機(jī)械設(shè)計(jì)8渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)簡要

蝸 桿 傳 動 蝸桿傳動 類型和特點(diǎn) 失效形式、材料選擇與結(jié)構(gòu) 主要參數(shù)和幾何關(guān)系 蝸桿傳動受力分析和效率 蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算 蝸桿傳動熱平衡計(jì)算 1 蝸桿傳動類型和特點(diǎn) 一、特點(diǎn)和應(yīng)用 外形類似： 螺旋與斜齒輪的傳動 從中間平面剖開： 齒輪與齒條的傳動 1、應(yīng)用 P 750KW（通常 50KW）， Vs 35 m/s （通常 15 m/s）。 由于 i 大，可用于機(jī)床分度機(jī)構(gòu)、儀器儀表中。 2、特點(diǎn) 1）工作平穩(wěn)：兼有斜齒輪與螺旋傳動的優(yōu)點(diǎn)。 2） i大 1 2 z zi 蝸桿 1、 2、 4、 6 傳遞動力時： i=8100（常用 1550） 傳遞運(yùn)動時： i=幾百 上千（單頭， ） 用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 一般：空間垂直 為什么？ 優(yōu)點(diǎn)： 齒輪 z117 3）結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音小。 4）自鎖性能好 (用于提升機(jī)構(gòu) ) 。 缺點(diǎn)： 1）制造成本高，加工困難。 2）滑動速度 vs大。 3） 低。 4）蝸輪需用貴重的減摩材料。 1、按蝸桿形狀分 圓柱蝸桿 環(huán)面蝸桿 錐蝸桿 二、分類 ZA型 :阿基米德蝸桿 中間平面：齒條與漸開 線齒輪嚙合 端面：阿基米德螺旋線 ZI型 :漸開線蝸桿 端面：漸開線 ,較精密傳動 ZN型 :法向直廓蝸桿 (刀具加工 位置不同 ) 圓柱蝸桿 錐蝸桿：嚙合齒數(shù)多， ，平穩(wěn) ，承載 。 環(huán)面蝸桿：接觸齒對數(shù) ，承載 （ 1.54）倍， 高，但制造安裝要求高。 2、按蝸桿頭數(shù)分 單頭蝸桿： i ，自鎖性 ， 多頭蝸桿：相反 3、按旋向分 左旋 右旋 一般采用右旋 三、精度等級 12個等級： 動力傳動： 69級 測量分度： 5級或以上 2 失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu) 一、失效形式 與齒輪傳動類似：點(diǎn)蝕、膠合、磨損、折斷 v s 、發(fā)熱 主要為：膠合、磨損、點(diǎn)蝕 蝸輪強(qiáng)度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。 二、材料 vs 減摩性 、強(qiáng)度 不能都用硬材料 1、蝸輪 指齒冠部分材料：減摩材料 鑄錫青銅： vs1226m/s 鑄鋁青銅： vs10m/s ，抗膠合能力差 鑄鋁黃銅：抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng) ,耐磨性差 ,用于 vs小場合 HT、 QT： vs2m/s 大直徑蝸輪：鑄鐵（蝸桿用青銅） 2、蝸桿 材料 碳鋼 合金鋼 熱處理 硬面蝸桿：首選 淬火 磨削 調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設(shè)備時 選用。 3 圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 一、基本齒廓 中間平面上基本齒廓和漸開線齒輪基本齒廓基本相同。 二、模數(shù) m 正確嚙合條件： 21 tx PP 軸向 端面 mmm tx 21 標(biāo)準(zhǔn)值 (與齒輪不同 ,表 13.4) c o snx mmm 蝸桿導(dǎo)程角 三、齒形角 0 刀具基準(zhǔn)齒形的齒形角： 20 0 阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿：軸向齒形角 2001 x 法向直廓蝸桿：法向齒形角 20 01 n 四、蝸桿分度圓直徑 d1（中圓直徑） 刀具數(shù)量 同一 m的蝸桿，應(yīng)對直徑 d1進(jìn)行限制 d1為標(biāo)準(zhǔn)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 加工蝸輪時的滾刀與尺寸與與之嚙合的蝸桿尺寸 相同，但 m一定時，由于 z1和 的變化， d1是變化的， 即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。 五、蝸桿直徑系數(shù) q mdq 1 d1、 m 為標(biāo)準(zhǔn)值 q 為導(dǎo)出值 ,不一定為整數(shù)。 11 mzmqd 六、蝸桿導(dǎo)程角 1 21 1 1 1 1 1 1t an du d q z d mz d mz d pz x 335.3 制造困難 m一定時， q d1 蝸桿剛度 z1一定時， q ，自鎖性 小 m蝸桿 選用大 q，保證強(qiáng)度和剛度 適于小 P 大 m蝸桿 選用小 q，保證效率 適于大 P 傳遞動力時 :頭數(shù) z1 采用多頭蝸桿 傳遞運(yùn)動時 :保證自鎖 ( ), z1 , 采用單頭蝸桿 七、 z1、 z2 蝸桿頭數(shù) z1：蝸桿上蝸旋線的數(shù)目。 z1=1、 2、 4、 6等 z1 加工困難 12 uzz 傳遞動力： 28 2 z （ 傳動平穩(wěn)性，避免根切） 1002 z (z2 d2 蝸桿軸長 剛度 ) 一般取 z2=3280 z1z2：互質(zhì) 均勻磨損 八、 i、 u 1 2 2 1 d d n ni 1 2 z zu 蝸桿主動時 : 2 1 1 2 n ni z zu 九、中心距 a )(2)(2)(21 21221 zzmzqmdda （應(yīng)按 p264系列值選?。?十、變位系數(shù) 1、變位目的：配 湊中心距 ； 湊傳動比 。 2、變位方法：與齒輪變位相同 , 靠刀具的移位實(shí)現(xiàn)變位。 故：蝸桿尺寸不能變動， 只能對蝸輪變位 加工蝸輪時的滾刀與蝸桿尺寸相同，加工時滾 刀只作徑向移動，尺寸不變。 4、變位類型 1）齒數(shù)不變，湊 a )2(21 21 dxmda x0，正變位 aa x0 負(fù)變位 aa 3、變位結(jié)果 蝸桿 各部分尺寸不變，但節(jié)線變化 11 dd 蝸桿和蝸輪滾刀尺寸相同，蝸輪滾銑節(jié)圓就是裝 配后與蝸桿的嚙合節(jié)圓。 蝸輪滾刀的滾銑節(jié)線不再是刀具中線 (分度圓柱上母線 ) 蝸輪 尺寸發(fā)生變化，但 22 dd )(21 21 dda m aax 2） a不變，齒數(shù)變化，湊 i 湊 i：（ a不變， 2z 2z ） )(21 21 zmdmax )(21 21 mzda )(21 22 zzx )2(21)(21 2121 zmxmddda 4 受力分析與效率計(jì)算 一、作用力 圓周力： 1222 2 at Fd TF 軸向力： 1112 2 ta Fd TF 112 uTT (蝸桿主動 ) 1 嚙合效率 nn t n d TFF coscos 2 coscos 2 22 忽略 Ff 徑向力： 122 ta n rtr FFF 方向判定： 1）蝸輪轉(zhuǎn)向 已知： n1、旋向 n2 左、右手定則：四指 n1、拇指反向：嚙合點(diǎn) v2n 2 2）各分力方向 Fr：指向各自輪心 Ft 蝸桿與 n1反向 蝸輪與 n2同向 12 at FF Fa 蝸桿：左、右手定則 蝸輪： 12 ta FF n2 n1 3）旋向判定 蝸輪與蝸桿旋向相同。 v2 練習(xí)： n 1 n1 Fr1 Fr2 Ft1 x F a2 Fa1 Ft2 右旋 n2 Fr1 Fr2 Ft1 Fa2 x Fa1 Ft2 n2 已知：蝸桿軸 為輸入，大錐齒輪 軸 為輸出，軸 轉(zhuǎn)向如圖。 試：確定各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。 1. n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1 蝸輪右旋 n4 輸出 1 2 3 4 蝸桿 右旋 二、傳動效率 與齒輪類似： 321 1、嚙合 1：近似按螺旋副計(jì)算 )ta n ( ta n 1 v （蝸桿主動） ta n )ta n ( 1 v （蝸輪主動） v 當(dāng)量摩擦角， c o s1vv s 說明： 1） vs v v 油膜易形成 1 2） 為影響 1的主要因素 ： 1 01 dd 245 v 時， 1 max 此后， 1 2、 2攪油效率： 99.02 3、 3軸承效率： 99.03 5 圓柱蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒強(qiáng)度低于蝸輪齒 計(jì)算針對 蝸輪 一、接觸強(qiáng)度計(jì)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 設(shè)計(jì)式 參數(shù)說明： 1） T2 蝸輪轉(zhuǎn)矩 ,N mm 2） KA 使用系數(shù) ,表 12.9（同齒輪傳動） 3） ZE 彈性系數(shù) ,表 13.2， P260 4） Z 接觸系數(shù) ,考慮齒面曲率和接觸線長度影響 , Z初值 a 是否接近？與 ZZ 根據(jù) 查得。 ad1設(shè)計(jì)時： 未知， 初選 值 ad1 a d1 ad1 112 uTT （蝸桿主動） 6 溫度計(jì)算（熱平衡計(jì)算） 由于 發(fā)熱大 易膠合 即：發(fā)熱率 H1 = 散熱率 H2 摩擦功耗： )1(1000)1( 11 PKWPP f )1(1 0 0 01 PH )/( sJ 冷卻散去的熱量： )( 012 ttAH W 環(huán)境溫度 t 0=20 箱內(nèi)工作溫度 散熱面積，可由 13.27式估算 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， )/( 2 cmW 則： 21 HH Ct A Pt W 80)1(1000 011 熱平衡計(jì)算 油溫比 t1高 15 左右， 蝸桿上置：飛濺冷卻作用差 若 t1太高，可采取如下措施： 2、蝸桿軸端裝風(fēng)扇 1、加散熱片 3、外冷卻壓力噴油潤滑 4、油池內(nèi)安裝蛇形冷卻水管 習(xí)題： 蝸輪蝸桿傳動 一 、 選擇題 1、 當(dāng)兩軸線 時 ， 可采用蝸桿傳動 。 （ 1） 平行； （ 2） 相交； （ 3） 垂直交錯； 2、 在蝸桿傳動中 ， 通常 為主動件 。 （ 1） 蝸桿； （ 2） 蝸輪； （ 3） 蝸桿或蝸輪都可以； 3 1 3、 在蝸桿傳動中 ， 當(dāng)需要自鎖時 ， 應(yīng)使蝸桿導(dǎo)程角 當(dāng)量摩擦 角 。 （ 1） 小于； （ 2） 大于； （ 3） 等于； 4、 起吊重物用的手動蝸桿傳動裝置 ， 應(yīng)用 蝸桿 。 （ 1） 單頭 、 小導(dǎo)程角； （ 2） 單頭 、 大導(dǎo)程角； （ 3） 多頭 、 小導(dǎo)程角； （ 4） 多頭 、 大導(dǎo)程角； 5、 為了減少蝸輪滾刀型號 ， 有利于刀具標(biāo)準(zhǔn)化 ， 規(guī)定 為標(biāo)準(zhǔn) 值 。 （ 1） 蝸輪齒數(shù)； （ 2） 蝸輪分度圓直徑； （ 3） 蝸桿頭數(shù)； （ 4） 蝸桿 分度圓直徑； 6、 為了湊中心距或改變傳動比 ， 可采用變位蝸桿傳動 ， 這時 。 （ 1） 僅對蝸桿進(jìn)行變位； （ 2） 僅對蝸輪進(jìn)行變位； （ 3） 同時對蝸桿 、 蝸輪進(jìn)行變位； 1 1 4 2 7、 蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動相類似 ， 其中 最易發(fā)生 。 （ 1） 點(diǎn)蝕與磨損； （ 2） 膠合與磨損； （ 3） 輪齒折斷與塑性變形； 8、 蝸桿傳動中 ， 輪齒承載能力的計(jì)算主要針對 來進(jìn)行的 。 （ 1） 蝸桿齒面接觸強(qiáng)度和蝸輪齒根抗彎強(qiáng)度； （ 2） 蝸輪齒面接觸 強(qiáng)度和蝸桿齒根抗彎強(qiáng)度； （ 3） 蝸桿齒面接觸強(qiáng)度和齒根抗彎強(qiáng)度； （ 4） 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度和齒根抗彎強(qiáng)度； 9、 對閉式蝸桿傳動進(jìn)行熱平衡計(jì)算 ， 其主要目的是為了 。 （ 1） 防止?jié)櫥褪軣崤蛎浐笸庖?， 造成環(huán)境污染； （ 2） 防止?jié)櫥?油溫度過高而使?jié)櫥瑮l件惡化； （ 3） 防止蝸輪材料在高溫下力學(xué)性 能下降； （ 4） 防止蝸桿蝸輪發(fā)生熱變形后 ， 正確嚙合受到破壞 ； 10、 與齒輪傳動相比 ， 不能作為蝸桿傳動的優(yōu)點(diǎn) 。 （ 1） 傳動平穩(wěn) ， 噪聲?。?（ 2） 傳動比可以很大； （ 3） 可以自鎖； （ 4） 傳動效率高； 2 4 2 4 二、試分析如圖所示蝸桿傳動中各軸 的回轉(zhuǎn)方向、蝸輪輪齒的螺旋線方向 及蝸桿、蝸輪所受各力的作用位置及 方向。 右旋蝸桿 （ 主動 ） 2 3 4 1 右旋蝸桿 （ 主動 ） Ft1 Fr4 Fa2 Ft3 Ft2 F t4 Fa1 Fa4 Fa3 Fr1 Fr2 Fr3