武漢理工大學(xué)機械設(shè)計考研課件蝸桿傳動設(shè)計

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,,*,第六章 蝸桿傳動設(shè)計,,一．蝸桿傳動組成,——,由蝸輪和蝸桿組成,蝸輪,蝸桿,a,）,蝸桿下置,b,）,蝸桿上置,,二．蝸桿傳動的應(yīng)用,,蝸桿傳動用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動和轉(zhuǎn)矩，兩軸,,線之間交錯的夾角可以是任意的，但最常用的是兩軸在空,,間相互垂直，軸交角,∑,為,90,°,。,,三．本章,,主要內(nèi)容,,,蝸桿,,傳動,類型、特點，幾何尺寸計算,主要參數(shù)及其選擇，輪齒受力分析,—,重點,蝸桿傳動承載能力計算,—,,蝸輪輪齒強度、蝸桿剛,,度計算,蝸桿傳動熱平衡計算,——,控制溫升，

2、防止膠合破壞,1.,結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大,(,動力傳動中，,,一般單級傳動比,,i,=8,～,80,，,在分度傳,,動中，可達,1000),，,2.,傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很,,小，在一定的條件下具有自鎖性等,,蝸桿,傳動缺點,——,在制造精度和傳動比相同的情況下，蝸桿傳動的摩擦發(fā)熱大，效率比齒輪傳動低，只宜用于中、小功率的場合,一．蝸桿傳動的特點,,蝸桿傳動優(yōu)點,,§,3-1,蝸桿傳動概述,二、蝸桿傳動的分類,,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,環(huán)面蝸桿傳動,錐面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,1,n,2,,,圓柱蝸桿傳動,,,,,,,,,,,,,,

3、,,,,,,,n,1,n,2,,,,,,,,,,,,,,,,,環(huán)面蝸桿傳動,,,,,,,n,1,n,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,錐蝸桿傳動,,普通圓柱蝸桿的齒,,面一般是在車床上用直,,線刀刃的車刀車制的,(,zK,,型,蝸桿除外,),。車刀,安裝,,位置,的不同，所加工出,,的蝸桿齒面在不同截面,,中的,齒廓曲線,也不同,。,,,,,一）普通圓柱蝸桿傳動,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2,?,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,阿基米德螺旋線,直廓,,,,,,,,,,2,?,0,,

4、,,,,凸廓,,,,,N-N,I-I,1.,阿基米德蝸桿（,ZA,）,一）普通圓柱,蝸桿傳動,蝸桿齒廓特點：,垂直于軸線的剖面,,上齒廓為阿基米德,,螺旋線；,通過蝸桿軸線的剖,,面上為直線齒廓；,,不便加工，且難于磨削，不易保證精度，用于低速、輕載或不太重要的傳動。,蝸輪齒廓及,蝸桿蝸輪傳動,特點：,蝸輪齒廓,——,在中間平面上（,通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線,,的平面,）,蝸輪齒廓為漸開線,蝸桿蝸輪傳動,特點,——,在中間平面上蝸桿蝸輪的嚙合如齒輪、齒,,條的嚙合關(guān)系,阿基米德圓柱蝸桿傳動,,,A,A,,,中間平面,2.,漸開線蝸桿（,ZI,）,蝸桿齒廓特點：,蝸桿齒面為漸開螺旋面，端面齒

5、廓為漸開線,一）普通圓柱,蝸桿傳動,,蝸桿可以磨削，易保證加工精度，用于頭數(shù)較多、轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動。,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,b,漸開線,,,,I-I,凸廓,,,,?,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,直廓,凸廓,,,,,,?,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,,I,,,,蝸桿可用兩把直,,線刀刃的車刀在車床,,上車制。加工時，兩,,把車刀的刀刃平面一,,上一下與基圓相切，,,被切出的蝸桿齒面是,,漸開線螺旋

6、面，端面,,的齒廓為漸開線。,,3.,法向直廓蝸桿（,ZN,）,蝸桿齒廓特點：,蝸桿法面齒廓為直線，端面齒廓為延伸漸開線,一）普通圓柱,蝸桿傳動,蝸桿加工簡單，可以磨削，用于頭數(shù)、精密的蝸桿傳動。,,,,,,,,,,,,,,,,,N,N,,,?,I,I,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,,I-I,凸廓,,,,,,,,2?,0,,,,直廓,N-N,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,延伸漸開線,,,,車制時刀刃頂面置于螺旋線的法面上，蝸桿在法向剖面上具有直線齒廓，在端面上為延伸漸開

7、線齒廓。,,二,),圓弧圓柱,蝸桿傳動,圓弧圓柱,,蝸桿的齒,,形分為,,圓弧圓柱,蝸桿軸向剖面為,圓弧形齒廓，用車刀車削,用軸向剖面為,圓弧的環(huán)面砂輪，裝在,蝸桿螺旋線的,,法面上，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,阿基米德螺旋線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,I,I,I-I,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.

8、,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,,,.,.,,,,,,,,.,.,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,?,N-N,,,,,,,,,,,N,N,?,,,,圓弧圓柱,蝸桿,與普通圓柱,蝸桿的區(qū)別：,1,）在主剖面上蝸桿齒廓為凹弧形，與之配合的蝸輪齒廓,,為凸弧形；,2,）凹凸弧齒廓嚙合傳動，也是線接觸的嚙合傳動，接觸,,處的綜合曲率半徑大，承載能力高，比,普通圓柱,蝸桿,,高,50,%~150%,；,3,）瞬時接觸線與滑動速

9、度交角大，有利于嚙合面間油膜,,形成，摩擦小，效率高，蝸桿可磨削，精度高，用于,,冶金、礦山、化工、起重運輸機械。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接觸線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,v,s,?v,t,?,§,3-2,普通圓柱蝸桿傳動基本參數(shù)及幾何尺寸計算,,一．,普通圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)及,及其選擇,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

10、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,b,1,,2,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,2,,,,,,,d,f1,,,,d,1,,,,d,a1,,p,z,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,f2,d,a2,,,,,,,?,,,,R,1,R,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,b,2,,B,,阿基米德蝸桿在主剖面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合傳動。,,主要參數(shù)有：模數(shù),m,、,壓力角,α,、,蝸桿頭數(shù),Z,1,、,蝸輪齒數(shù),Z,2,、,,蝸桿直徑系數(shù),

11、q,、,蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角,γ,等。,,一）,模數(shù),m,和壓力角,?,蝸桿軸面壓力角,?,x1,=,蝸輪端面壓力角,?,t2,=,標(biāo)準(zhǔn)壓力角,?,,=20,o,A,A,,蝸桿軸面,模數(shù),m,x1,=,蝸輪端面模數(shù),m,t2,=,標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),m,中間平面,,二）蝸桿分度圓直徑,(,又稱中圓直徑,),d,1,和直徑系數(shù),q,,,蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與蝸輪的正確嚙合，常用與,,蝸桿具有同樣參,數(shù)的蝸輪滾刀來加工與其配對的蝸輪。這樣，,,只要有一種尺寸的蝸桿，就必須有一種對應(yīng)的蝸輪滾刀。為,,了減少蝸輪滾刀的數(shù)目，為便于蝸輪滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，,規(guī)定,蝸,,桿直徑,d,1,為標(biāo)準(zhǔn)值，且與,m,搭配。,d,

12、1,與,m,的比值稱為蝸桿直徑,,系數(shù)，用,q,表示，即： 。,注意：,由于,d,1,與,m,均為標(biāo)準(zhǔn)值，故,q,是,d,1,、,m,兩個參數(shù)的導(dǎo)出值，,,不一定是整數(shù)，,d,1,、,m,、,q,之間關(guān)系見表,6-1,。,,因此，蝸桿分度圓直徑,,:,蝸桿分度圓,導(dǎo)程角,? ——,蝸桿輪齒的切線與其端面之間的夾角,導(dǎo),程,（,同一條螺旋線上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）,：,p,z,=z,1,p,x,蝸桿軸向齒距,（相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）,：,p,x,=,?m,?,?,，,效率高，,??3?30?,的蝸桿具有自速性。,,,,,,d,1,,導(dǎo)程,p,z,,p,x,,

13、,?,d,1,,,,,?,d,1,γ,,,,,γ,導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系,,導(dǎo)程角,?,：,p,x,,tan,?= = = = =,p,z,?d,1,z,1,p,x,?d,1,z,1,m,d,1,z,1,m,qm,z,1,q,,三）,蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角,γ,,三）傳動比,i,、,蝸桿頭數(shù),Z,1,及蝸輪齒數(shù),Z,2,2,．蝸桿頭數(shù),Z,1,,——,,蝸桿螺旋線數(shù),對結(jié)構(gòu)尺寸：,i,一定時，,Z,1,↑,則,Z,2,↑,尺寸,↑,，且加工困難,對效率,—,Z,1,↑,時，,γ↑,其效率,η,嚙,,=,tanγ/tan,（,γ+ρ,

14、v,）,↑,對自鎖,——,Z,1,↓,時，,γ↓,自鎖性好,Z,1,影響,,考慮傳動比,—,i↑,則,Z,1,↓,，,i↓,時,Z,1,↑,見表,6-2,考慮用途,——,對,反行程,有自鎖要求的傳動取,Z,1,=1,考慮效率要求,——,要求,η,嚙,↑,時宜選,Z,1,↑,一般?。?1,～,4,Z,1,選,,擇原則,,,通常蝸桿傳動是以蝸桿為主動的減速裝,,置，故傳動比與齒數(shù)比相等，即：,1,．,傳動比,i,注意：,i,= =,n,2,z,1,n,1,z,2,d,1,d,2,≠,i,= =,n,2,z,1,n,1,z,2,=,u,∵,d,1,=,qm,,≠Z,1,m,3

15、.,蝸輪齒數(shù),Z,2,具體選擇時，還應(yīng)考慮,i,、,,z,1,、,,z,2,匹配關(guān)系,對蝸桿剛度,—,M,不變時，,Z,2,↑,則,d,2,↑,，,蝸桿軸跨距,↑,，剛度,↓,對蝸輪加工,——,,Z,2,↓↓,蝸輪輪齒根切,,影響,避免產(chǎn)生根切，與單頭蝸桿嚙合的蝸輪，其齒數(shù),≥17,增大嚙合區(qū)提高平穩(wěn)性，通常規(guī)定＞,28,（保持兩對齒嚙合）,為,防止,蝸輪尺寸過大造成蝸桿軸跨距大,降低蝸桿的彎曲剛度,,——,,Z,2max,≤ 80,。,,Z,2,,,選,,擇,蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒敷的薦用值,,,,,,,,,,,,,,,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,傳動比,蝸桿頭數(shù),蝸輪齒數(shù),28,～

16、,40,14,～,27,9,～,13,7,～,8,28,～,32,27,～,52,28,～,81,28,～,80,3,～,4,2,～,3,1,～,2,,,,,,,?,40,1,?,40,二,.,蝸桿傳動的正確嚙合條件,當(dāng)兩軸線交錯角,∑=90,?,時，導(dǎo)程角,γ,應(yīng)與蝸輪分度圓柱螺旋角,β,等值且方向相同。,?,1,=,?,2,蝸桿傳動的正,,確嚙合條件,,O,1,O,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,β,1,,γ,1,,,,O,2,,,?,,?,1,=,?,2,,,,,,,,,,,,,,,,,O,1,O,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,O,2,O,2,,β,1,,β

17、,2,三,.,普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算,,一） 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸,,,,,,b,1,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,d,f1,,,,d,1,,,,d,a1,,,,p,z,,,,,,,,,,?,,,R,1,R,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B,,d,2,,d,f2,,d,a2,,,b,2,,中間平面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,普

18、通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算公式見表,-2,注意：,1.,蝸桿分度圓直徑：,d,1,=,qm,≠Z,1,m,2 .,蝸桿傳動的中心距：,,a,=0.5,（,d,1,+d,2,）,=0.5m,（,q+Z,2,）,,,≠,0.5m,（,Z,1,+Z,2,）,分度圓直徑,d,2,頂圓直徑,d,a,2,根圓直徑,d,f2,3 .,蝸輪的,,,指,蝸輪中間,,平面上的值,,中間平面,,,,,,,d,2,d,f2,d,a,2,一．蝸桿、蝸輪配對材料選擇,§,3-,3,蝸桿傳動的,材料選擇,、失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則,特點,——,,結(jié)構(gòu)細而長易變形，一般為主動件，,n,1,↑,應(yīng)力,,循環(huán)次數(shù),N,1,↑,，,且

19、連續(xù)運轉(zhuǎn)；,要求,——,材料的抗變形能力強（,E↑,）；,輪齒強度要高,,（,σ,B,↑σ,S,↑,）；,沖擊大,—,20,Cr,、,20CrMnTi,、,12CrNi3A,表,,面滲碳淬火,(,齒面硬度,56,?62HRC,）,沖擊小,—,40,、,45,鋼和,40,Cr,、,40CrNi,、,,,42SiMn,表面淬火,(,齒面硬度,4,5,?55HRC,）,不太重要的低速中載蝸桿,——,用,45,、,40,等碳素鋼調(diào),,質(zhì)處理（,硬度為,220,?300,HBS,）,。,蝸桿,,常用,,材料,,高速重,,載蝸桿,,,一）蝸桿材料選擇,:,二）蝸輪的材料選擇,強度足夠,減摩性好（,f,V,

20、↓,）：,,f,V,鋼,-,青銅,＜,f,V,鋼,-,鑄鐵,＜,f,V,鋼,-,鋼,,對材料,,要求,,,常用,,材料,,錫青銅,ZCuSn10PI,等,——,耐磨性最好，但價格,,較高用于高速或重要傳動,鋁鐵青銅,ZcuAl10Fe3Mn2——,耐磨性較好，但,,價格便宜，用于中速，較重要傳動,灰鑄鐵,(,HTl50,或,HT200)—,用于低速輕載,V,S,,＞,4m,／,s,選錫青銅,作蝸輪的齒圈,V,S,,＞,2,～,4m,／,s,選鋁鐵青銅,V,S,≤2m,／,s,選灰鑄鐵,選擇方法,:,初估滑動速度,,V,S,=,（,0.02,～,0.03,）,,青銅,,蝸輪,,二．蝸桿傳動的失效

21、形式及計算準(zhǔn)則,一）蝸桿傳動的失效形式,蝸桿傳動的失效特點,——,由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失,,效多發(fā)生在蝸輪上。,閉式蝸桿傳動主要失效形式：,,蝸,輪,齒面點蝕,——,齒面接觸應(yīng)力,σ,H,,循環(huán)作用引起,,當(dāng),z,2,>80,時也會出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷,,,,,,,,,,,,d,1,d,2,,,,,?,2,?,1,,,,,,,,,,,,,,,?,1,,,,v,1,v,s,v,2,,,,?,開式蝸桿傳動的主要失效形式,——,蝸輪輪齒的磨損。,齒面膠合,——,由于蝸桿蝸輪齒面間的相對滑,,動速度較大（,）,,，,效率低發(fā)熱量大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬?,高而下降，潤滑條件變壞，容易發(fā)生膠合。,開式蝸桿傳動,——,主要是控制因磨損而引起的蝸輪輪齒的,,折斷,，按,齒根,彎曲,疲勞強度,條件,設(shè)計,計算,或校核,計算,。,二）計算準(zhǔn)則,閉式蝸桿傳動,——,按齒面接觸強度設(shè)計，校核齒根彎曲強,,度，連續(xù)工作的閉式傳動，摩擦發(fā)熱大，效率低，溫,,度升高，散熱不好，引起潤滑條件惡化而產(chǎn)生膠合，,,還需進行傳動效率和熱平衡計算以控制溫升。,結(jié)束,制作：,