章蜗杆传动设计详解.ppt

12.1.1 蜗杆传动的失效形式 12.2 蜗杆蜗轮的结构 12.4.3 蜗杆传动的润滑 蜗杆传动设计 第12章 蜗杆传动设计 本章教学内容 本章重点 本章难点 蜗杆传动的受力分析和强度计算 1、蜗杆传动的失效形式及常用材料 2、蜗杆蜗轮的结构 3、蜗杆传动的强度计算 4、蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 蜗杆传动的受力分析、强度计算及热平衡计算 蜗轮 蜗杆 蜗杆传动： 齿面点蚀 由于蜗轮强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。一般只对蜗轮轮齿进行强度计算。 12.1.2 蜗杆传动的设计准则 闭式传动中，按齿面接触疲劳强度设计，当Z2 ≥90时，应校核齿根弯曲疲劳强度。还需作热平衡计算。 开式传动中，进行齿根弯曲疲劳强度设计。 齿面磨损 齿面胶合 12.1 蜗杆传动的失效形式及常用材料 材料要求：具有良好的减摩、耐磨、易于磨合的性能和抗胶合能力，有足够的强度。 碳素钢—40、45钢调质或正火（低速中载或不重要传动） 蜗 杆 合金钢—20Cr、20CrMnTi、15Cr渗碳淬火或40、45、40Cr、40CrNi表面淬火（高速重载） 锡青铜—ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5（vs＞3m/s） 蜗 轮 无锡青铜—ZCuAl 10Fe3（vs≤4m/s） 铸铁—HT150、HT200（vs＜2m/s ） 12.1.3 蜗杆传动的材料 12.1.4 蜗杆传动的精度及其选择 国标对蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12个精度等级，1级精度最高，12级精度最低，一般取6~9级。见表12-2。 12.2.1 蜗杆的结构 蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。 1 、整体式 12.2.2 蜗轮的结构 铸铁蜗轮或直径小于100mm的青铜蜗轮 2、齿圈式 （1）压配式—尺寸不太大或工作温度变化较小的场合 （2）螺栓联接式—用于尺寸较大或磨损后需要更换齿圈的蜗轮 （3）拼铸式—用于成批制造的蜗轮 法向力Fn分解为三个互相垂直的分力： 12.3.1 蜗杆传动的受力分析 圆周力 径向力 轴向力 各力关系： Ft1 Fa2 Ft1 Fa2 Ft1 Fa2 Fr1 Fr2 Fr1 Fr2 Ft1 Fa1 Fr1 Fa2 Ft2 Fr2 Fr1 Fr2 Fa1 Ft2 Fa1 Ft2 Fa1 Ft2 ω1 12.3 蜗杆传动的强度与刚度计算 圆周力 径向力 轴向力 各力大小： 1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，其方向与蜗杆回转方向相反；蜗轮上的圆周力Ft2起驱动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。 2、径向力Fr分别指向各自的轮心。 3、蜗杆轴向力Fa1按“主动轮左、右手定则”来判断；蜗轮轴向力Fa2与蜗杆圆周力Ft1方向相反。 各力方向： Ft1 Fa2 Ft1 Fa2 Ft1 Fa2 Fr1 Fr2 Fr1 Fr2 Ft1 Fa1 Fr1 Fa2 Ft2 Fr2 Fr1 Fr2 Fa1 Ft2 Fa1 Ft2 Fa1 Ft2 ω1 1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度计算以赫兹公式为基础，代入节点处啮合的相应参数，整理得齿面接触疲劳强度： K—载荷系数，取K=1.1~1.3。 [σ]H—许用接触应力，查表12-3和表12-4。 校核公式： 12.3.2 蜗杆传动的强度计算 设计公式： 2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 将蜗轮近似当作斜齿轮，蜗轮齿根弯曲疲劳强度 Yβ—螺旋角系数， YFa2—齿形系数，由蜗轮的当量齿数 查表12-5。 [σF]—许用弯曲应力， 校核公式： 设计公式： 蜗杆头数z1的选择见表12-7。 12.4.1 蜗杆传动的效率 η = η1η2η3 闭式蜗杆传动的总效率： —轮齿啮合摩擦功率损耗 —轴承摩擦损耗 —箱体内搅动润滑油的油阻损耗 12.4 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 蜗杆主动时 η2η3≈0.95~0.97 一般取 故： 传动尺寸未设计出来之前，可按z1查表12-9初选η值。 由此可见，vsv1、v2 蜗杆传动摩擦损失大，效率低。 在啮合点处，蜗杆速度为v1，蜗轮速度为v2，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为vs： 12.4.2 蜗杆传动的相对滑动速度 vs≥5m/s时蜗杆上置式— 避免过大的搅油损失 润滑剂：粘度较大的矿物油，加入油性添加剂。 润滑方式：油池润滑、喷油润滑（vs较大时） vs＜5m/s时，蜗杆下置式— 有利于润滑 浸油深 度为蜗 杆的一 个齿高 浸油深 度为蜗 轮外径 的1/3 12.4.4 蜗杆传动的热平衡计算 热平衡对象—连续工作的闭式蜗杆传动 目的—保证油的工作温度不超过许用值，防止胶合失效 达到热平衡时润滑油的工作温度： αs—箱体表面散热系数，取αs=（10~17）W/（m2℃ ）；A