,其承载能力抗点蚀能力强,蜗轮的损坏形式主要是胶合,其承载能力取决于其抗胶合能力,与应力循环次数无关,因此,许用取决于其抗胶合能力,与应力循环次数无关,因此,许用接触应力接触应力可查表取可查表取。
2.2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的:
防止目的:
防止“疲劳断齿疲劳断齿”。
u强度条件:
强度条件:
FFu校核公式校核公式:
u设计公式设计公式:
3.3.蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算:
蜗杆较细长,支承距离大,若受力后产生的挠度过蜗杆较细长,支承距离大,若受力后产生的挠度过大,则会影响正常的啮合传动。
蜗杆产生的挠度应小于大,则会影响正常的啮合传动。
蜗杆产生的挠度应小于许用挠度。
许用挠度。
由切向力和径向力产生的挠度分别为:
由切向力和径向力产生的挠度分别为:
合成总挠度为:
合成总挠度为:
二、二、蜗杆杆传动的的润滑滑目的:
减摩、散目的:
减摩、散热。
润滑油的粘度和滑油的粘度和给油方法可参照表油方法可参照表11-5选取。
取。
一般根据相一般根据相对滑滑动速度速度选择润滑油的粘度和滑油的粘度和给油方法。
油方法。
蜗杆下置时,浸油深度应为蜗杆的一个齿高;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蜗杆上置时,浸油深度约为蜗轮外径的1/61/3。
给油方
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