機械設計：蝸輪蝸桿

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1、第12章 蝸桿傳動12-1 蝸桿傳動的特點和類型12-2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸12-3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結構12-4 圓柱蝸桿傳動的受力分析12-6 圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算12-5 圓柱蝸桿傳動的強度計算 設 計 ： 潘 存 云 12-1 蝸 桿 傳 動 的 特 點 和 類 型作 用 ： 用 于 傳 遞 交 錯 軸 之 間 的 回 轉 運 動 和 動 力 。 蝸 桿 主 動 、 蝸 輪 從 動 。 90形 成 ： 若 單 個 斜 齒 輪 的 齒 數(shù) 很 少 （ 如 z1=1） 而 且 1很大 時 ， 輪 齒 在 圓 柱 體 上 構 成 多 圈 完 整 的 螺

2、 旋 。 1 1所 得 齒 輪 稱 為 :蝸 桿 。而 嚙 合 件 稱 為 :蝸 輪 。蝸 桿 設 計 ： 潘 存 云 2 2 蝸 輪 設 計 ： 潘 存 云改 進 措 施 ： 將 刀 具 做 成 蝸 桿 狀 ， 用 范 成 法 切 制 蝸 輪 ， 所 得 蝸 輪 蝸 桿 為 線 接 觸 。點 接 觸優(yōu) 點 ： 傳 動 比 大 、 結 構 緊 湊 、 傳 動 平 穩(wěn) 、 噪 聲 小 。分 度 機 構 ： i=1000, 通 常 i=880缺 點 ： 傳 動 效 率 低 、 蝸 輪 齒 圈 用 青 銅 制 造 ， 成 本 高 。線 接 觸 設 計 ： 潘 存 云設 計 ： 潘 存 云 類 型 按

3、 螺 旋 面 形狀 分 ： 阿 基 米 德 蝸 桿 、漸 開 線 蝸 桿環(huán) 面 蝸 桿按 形 狀 分 有 ： 圓 柱 蝸 桿環(huán) 面 蝸 桿設 計 ： 潘 存 云 設 計 ： 潘 存 云圓 柱 蝸 桿 漸 開 線 蝸 桿阿 基 米 德 蝸 桿 設 計 ： 潘 存 云 阿 基 米 德 螺 線 漸 開 線 基 圓2 設 計 ： 潘 存 云d 蝸 桿 旋 向 ： 左 旋 、 右 旋 (常 用 ) 1 1精 度 等 級 ：對 于 一 般 動 力 傳 動 ， 按 如 下 等 級 制 造 ：v17.5 m/s -7級 精 度 ；v1 3 m/s -8級 精 度 ；v 140蝸 桿 頭 數(shù) z1 4 2 2、

4、 1 1蝸 輪 齒 數(shù) z2 2852 2854 2880 40將 分 度 圓 柱 展 開 得 ： = z1 px1/ d1 = mz1/d1 tg 1=l/ d1 4. 蝸 桿 的 導 程 角 d1 lpx1 1d1 1 1 5.蝸 桿 直 徑 系 數(shù) q加 工 時 滾 刀 直 徑 等 參 數(shù) 與 蝸 桿 分 度 圓 直 徑 等 參 數(shù) 相同 ， 為 了 限 制 滾 刀 的 數(shù) 量 ， 國 標 規(guī) 定 分 度 圓 直 徑 只能 取 標 準 值 ， 并 與 模 數(shù) 相 配 。q 為 蝸 桿 : 定 義 ： q=d1/m一 般 取 : q=8 18。tg 1 = px z1 / d1 = z1

5、/ q于 是 有 ： d1 = mq 可 由 表 12 1計 算 得 到 。 直 徑 系 數(shù) 見 下 頁= mz1 / d1 m11.251.62 d1182022.42028(18)22.4(28)35.5 m2.53.154 d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5(45)56(31.5) m456.3 d140(50)71(40)50(63)90(50)63 m6.3810 d1(80)112(63)80(100)140(71)90表 12 1 蝸 桿 分 度 圓 直 徑 與 其 模 數(shù) 的 匹 配 標 準 系 列 mm 20 q=12.5 28 q=17.51. 設 計 ：

6、 潘 存 云 1p 2vS 11 2p由 相 對 運 動 原 理 可 知 :v2 = v1 + vS 6.齒 面 間 滑 動 速 度 vS及 蝸 輪 轉 向 的 確 定= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作 速 度 向 量 圖 ， 得 :v2 = v1 tg 蝸 輪 的 轉 向 : v2 2 2CW t tv 1v2 設 計 ： 潘 存 云設 計 ： 潘 存 云 1 1 12p12p 右 旋 蝸 桿 ： 伸 出 左 手 ， 四 指 順 蝸 桿 轉 向 ， 則 蝸 輪 的 切 向 速 度 vp2的 方 向 與 拇 指 指 向 相 同 。用 手 勢 確 定 蝸 輪 的 轉 向 ：左

7、 旋 蝸 桿 ： 用 右 手 判 斷 ， 方 法 一 樣 。 2 2v2 v2模 型 驗 證 因 蝸 輪 蝸 桿 相 當 于 螺 旋 副 的 運 動 ， 有 一種 實 用 且 簡 便 的 轉 向 判 別 方 法 ：7.中 心 距 a = r 1+r2 = m(q +z2)/2a r1r2 二 、 圓 柱 蝸 桿 傳 動 幾 何 尺 寸 的 計 算由 蝸 桿 傳 動 的 功 用 ， 以 及 給 定 的 傳 動 比 i , z1 z2 計 算 求 得 m、 d1 計 算 幾 何 尺 寸表 12-3 普 通 圓 柱 蝸 桿 傳 動 的 幾 何 尺 寸 計 算名 稱 計 算 公 式蝸 桿 中 圓 直

8、徑 ， 蝸 輪 分 度 圓 直 徑齒 頂 高齒 根 高頂 圓 直 徑根 圓 直 徑蝸 桿 軸 向 齒 距 、 蝸 輪 端 面 齒 距 徑 向 間 隙中 心 距 蝸 桿 蝸 輪d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px= mc=0.2 ma=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2) 12-3 蝸 桿 傳 動 的 失 效 形 式 、 材 料 和 結 構一 、 蝸 桿 傳 動 的 失 效 形 式 及 材 料 選 擇主 要 失 效

9、 形 式 ： 膠 合 、 點 蝕 、 磨 損 。材 料 蝸 輪 齒 圈 采 用 青 銅 ： 減 摩 、 耐 磨 性 、 抗 膠 合 。蝸 桿 采 用 碳 素 鋼 與 合 金 鋼 ： 表 面 光 潔 、 硬 度 高 。材 料 牌 號 選 擇 ：高 速 重 載 蝸 桿 ： 20Cr,20CrMnTi(滲 碳 淬 火 5662H RC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表 面 淬 火 4555H RC)一 般 蝸 桿 ： 40 45 鋼 調(diào) 質(zhì) 處 理 (硬 度 為 220250H BS)蝸 輪 材 料 ： v S 12 m/s時 ZCuSn10P1錫 青 銅 制 造 。vS 12 m/s時 Z

10、CuSn5Pb5Zn5錫 青 銅vS 6 m/s時 ZCuAl10Fe3鋁 青 銅 。vS 45 其 他 情 況 H RC45 滑 動 速 度 vs m/s f f f 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.18 10.2 0.10 0.08 4.57 0.09 5.14 0.13 7.4 0.50 0.055 3.15 0.065 3.72 0.09 5.14 1.00 0.045 2.58 0.055 3.15 0.07 4 2.00 0.035 2 0.045 2.58 0.055 3.15 3.00 0.028 1.6 0.035 2 0.045 2.58 4.00 0

11、.024 1.37 0.031 1.78 0.04 2.29 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03 0.026 1.49 0.03 1.72 10.0 0.016 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74 對 動 力 傳 動 ， 宜 采 用 多 頭 蝸 桿 蝸 桿 加 工 困 難 過 大當 28 時 ， 效 率 增 加 很 少 。當 時 ， 蝸 桿 具 有 自 鎖 性 ， 但 效 率 很 低 。252.5512.50.51 1015 m/s時 ， 采 用 壓

12、 力 噴 油 潤 滑 。當 v1 4 m/s時 ， 采 用 蝸 桿 在 上 的 結 構 。 三 、 蝸 桿 傳 動 的 熱 平 衡 計 算 由 于 蝸 桿 傳 動 效 率 低 ， 發(fā) 熱 量 大 ， 若 不 及 時 散 熱 ，會 引 起 箱 體 內(nèi) ， 油 溫 升 高 ， 潤 滑 失 效 ， 導 致 輪 齒 磨損 加 劇 ， 甚 至 出 現(xiàn) 膠 合 。 因 此 ， 對 連 續(xù) 工 作 的 閉 式蝸 桿 傳 動 必 須 進 行 熱 平 衡 計 算對 閉 式 傳 動 ， 熱 量 由 箱 體 散 逸 ， 要 求 箱 體 與 環(huán) 境 溫 差 ： t = iA1000P1(1- )tg tt=( t-t

13、0 )-溫 度 差 ； P1-蝸 桿 傳 遞 的 功 率 ； i-表 面 散 熱 系 數(shù) ； 一 般 取 ： i=1017 W/(m2 )A-散 熱 面 積 , m2, 指 箱 體 外 壁 與 空 氣 接 觸 而 內(nèi) 壁被 油 飛 濺 到 的 箱 殼 面 積 。 對 于 箱 體 上 的 散 熱 片 ， 其散 熱 面 積 按 50%計 算 。 設 計 ： 潘 存 云設 計 ： 潘 存 云設 計 ： 潘 存 云 t-溫 差 許 用 值 ， 一 般 取 ： t=6070 要 求 油 溫 ： t = t0+ t 90 不 能 滿 足 要 求 時 ， 可 采 取 冷 卻 措 施 ：1） 增 加 散 熱 面 積 -加 散 熱 片 ；2） 提 高 表 面 傳 熱 系 數(shù) - 加 風 扇 、 冷 卻 水 管 、 循 環(huán) 油 冷 卻 。 油 泵 冷卻器冷 卻水 本 章 重 點(1)熟 悉 蝸 桿 傳 動 的 特 點 。(2)了 解 蝸 桿 傳 動 的 類 型 、 應 用 、 材 料 和 結 構 。(3)掌 握 普 通 圓 柱 蝸 桿 的 主 要 參 數(shù) 和 幾 何 尺 寸 計 算 。