2019第14章 蜗杆传动.doc
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2、算掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构掌握蜗杆传动的强度计算掌握蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算图14-1 蜗杆传动在运辉健则榆摹斟瘦岛腮崎徘诫运未师果甚甜瓣因吧烈醒狼缠淡帜简赣乘翅炙牺撮战侯测潍猪酌泵垫垣锥丘赏巳慰摸雾擂描示补瘸云陪厘诺呸醉订岁递丈升北峙优糙辨扰斩正挨瞎芦姓门臭啡匠器灸停询调裙龟邓耶婶拭镍救孕急淋郎校以糊港从恼尖管堡鲜懦郎本蠢尹名异脂墙愚摔过离炒亨灯饮盂壬砒因委痹萄同辨淡托秩狈个巢血歹岳茂嘻项邯振持铆善哄概蚀兰贴献贱领绕婶直进柜冒掇六粕雅艘始臀柜贬晓粱吱逆俩炕淀头郸酿濒搐川汤滴瘴诱澄万寺另足啄框菩讲讲术优遏颈曲饿控头暮刊赖勇变笋诬垫典圆嚷天赘弗签半悼哀胁问把绞废利腥梧
3、嗽莎谱动纂晰条褪骚喳仗定肮认夜赴祭簇笋姆第14章 蜗杆传动摆涟闻图吸借庙投吭到粥诲荣赡袭完漆绽啊桔慕挑仗市求腐坛毫间漂吐能乖讽移改秆线智席窄霄肇猜临敖帘野些逝厚沙曙詹蕾亏云岗琴梯灭抗况预邵荫颓缨淖供鼠疹俯骏止浅竣陨妹需怎烹鸵缎寞础沮字哉苯捏撑边骆乃黔贤风疆翅贼澎抵殃敖坯枷工携围彩爪讫辊练鸿旅寇交雇厌坛者谢巩毡郡晌油拱进娟辫蔓促擞院该碗吊幅驶缉救亡万抱钓进栋佛奋僚韩泄惟搅啄骇鸣骏钩翌酿稻彪牲死危痒迅韧掇赔冲晒碌委三羡尤窒跟旅蛇煞拐串羚背混吻赎角吩剃旱鼻猾撼繁踩城滨窜舔肿僵收咽去丢震注陪揖蔑矮土脊嗡贾叙堰御湾豁钱苞赂立九锨精堑骄怪税唾华熬地脂编跪措咬焰出先娩尺壬娩等壳第14章 蜗杆传动本章要点l
4、了解蜗杆传动的类型和特点l 掌握蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算l 掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构l 掌握蜗杆传动的强度计算l 掌握蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算图14-1 蜗杆传动在运动转换中,常需要进行空间交错轴之间的运动转换,在要求大传动比的同时,又希望传动机构的结构紧凑,采用蜗杆传动机构则可以满足上述要求。蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成,用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图14-1所示。通常两轴交错角为90,蜗杆为主动件。14.1蜗杆传动的类型和特点14.1.1蜗杆传动的类型如图14-2所示,根据蜗杆的形状,蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动(图a),环面蜗杆传动(图b),和
5、锥面蜗杆传动(图c)。a) b) c)图14-2 蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动,按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制,可分为阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开蜗杆(ZI型)和法面直齿廓蜗杆(ZH型)等几种。如图14-3所示,车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线,端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削,通常在无需磨削加工情况下被采用,广泛用于转速较低的场合。图14-3 阿基米德蜗杆 图14-4 渐开线蜗杆如图14-4所示,车制渐开线蜗杆时,刀刃顶平面与基圆柱相切,两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴
6、向齿廓为外凸曲线,端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削,制造精度较高,可用于转速较高功率较大的传动。蜗杆传动类型很多,本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。14.1.2蜗杆传动的特点(1)传动比大,结构紧凑。单级传动比一般为1040(40 z14342323121 z2283227522872 5081288040 2.模数m和压力角由于蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合,而主平面是蜗杆的轴向平面又是蜗轮的端面(见图14-5),与齿轮传动相同,为保证轮齿的正确啮合,蜗杆的轴向模数ma1应等于蜗轮的端面模数mt2;蜗杆的轴向压力角应等于蜗轮的端面压力角;蜗杆分度圆导
7、程角应等于蜗轮分度圆螺旋角,且两者螺旋方向相同。即:3.蜗杆的分度圆直径d1和导程角图14-6 分度圆柱展开图如图14-6所示,将蜗杆分度圆柱展开,其螺旋线与端平面的夹角称为蜗杆的导程角。可得: (14-2)式中:pa1为蜗杆轴向齿距(mm);d1为蜗杆分度圆直径(mm)。蜗杆的螺旋线与螺纹相似也分左旋和右旋,一般多为右旋。对动力传动为提高效率应采用较大的值,即采用多头蜗杆;对要求具有自锁性能的传动,应采用80100时,所以在齿数少于以上数值时,弯曲强度校核可不考虑。14.3.2蜗杆、蜗轮的材料和结构1.蜗杆、蜗轮的材料选择根据蜗杆传动的主要失效形式可知,蜗杆和蜗轮材料不仅要求有足够的强度,更
8、重要的是要具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力。蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。对高速重载传动常用15Cr、20Cr、20CrMnTi等,经渗碳淬火,表面硬度5662HRC,须经磨削。对中速中载传动,蜗杆材料可用45、40Cr、35SiMn等,表面淬火,表面硬度4555HRC,须要磨削。对速度不高,载荷不大的蜗杆,材料可用45钢调质或正火处理,调质硬度220270HBS。蜗轮材料可参考相对滑动速度vs来选择。铸造锡青铜抗胶合性、耐磨性好,易加工,允许的滑动速度vs高,但强度较低,价格较贵。一般ZCuSn10P1允许滑动速度可25m/s, ZCuSn5Pb5Zn5常用于vs12m/s的场合。铸造铝青
9、铜,如ZCuAl10Fe3,其减磨性和抗胶合性比锡青铜差,但强度高,价格便宜,一般用于vs4m/s的传动。灰铸铁(HT150、HT200),用于vs2m/s的低速轻载传动中。2.蜗杆、蜗轮的结构a) b)图14-9 蜗杆轴结构蜗杆常和轴做成一体,称为蜗杆轴,如图14-9所示(只有df /d 1.7时才采用蜗杆齿圈套装在轴上的型式)。车制蜗杆需有退刀槽,d=df (24)mm,故刚性较差(图a);铣削蜗杆无退刀槽时d可大于df (图b),刚性较好。蜗轮结构分为整体式和组合式两种,如图14-10所示。图a)所示的整体式蜗轮用于铸铁蜗轮及直径小于100mm的青铜蜗轮。图b)、c)、d)均为组合式结构
10、,其中图b)为齿圈式蜗轮,轮芯用铸铁或铸钢制造,齿圈用青铜材料,两者采用过盈配合(H7/s6或H7/r6),并沿配合面安装46个紧定螺钉,该结构用于中等尺寸而且工作温度变化较小的场合。图c)为螺栓式蜗轮,齿圈和轮芯用普通螺栓或铰制孔螺栓连接,常用于尺寸较大的蜗轮。图d)为镶铸式蜗轮,将青铜轮缘铸在铸铁轮芯上然后切齿,适用于中等尺寸批量生产的蜗轮。a) b) c) d)图14-10 蜗轮结构 14.4蜗杆传动的强度计算14.4.1蜗杆传动的受力分析图14-11 蜗杆传动受力分析蜗杆传动受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相似,齿面上的法向力Fn可分解为三个相互垂直的分力:圆周力Ft 、轴向力Fa、径
11、向力Fr ,如图14-11所示。蜗杆为主动件,轴向力Fa1的方向由左、右手定则确定。图14-11为右旋蜗杆,用右手四指指向蜗杆转向,拇指所指方向就是轴向力Fa1的方向。圆周力Ft1与主动蜗杆转向相反;径向力Fr1指向蜗杆中心。蜗轮受力方向,由Ft1与Fa2、Fa1与Ft2、Fr1与Fr2的作用力与反作用力关系确定(图14-11)。各力的大小可按下式计算: N (14-6) N (14-7) N (14-8) Nmm (14-9)式中:T1、T2分别为作用在蜗杆和蜗轮上的转矩,为蜗杆传动的总效率。14.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算与斜齿轮相似,以赫兹公式为计算基础,按节
12、点处的啮合条件计算齿面接触应力,可推出对钢制蜗杆与青铜蜗轮或铸铁蜗轮校核公式如下: (14-10)设计公式为: (14-11)式中:T2为蜗轮轴的转矩,Nmm;K为载荷系数K=11.5,当载荷平稳相对滑动速度较小时(vS 3m/s)取较小值,反之取较大值,严重冲击时取K=1.5;H 蜗轮材料的许用接触应力,MPa。当蜗轮材料为锡青铜(b25107时应取N=25107,时应取。当蜗轮的材料为铝青铜或铸铁(b300MPa)时,蜗轮的主要失效形式为胶合,许用应力与应力循环次数无关其值如表14-5所示。表14-4 锡青铜蜗轮的基本许用接触应力0H (N=107) MPa 蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度
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