§5 蜗杆传动 (交错轴Σ=90°)
蜗杆传动
H1 1000P 1 (1 )
W
式中:P1—蜗杆传动的功率,KW
—蜗杆传动的总效率
单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为
H 2 aW A(t1 t0 )
式中 aw—表面散热系数 A—箱体的散热面积
W
t1—箱体的工作温度,在800以内
t0—周围空气温度, t0=200
根据热平衡条件H1=H2可求得箱体的工作温度和应满 足的要求为
式中 px 蜗杆轴向齿距;z1-蜗杆头数; u-齿数比,导程角大,传动效率高; 导程角小,传动效率低。
普通蜗杆传动的m与d1搭配值 (注:d1与m的比值称为蜗杆直径系数q)
3 、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2
n1 Z 2 i n2 Z1
蜗杆头数Z1通常取为:1,2,3,4,或6
确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮 传动,也可按照主动件左右手定则来判断。而轴向力Fa的方向 则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定,即Fa1与 Ft2方向相反, Ft1与 Fa2的方向相反。
力的方向判断例题
2. 蜗杆传动的计算载荷
计算载荷=K*名义载荷
K K A K K
1000 P 1 (1 ) t1 t0 80C C aW A
在既定工作条件下,保持正常油温所需要的散热面积, 对于散热肋布置良好的固定式蜗杆减速器,其散热面 积可用下式估算:
A 9 105 a1.88 m2 式中a为传动中心距,mm
若t>80℃或有效的散热面积不足时,则必须 采取措施,以提高其散热能力
1
d1n1
m/s
式中:
d1--蜗杆分度圆直径,mm
n1--蜗杆的转速,r/min
第五讲蜗杆传动
二、蜗杆传动的类型
根据蜗杆的形状可分为:圆柱蜗杆传动和环面蜗杆传动。圆柱 蜗杆按螺旋面形状的不同可分为渐开线蜗杆和阿基米德蜗杆。由 于阿基米德蜗杆加工方便,所以应用广泛。
三、蜗杆传动的特点和用途
1.传动比大。
i=10--40,最大可达80。 若只传递运动,传动比可达1000。
2.传动平稳、噪声小。 3.可制成具有自锁性的蜗杆。 4.效率较低。η=0.7——0.8。 5.蜗轮造价较高。
mt2、αt2分别为蜗轮的端面模数和端面压力角; γ为蜗杆的导程角; β为蜗轮的螺旋角。
2.蜗杆传动的失效形式 由于蜗轮材料的强度往往低于蜗杆材料的强度,
所以失效大多发生在蜗轮轮齿上。蜗杆传动的失效 形式有点蚀、胶合、磨损和折断。蜗杆传动在工作 时,齿面间相对滑动速度大,摩擦和发热严重,所 以主要失效形式为齿面胶合、磨损和齿面点蚀。实 践表明,在闭式传动中,蜗轮的失效形式主要是胶 合与点蚀;在开式传动中,失效形式主要是磨损; 当过载时,会发生轮齿折断现象。
1.蜗杆传动的基本参数 (1)模数和压力角 如图所示,在中间平面内,蜗杆和
蜗轮的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。为加工方
便,规定在中间平面内的几何参数应是标准值。所以,蜗
杆的轴向模数和蜗轮的端面模数应相等,并为标准值,分 别用mx1和mt2表示,即mx1=mt2=m。同时,蜗杆的压 力角αx1,等于蜗轮的端面压力角αt2,并为标准值,即 αx1=αt2=α=20°。
3).蜗杆头数、蜗轮齿数和传动比 一般推荐z1=1~4,最多为6。单头蜗杆容易切
削,导程角小,自锁性好,效率低。蜗杆头数越多, 加工越困难,分度误差越大。在传动中,蜗轮齿数 不宜过多,否则将使结构不紧凑。对于动力传动, 一般推荐z2=29~70,为了避免根切现象,取 z2≥27,通常蜗轮齿数按传动比来确定,z2=iz1。
机械设计基础 蜗杆传动
二、蜗杆传动的材料
1. 为了减摩,通常蜗杆用钢材(耐磨),蜗轮用有色金属( 铜合金、铝合金,较好的减摩性)。 2. 高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火,或45钢、40Cr 淬火。 3. 低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。 4. 蜗轮常用材料有:铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
三、蜗杆、涡轮的结构
蜗杆
蜗轮
二、蜗杆传动的特点
1.蜗杆传动的优点 (1)传动比大,结构紧凑。一般 i =10~40,在只传递运动 的分度机构中,可达1000。这样大的传动比如果用齿轮传 动,则需要采用多级传动才行,因此蜗杆传动结构紧凑, 体积小,重量轻 (2) 传动平稳,噪声低。由于蜗杆上的齿是连续不间断 的螺旋齿,它与蜗轮齿啮合时是连续不断的,蜗杆齿无啮 入和啮出的过程,因此工作平稳、噪声小。 (3)可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋升角小于啮 合面的当量摩擦角时,机构具有自锁性,蜗杆只能带动蜗 轮转动,而蜗轮不能带动蜗杆转动。
力的大小
圆周力
2T1 Ft1 Fa 2 d1
轴向力
2T2 Ft 2 Fa1 d2
径向力
Fr 1 Fr 2 Ft 2 tan
蜗杆传动受力方向判断
在分析蜗杆传动受力时,应注意其受力方向的确定。 主、从动轮上各对应的力大小相等,方向相反。蜗杆 所受圆周力的方向总是与它的转向相反;径向力的 方向总是指向轴心的。蜗杆受的轴向力的方向与蜗 杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。 方法: 左右手定则
Fr 2
Fr1
蜗杆传动受力方向判断
蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示,试判断蜗杆、 蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向,以及蜗轮的旋 转方向。 径向力 Fr1 =径向力 Fr 2 指向各自轴心 与转向相反
(五)蜗杆传动
蜗杆传动的正确啮合条件: 蜗杆传动的正确啮合条件
要组成一对正确啮合的蜗杆与蜗轮,应满足三个条件: (1)在中间平面内,蜗杆的轴面模数m x1和蜗轮的端面模数 m t2 相等, 即 m x1= mt2 =m (2)在中间平面内,蜗杆的轴面齿形角α x1 和蜗轮的端面齿形 角α 相等,即 α =αx1 = α t2 t2 (3)蜗杆分度圆导程角γ 和蜗轮分度圆柱面螺旋角β 相等, 1 2 且旋向一致,即γ =β 1组成的交错轴间的齿轮传 动。 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动 力的一种传动,两轴线间的夹角可为任意值, 力的一种传动,两轴线间的夹角可为任意值, 常用的为90° 常用的为 °。蜗杆传动用于在交错轴间传递 运动和动力。 运动和动力。
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成,一般 蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右 旋和左旋之分,分别称为右旋蜗杆和 左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的 称为单头蜗杆,即蜗杆转一周,蜗轮 转过一齿,若蜗杆上有两条螺旋线, 就称为双头蜗杆,即蜗杆转一周,蜗 轮转过两个齿。
失效形式
在蜗杆传动中,蜗轮轮齿的失效形式有点蚀、磨损、胶合和 轮齿弯曲折断。但一般蜗杆传动效率较低,滑动速度较大,容易 发热等,故胶合和磨损破坏更为常见。 为了避免胶合和减缓磨损,蜗杆传动的材料必须具备减摩、 耐磨和抗胶合的性能。一般蜗杆用碳钢或合金钢制成,螺旋表面 应经热处理(如淬火和渗碳),以便达到高的硬度(HRC45~63), 然后经过磨削或珩磨以提高传动的承载能力。蜗轮多数用青铜制 造,对低速不重要的传动,有时也用黄铜或铸铁。为了防止胶合 和减缓磨损,应选择良好的润滑方式,选用含有抗胶合添加剂的 润滑油。对于蜗杆传动的胶合和磨损,还没有成熟的计算方法。 齿面接触应力是引起齿面胶合和磨损的重要因素,因此仍以齿面 接触强度计算为蜗杆传动的基本计算。此外,有时还应验算轮齿 的弯曲强度。一般蜗杆齿不易损坏,故通常不必进行齿的强度计 算,但必要时应验算蜗杆轴的强度和刚度。对闭式传动还应进行 热平衡计算。如果热平衡计算不能满足要求,则在箱体外侧加设 散热片或采用强制冷却装置。
蜗杆传动
三. 蜗杆传动的精度等级 国标将精度等级分为12级 常用的是6 国标将精度等级分为12级,常用的是6~9级。 精度等级分为12 由于构造的原因, 由于构造的原因,蜗杆和蜗轮齿的刚度比齿轮 故制造精度对传动的影响比齿轮传动更高, 大,故制造精度对传动的影响比齿轮传动更高,一般 说来,对于同样的动力传动, 说来,对于同样的动力传动,蜗杆传动的精度等级应 比齿轮传动高一级。 比齿轮传动高一级。 蜗杆、 四. 蜗杆、蜗轮的加工 蜗杆的加工由类型确定, 蜗杆的加工由类型确定,有的在普通车床上车 削加工(如阿基米德蜗杆),有的在铣床上加工( ),有的在铣床上加工 削加工(如阿基米德蜗杆),有的在铣床上加工(如 锥面包络蜗杆) 硬齿面还需磨削加工; 锥面包络蜗杆),硬齿面还需磨削加工; 蜗轮的加工 和齿轮的加工一样,一般在滚齿机上, 和齿轮的加工一样,一般在滚齿机上,采用专用刀具 ——蜗轮滚刀加工。 蜗轮滚刀加工。 蜗轮滚刀加工
1. 阿基米德蜗杆(ZA) 阿基米德蜗杆螺旋面的形成与螺纹 阿基米德蜗杆(ZA)
的形成相同,加工时,车刀切削平面通过蜗杆轴线。 的形成相同,加工时,车刀切削平面通过蜗杆轴线。 即垂直于蜗杆轴线的平面) 端面 (即垂直于蜗杆轴线的平面)上齿廓为阿基米德螺旋 轴向齿廓(在包含轴线的平面上)为直线。 线,轴向齿廓(在包含轴线的平面上)为直线。
圆柱蜗杆最为常用,本章介绍圆柱蜗杆。 圆柱蜗杆最为常用,本章介绍圆柱蜗杆。
圆柱蜗杆又分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、 圆柱蜗杆又分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、延伸 渐开线蜗杆和锥面包络蜗杆和圆弧齿蜗杆。 渐开线蜗杆和锥面包络蜗杆和圆弧齿蜗杆。其中最常用 的是阿基米德蜗杆和锥面包络蜗杆。 的是阿基米德蜗杆和锥面包络蜗杆。
蜗杆传动的失效形式、 §3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构
蜗杆传动是用来传递空间交错轴之间的运动和动力最常用
Fn2
Ft2
coscosn
13.5.2 效率
123
式中 1 啮合效率;
2-油的搅动和 时飞 的溅 效损 2率 0耗 ; .99
3-轴承 ;3效 0.98 ~ 率 0.99
主要影响因素:啮合效率
1
tan tan(v)
蜗杆主动
1
tan(v) tan
蜗轮主动
啮合效率的主要影响因素:
(1)当量摩 v;(2 擦 )导角 程 角
式中 I-蜗杆轴中间截面的惯性矩 L—两支承间距离;
I d14
64
[]许用最大挠度;杆淬取 0火 .00蜗 m 4,
调质蜗0.杆 01m取 ,m-模数;
13.8 温度计算
13.8.1 润滑油工作温度
闭式传动需进行温度计算
温度计算的原因:
效率低→产生较多热量→寿命降低,甚至胶合
到达热平衡时: 1P 0 1 ( 1 0 ) w 0 A ( t 1 t 0 )
1)变位的主要目的是配凑中心距和凑传 动比,使之符合标准或推荐值。 2)为保持加工蜗轮时的滚刀尺寸不变, 蜗杆是不变位的。 3) 当配凑中心距时:齿数不变,正变位 x2=(a'-a)/m; 凑传动比:中心距不变,齿数变化, x=1/2(z2-z2/)
正确啮合条件:
mx1 mt2 m
x1 t2 2,旋向相同
[F]
[F]SFFmlimin
(13.24)
SFmi n1.4
13.7 蜗杆轴挠度计算
必要性:
蜗杆轴啮合部位受力后→轴产生挠曲→影响啮
合→局部偏载、干涉
,
蜗杆轴挠曲
主要由圆周力和径向力造成的,轴向力可以忽略
不计。
挠度计算:设轴为自由支承
蜗轮蜗杆传动原理
蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度,但彼此既不平行又不相交的情况下,通常在蜗轮传动中,蜗杆是主动件,而蜗轮是被动件。
蜗轮蜗杆传动有如下特点:1)结构紧凑、并能获得很大的传动比,一般传动比为7-80。
2) 工作平稳无噪音3) 传动功率范围大4)可以自锁5)传动效率低,蜗轮常需用有色金属制造。
蜗杆的螺旋有单头与多头之分。
传动比的计算如下:I=n1/n2=z/Kn1-蜗杆的转速 n2-蜗轮的转速 K-蜗杆头数 Z-蜗轮的齿数蜗轮及蜗杆机构一、用途:蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。
蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当於齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。
二、基本参数:模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、蜗轮齿数、齿顶高系数(取1)及顶隙系数(取0.2)。
其中,模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角,亦即蜗轮轴面的模数和压力角,且均为标准值;蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值,三、蜗轮蜗杆正确啮合的条件1 中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等,即蜗轮的端面模数等於蜗杆的轴面模数且为标准值;蜗轮的端面压力角应等於蜗杆的轴面压力角且为标准值,即==m ,==2 当蜗轮蜗杆的交错角为时,还需保证,而且蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。
四、几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同,需注意的几个问题是:蜗杆导程角()是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为,蜗轮的螺旋角,大则传动效率高,当小於啮合齿间当量摩擦角时,机构自锁。
引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目,使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时,q大则大,蜗杆轴的刚度及强度相应增大;一定时,q小则导程角增大,传动效率相应提高。
蜗杆头数推荐值为1、2、4、6,当取小值时,其传动比大,且具有自锁性;当取大值时,传动效率高。
与圆柱齿轮传动不同,蜗杆蜗轮机构传动比不等於,而是,蜗杆蜗轮机构的中心距不等於,而是。
蜗杆传动(简)
S——散热面积(m2), 指箱体外壁与空气接触而内壁被油
飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片,其散热 面积按50%计算。 1000P1(1-η ) 由热平衡条件H1=H2, 得:t0=ta+ αdS 保持工作温度所需散热面积 1000P1(1-η ) S = m2 α d ( t 0 - t a)
2
mm3
[ςF] ——许用弯曲应力;
YFa2 ——为蜗轮齿形系数,按当量齿数zv=z/cos3γ
以及蜗轮变位系数选取。 Yβ ——为螺旋角影响系数, Yβ =1γ/140˚
3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 齿顶变尖极限
4. 蜗杆头数z1 通常取 z1=1 2 4 6 5. 蜗杆的导程角γ 蜗杆旋向:左旋、右旋(常用) 将分度圆柱展开得 tanγ1=l/πd1 =z1pa1/πd1 =mz1/d1 =z1/q
6. 传动比 i 和齿数比 u n1 z2 传动比 i = — = — = u 齿数比 n2 z1 若想得到大 i , 可取: z1=1,但传动效率低。 对于大功率传动 , 可取: z1=2,或 4。 7. 蜗轮齿数z2 蜗轮齿数 z2= i z1 为避免根切,增大啮合区 z2≥28 一般情况 z2≤80 z2过大 → 结构尺寸↑ → 蜗杆长度↑ → 刚度、啮合精度↓ 8. 蜗杆传动的标准中心距 a=(d1+d2)/2 =m(q+z1)/2
机械设计基础:蜗杆机构
二、蜗杆蜗轮传动的方向判断
蜗轮的转向不仅与蜗杆的转向有关,而且与其螺旋线方向有关 蜗杆同螺旋相似,分为左旋和右旋。为了在车床上加工的方便, 尽可能使用右旋蜗杆。 顺时针旋转时旋入的螺纹,称为右旋螺纹; 逆时针旋转时旋入的螺纹,称为左旋螺纹。
右旋蜗杆
右手法则:四指弯曲方向同螺纹 转动方向一致,拇指 指向螺杆相对螺母的 运动方向。
机械设计基础
蜗杆机构
一、蜗轮蜗杆的形成
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成,用于传递空间两交错轴间的运动 和动力,通常蜗杆为主动。两轴线的交错角Σ可为任意值,一 般采用Σ=90°
圆弧圆柱蜗杆机构
ห้องสมุดไป่ตู้
蜗杆:
齿数z1特别少(一般 z1=1~4),它的齿可以 绕圆柱一周以上,变成 一个螺旋。
传动比:
i z2 z1
蜗轮回转方向
右旋蜗杆:
右手法则:书P75
左手法则:以左手握住蜗杆, 四指指向蜗杆的转向, 则拇指的指向为啮合 点处蜗轮的线速度方 向。
左旋蜗杆:
左手法则:书P75
右手法则:以右手握住蜗杆, 四指指向蜗杆的转向, 则拇指的指向为啮合 点处蜗轮的线速度方 向。
例题:P86 习题5-1
左旋蜗杆
左手法则:四指弯曲方向同螺纹 转动方向一致,拇指 指向螺杆相对螺母的 运动方向。
两类问题:
1. 已知蜗杆、蜗轮的轮齿旋向和二者之一的转向,确定另一个 的转向;
2. 已知蜗轮、蜗杆的转向,确定二者轮齿的转向。
蜗杆蜗轮机构转向的箭头标注
右旋蜗杆
蜗杆回转方向
蜗杆上一点 线速度方向
机构运 动简图
蜗杆传动
蜗杆传动的组成蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的。
它用于传递交错轴之间的回转运动和动力,通常两轴交错角为90°。
传动中一般蜗杆是主动件,蜗轮是从动件。
蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。
图12-1 蜗杆传动蜗杆传动的优缺点蜗杆传动的主要优点:能得到很大的传动比、结构紧凑、传动平稳和噪声小等。
在分度机构中传动比i可达1000;在动力传动中,通常i=8~80。
蜗杆传动的主要缺点:传动效率较低;为了减摩耐磨,蜗轮齿圈常需用青铜制造,成本较高。
按形状的不同,蜗杆可分为:图12-2 圆柱蜗杆圆柱蜗杆按其螺旋面的形状又分为(1)阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)车削阿基米德蜗杆与加工梯形螺纹类似。
车刀切削刃夹角2α=40°,加工时切削刃的平面通过蜗杆轴线。
因此切出的齿形,在包含轴线的截面内为侧边呈直线的齿条;而在垂直于蜗杆轴线的截面内为阿基米德螺旋线。
图12-3 阿基米德圆柱蜗杆(2)渐开线蜗杆(ZI蜗杆)渐开线蜗杆的齿形,在垂直于蜗杆轴线的截面内为渐开线,在包含蜗杆轴线的截面内为凸廓曲线。
这种蜗杆可以像圆柱齿轮那样用滚刀铣切,使用于成批生产。
图12-4环面蜗杆和螺纹一样,蜗杆有左、右旋之分,常用的是右旋蜗杆。
对于一般动力传动,常按照7级精度(适用于蜗杆圆周速度<7.5m/s )、8级精度(<3m/s )和9级精度(<1.5m/s )制造。
模数m 和压力角α图12-5 圆柱蜗杆传动如图所示,通过蜗杆曲线并垂直于蜗轮轴线的平面,称为中间平面。
由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀,按范成原理切制齿轮,所以中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。
蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。
1υ1υ1υ他们正确啮合的条件是:蜗杆轴向模数和轴向压力角应分别等于蜗轮端面模数和端面压力角,即模数m 的标准值,见表12-1;表12-1 圆柱蜗杆的基本尺寸和参数注:1.本表取材于GB10085-88,本表所列数值为国际规定的优先使用值。
蜗杆传动介绍
蜗杆传动特点:
2.传动平稳、无噪声。因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续 的,同时啮合的齿对较多。
3.当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时,可 以实现自锁。 4.传动效率比较低。当z1=1时,效率h=0.7~0.75; z1=2时,h=0.75~0.82;z1=3~4时,h=0.82~ 0.92。具有自锁时,h=0.4~0.45。 5.因啮合处有较大的滑动速度,会产生较严重的摩擦 磨损,引起发热,使润滑情况恶化,所以蜗轮一般常 用青铜等贵重金属制造。
效率低,传递功率不宜过大,中高速需用价贵的青铜, 制造精度要求高,刀具费用高
表3-26 几种机械传动的基本特性
基本特性
闭式 h 开式 0.90~0.96 ≤25~30 <10000 ≤1000 ≤75 ≤15 2~4 小 短 良 大 100 0.93~0.96 ≤20 (40) <5000 ≤4000 ≤100 齿形链15 滚子链10 ≤5~8 大 中等 差 大 140 0.94~0.96 ≤15~25(斜齿) (200) <10000 ≤50000 ≤3000 ≤10 3~5 大 长 差 小 165
式中 d1--螺杆分度圆直径,mm。 蜗杆导程角与传动效率有关, 导程角大,效率高;导程角小, 可能导致自锁。蜗轮的螺旋角b 与蜗杆的导程角g应数值相等、 旋向相同(图3-55)。
3.螺杆分度圆直径 d1与螺杆直径系数 q 由于切制蜗轮的滚刀必须与蜗杆的形状相 当,为此,对于相同模数的蜗杆,每一种分 度圆直径都必须用一把切制蜗轮的滚刀,这 样,刀具的数量可能太多。为了减少刀具品 种并便于标准化,对于每一个模数其蜗杆分 度圆直径d1只规定少数,见表3-21。螺杆 直径系数用q表示,即q=d1/m。
2.螺杆导程角 g和蜗轮螺旋角 b
机械设计第八章蜗杆传动讲解
用循环油
精品资料
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§8-5 蜗杆传动的材料(cáiliào)和结构
一、材料(cáiliào)
1、要求
有足够的强度 良好的减摩耐磨性 良好的抗胶合能力
所以:常用青铜作蜗轮的齿圈,与淬硬磨削的钢制蜗杆相配。
2、蜗杆材料
常为碳钢或合金钢
பைடு நூலகம்高速重载—— 采用20Cr、20CrMnTi(渗碳处理至56~62HRC)
查图
Yβ=1-
γ 140
°
∵ 蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力,大都超过了齿面点蚀和热平衡
计算时所限定的承载能力。
∴ 只在少数情况下——如强烈冲击、蜗轮为脆性材料或开式传动时,才
计算蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度。
蜗轮轮齿的弯曲(wānqū)疲劳强度高于斜 齿轮的弯曲(wānqū)疲劳强度。
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造价高(蜗轮常用青铜制)
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缺点
二、分类(fēn lèi)
应用最广,但易车难磨,不易得到较高精度。
阿基米德(ā jī mǐ dé)蜗杆(ZA蜗杆)与车梯形螺纹类似
圆柱蜗杆传动
渐开线蜗杆(ZI蜗杆)
法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)
便于磨削、精度较高,
应用日渐广泛。
锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)
圆弧面(环面)蜗杆传动
精品资料
下列各蜗杆传动均以蜗杆为主动件,请标出蜗轮(或蜗杆)的转向, 蜗轮轮齿(lún chǐ)的旋向及蜗杆、蜗轮受力方向。
精品资料
四、齿面接触(jiēchù)疲劳强度计算
与斜齿轮(chǐlún) 相似
σH= ZE·Zρ ·
KT2 a3
≤[σH]
1
ZE——称弹性影响系数(Mpa 2),青铜或铸铁蜗轮配钢制蜗杆时,ZE=160 Zρ——接触系数 查 图 a——中心距(mm)
齿轮蜗轮蜗杆参数
一、蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力,通常,轴交角∑=90°。
其优点是传动比大,工作较平稳,噪声低,结构紧凑,可以自锁;缺点是当蜗杆头数较少时,传动效率低,常需要采用贵重的减摩有色金属材料,制造成本高。
蜗轮是回转形零件,蜗轮的结构特点和齿轮基本相似,直径一般大于长度,通常由外圆柱面、内环面、内孔、键槽(花键槽)、轮齿、齿槽等组成。
根据结构形式的不同,齿轮上常常还有轮缘、轮毂、腹板(孔板)、轮辐等结构。
按结构不同蜗轮可分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等多种型式。
蜗杆的结构和轴相似,其结构特点是长度一般大于直径,通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹及阶梯端面等所组成。
蜗杆上啮合部分的轮齿呈螺旋状,有单头和多头之分,单头蜗杆的自锁性能好、易加工,但传动效率低。
二、普通圆柱蜗轮、蜗杆的测绘步骤蜗轮、蜗杆的测绘比较复杂,要想获得准确的测绘数据,就必须具备较全面的蜗杆传动方面的知识。
同时应合理选择测量工具及必要的检测仪器,掌握正确的测量方法,并对所测量的数据进行合理的分析处理,提出接近或替代原设计的方案,直接为生产服务。
测绘蜗轮、蜗杆时,主要是确定蜗杆轴向模数ma(即蜗轮端面模数mt),蜗杆的直径系数q和导程角γ(即蜗轮的螺旋角β)。
下面以普通圆柱蜗轮蜗杆测绘为例,说明标准蜗轮蜗杆的基本测绘步骤。
1. 首先对要测绘的蜗轮、蜗杆进行结构和工艺分析。
2. 画出蜗轮、蜗杆的结构草图和必须的参数表,并画出所需标注尺寸的尺寸界线及尺寸线。
3. 数出蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2。
4. 测量出蜗杆齿顶圆直径dal、蜗轮喉径dai和蜗轮齿顶外圆直径dae。
5. 在箱体上测量出中心距a。
6. 确定蜗杆轴向模数ma (即涡轮端面模数mt)7. 确定蜗杆的导程角γ(蜗轮的螺旋角β),并判定γ及β的方向。
根据计算公式 tgγ= z1ma / d1,因 d1 = da1-2ma 则γ= tg -1 z1ma / (da1-2ma)8. 确定蜗杆直径系数q根据计算公式q = d1 / ma或q = z1 / tgγ计算出q值,且应按标准系列选取与其相近的标准数值。
5-蜗杆传动
4、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q
由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的, 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的,蜗杆的尺寸参数
与加工蜗轮的蜗轮滚刀尺寸参数相同,为了限制滚刀的数目及便于滚刀的标准化, 与加工蜗轮的蜗轮滚刀尺寸参数相同,为了限制滚刀的数目及便于滚刀的标准化, 国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。直径d1与模 的比值( 称为蜗杆的直径系数。 数m的比值(q= d1 /m)称为蜗杆的直径系数。 q=d1/m q称为蜗杆的 直径系数 d1=mq q值越小,即蜗杆 值越小, 越小, 直径 d1 越小, 越大, 则升高γ越大,传 动效率越高, 动效率越高,但 直径 d1 变小会 导致蜗杆的刚度 和强度削弱, 和强度削弱,设 计时应综合考虑。 计时应综合考虑。
整体式蜗轮
配合式蜗轮
拼铸式蜗轮
螺栓联接式蜗轮
§5—1 蜗杆传动概述
二、蜗杆的分类 蜗杆的旋向: 一般为右旋) 蜗杆的旋向:右旋蜗杆和左旋蜗杆 (一般为右旋) 蜗杆的头数:单头蜗杆(蜗杆上只有一条螺旋线,即蜗杆转一周, 蜗杆的头数:单头蜗杆(蜗杆上只有一条螺旋线,即蜗杆转一周,蜗 轮转过一齿)双头蜗杆(蜗杆上有两条螺旋线,即蜗杆转一周, 轮转过一齿)双头蜗杆(蜗杆上有两条螺旋线,即蜗杆转一周,蜗轮 转过两个齿) 转过两个齿) 依此类推, 一般z ),蜗轮齿数为 蜗轮齿数为z 则传动比i 依此类推,设蜗杆头数为 (一般z1 ),蜗轮齿数为z2 、则传动比i 为: 蜗轮形状象斜齿轮,只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形, 蜗轮形状象斜齿轮,只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形,以 便与蜗杆更好地啮合。 便与蜗杆更好地啮合。
无退刀槽,加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
机械设计-蜗杆传动基本知识
传动比 i
蜗杆头数 Z1
蜗轮齿数Z2
5~8
6
29~ 31
7~16 4
29~61
15~32 2
29~61
30~83 1
29~82
三、蜗杆传动几何尺寸的计算
1、d1=mq=mz1/tanλ≠mz1 d2=mz2
2、中心距:
中心距a应按下列数值选取: 40,50,63,80,100,125,160,200,250,315,400, 500mm。
➢ 按旋向分 左旋、右旋
旋向判定:将蜗杆轴线竖直放置, 螺旋线向右边升高为右旋,向左边 升高为左旋
左旋
右旋
3、蜗杆传动的特点
➢ 结构紧凑、传动比大。 ➢ 传动平稳,振动小、噪声低; ➢ 可实现反向自锁,具有自锁性。 ➢ 摩擦损失大,效率低。 ➢ 蜗轮材料贵重,成本高; ➢ 安装时对中心距的尺寸精度要求较高。
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
➢ 按蜗开线齿轮啮合
端面:阿基米德螺旋线
圆柱蜗杆
ZI型:渐开线蜗杆 端面:渐开线,较精密传动
ZN型:法向直廓蜗杆
环面蜗杆:接触齿对数↑,承载↑(1.5~4)倍,η高,但制造安装要求高。
锥蜗杆:啮合齿数多,ε↑,平稳↑,承载↑。
➢ 按蜗杆头数分 单头蜗杆:i↑,自锁性↑,η↓ 多头蜗杆:相反
蜗杆传动基本知识
01 蜗杆传动的类型特点 02 蜗杆传动的参数 03 蜗杆传动几何尺寸的计算
一、蜗杆传动的类型特点
1、蜗杆的组成 蜗杆传动是用来传递空间两交错轴之间运动和动力,通常取其交错角Σ=90°。 组成:主动件蜗杆和从动件蜗轮
第5章 其他常用机构
2、蜗杆的分类
➢ 按蜗杆形状分
圆柱蜗杆传动
蜗杆传动
4.8 蜗杆传动一、蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构,两轴线交错的夹角可为任意值,常用的为90°。
这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点,应用颇为广泛;其不足之处是传动效率低、常需耗用有色金属等。
蜗杆传动通常用于减速装置,但也有个别机器用作增速装置。
随着机器功率的提高,近年来出现了多种新型的蜗杆传动,效率低的缺点正在逐步改善。
1、蜗杆传动的特点1)能实现大的传动比。
在动力传动中,一般传动比i=5~80;在分度机构或手动机构的传动中,传动比可达300;若只传递运动,传动比可达1000。
由于传动比大,零件数目又少,因而结构很紧凑。
2)在蜗杆传动中,由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿,它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的,同时啮合的齿对又较多,故冲击载荷小,传动平稳,噪声低。
3)当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时,蜗杆传动便具有自锁性。
4)蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似,在啮合处有相对滑动。
当滑动速度很大,工作条件不够良好时,会产生较严重的摩擦与磨损,从而引起过分发热,使润滑情况恶化。
因此摩擦损失较大,效率低;当传动具有自锁性时,效率仅为0.4左右。
2、蜗杆传动的类型根据蜗杆形状的不同,蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。
圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。
二、蜗杆传动的正确啮合条件阿基米德蜗杆蜗轮的啮合传动情况:1、蜗杆传动的中间平面过蜗杆轴线作一垂直于蜗轮轴线的平面。
在该平面内蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传动。
2、正确啮合条件(1)(分别为蜗杆的轴面模数和压力角;分别为蜗轮的端面模数和压力角。
)(2)当交错轴∑=90°时,还必须满足,且蜗杆与蜗轮旋向相同。
(3)中心距必须等于用蜗轮滚刀范成的加工蜗轮的中心距。
3、传动比4、判断蜗杆蜗轮转向把蜗杆看成螺杆,蜗轮视为螺母,当螺杆只能转动而不能移动时,螺母移动的方向即表示蜗轮圆周速度的方向,由此即可确定蜗轮的转向。
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§7 蜗杆传动worm gearing(shaft angle交错轴Σ=90°)§7-1 General considerations 概述§7-2 Choice of the parameters and geometricalcalculations for Archimedean worm gearing普通圆柱蜗杆传动参数选择和几何计算§7-3 Materials, types of failure and design criteria 蜗杆传动材料、失效和计算准则§7-4 Forces in worm gearing 受力分析§7-5 Strength calculations 强度计算§7-6 Heat balance calculation 热平衡计算Design example 习题课§7-1 General considerations 概述 Characteristics and applications特点和应用Types of the worm gearing分类回总目录一、Characteristics and applications 特点和应用1、Advantages①High speed ratio i→ Small overall size(Z=1~4)结构紧凑For motion drives传递运动:Up to1000For power drives传递动力:8~80②Smooth and silent operation 平稳,噪音小(Continuous engagement between worm and worm gear蜗杆与蜗轮连续啮合)2、Drawbacks①Low efficiency 效率低)Usually P<50KW (Σ=90°,Vs②High cost 成本高(The necessity of using expensive antifriction materials for the worm gear 蜗轮轮圈用贵重有色金属青铜制造)3、Applications应用二、Types 分类:1、Cylindrical worm gearing 圆柱蜗杆传动: By shape of the threads in an end section 按轴截面内螺旋线形状分:2、Enveloping worm gearing 环面蜗杆传动3、Cone worm gearing 锥蜗杆传动①Archimedean worm 阿基米德蜗杆(Ordinary 普通)②Involute worm 渐开线蜗杆③Convolute worm 延伸渐开线蜗杆(Straight-sided inthe section normal to the thread 法向直廓)三、Meshing features of the ordinarycylindrical worm gearing普通圆柱蜗杆传动啮合特点Central cross section中间平面(主平面):A plane which is normal to the worm gear shaft and parallel to worm shaft通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面Special features 特点:In the central cross section 中间平面内The tooth profile on worm is straight-sided蜗杆齿廓:直线The tooth profile on worm gear is in volute 蜗轮齿廓:渐开线Mesh between a straight-sided rack and an in volute gear为(直)齿条与渐开线齿轮啮合特点:中间平面内§7-2 C hoice of the parameters andgeometrical calculations forArchimedean worm gearing 普通圆柱蜗杆传动参数选择和几何计算 Choice of the parameters参数选择Geometrical calculations几何计算回总目录一、Choice of parameters 参数选择1、Modules模数m,Profile angle齿形角αIn a central cross section, modules andprofile angle are standardized中间平面内为标准值α=20°m ——P84 表6-42、d 1,qd 1——The pitch diameter of a worm蜗杆中圆直径q ——The worm diameter factor蜗杆直径系数①Gear 齿轮d 1=mZ 1If m and Z 1are determined ,d 1 is determined.②Worm 蜗杆d 1=mZ 1/tg γ≠ mZ 1m ,if m and Z 1are determined ,d 1is indeterminate.③Number of the hobs cutting worm gears depends on the diameter d 1 In order to limit number of the hobs and standardize them, severalstandard diameters are specifiedd 1多,则加工蜗轮滚刀多为减少刀具数目,并便于实现标准化、系列化:对每一m 蜗杆规定几个标准d 1——P84 表6-4111mZ mq d q m d ≠==蜗杆直径系数3、i 、Z 1、Z 2①Z 1 the number of worm 蜗杆头数1,2,4,6P83:Z 1=f (i )②i Speed ratio 传动比★Z 1↓ i ↑ η↓★Z 1↑ η↑ i ↓加工难121221d d Z Z n n i ≠==③Z2=i Z128≤ Z2≤100 (32~63 is optimal for power drives 一般32~63)★Z2<28, Stationery 则平稳性↓★Z2>100, 则d2=mZ2↑Longer distance between the bearings of the worm → 杆长↑→ Rigidity of worm 杆刚度↓④γ The pitch helix angle of the worm蜗杆导程角γ>33°ηIncreases slightly , Difficulties in manufactureη↑缓慢, 加工难γ<3.5°Self-locking 自锁γ=3.5°~33°qZ mq mZ d Z p tg γ1111x ===πππη低•二、Geometrical calculations几何计算•Application 传动功用、i →Z 1(Z 2=i Z 1)•Strength conditions 强度条件,q q Z tg γ11- P78表4-5 Geometrical dimensions are calculated计算几何尺寸.§7-3 Materials, types of failure and design criteria 蜗杆传动材料、失效和计算准则Materials 材料Types of failure 失效形式Design criteria 计算准则Structure and manufacture of the worm and worm gear蜗轮蜗杆的结构及加工方法回总目录一、Materials 材料Requirements 要求:Not only have enough strength And the good antifriction is more important不仅要有一定强度,更重要的是要有良好的减摩性和耐磨性。
(Material pairs of low and high levels of hardness 软硬相配)1、Worm materials 蜗杆Usually:45Structurally improvement调质High velocities and heavy load高速重载:45、40Cr、20CrHardening淬火2、Worm gear materials 蜗轮High velocities and heavy load 高速重载Tin bronze 锡青铜ZCuSn10P1ZCuSn5Pn5Zn5Better seize-resistant lower strength higher cost 抗胶合能力强,机械强度低,价格高(σb <300MPa )(V s =12~25m/s )ZCuAl10Fe3Mn2ZCuAl8Mn13Fe3Ni2Lower seize-resistant ,Higher strength , Lower cost抗胶合能力差,机械强度高,价格低(σb >300MPa )Usually :Aluminum -Iron bronze 铸铝青铜(V s =2~8m/s )Low velocities and light load低速轻载:)(V s<2m/sCast iron灰铸铁HT200HT150二、Types of failure 失效形式Similar to types of failure in the toothed gearing :Fatigue pitting, Seizing, Abrasive wear , Plastic flow of material and tooth breakage与齿轮类似:点蚀、胶合、磨损、塑性变形、断齿Special features as below 特点如下:①Worm gear failure 蜗轮失效(Strength of the worm is more than the one of worm gear 蜗杆强度高于蜗轮)②Closed drives闭式传动:Tin bronze锡青铜:The principal types of failure are pitting 点蚀为主(Because it has good seize-resistant ability 抗胶合能力强)Aluminum-iron bronze and cast iron 无锡青铜和铸铁:The principal types of failure are seize 胶合为主③Open drive 开式传动:Breakage after severe wear 磨损→折断三、Design criteria 计算准则Closed drive 闭式传动①Designed according to contact fatiguestrength of the tooth surface按齿面接触疲劳强度设计②Checked according bending fatigue strengthof the tooth root按齿根弯曲疲劳强度校核③Heat balance calculation热平衡计算Open drive开式传动:Design according to bending fatigue strength 按弯曲疲劳强度设计四、Structure and manufacture of the worm and worm gear蜗轮蜗杆的结构及加工方法1、Structure结构①Worm gear蜗轮②Worm蜗杆2、Manufacture加工方法①Worm gear蜗轮②Worm蜗杆Worms are made integral with the shaft and are seldom made fabricated , the following types of the worm designs are used蜗杆通常与轴做成整体,很少做成装配式, 可分为:With tool escape有退刀槽Without tool escape无退刀槽Relationship between forces acting on worm and worm gear 各力间关系 Magnitude of forces 力的大小 Direction of forces 力的方向§7-4 Forces in worm gearing 受力分析⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=t2a1a2t1r2r1F F F F F F 一、Relationship between forces各力间关系)相差和处,01.0cos cos γ(cos γcos d 2T cos γcos F F F F αtg F F F )ηT T (d 2T F F d 2T F F n max 22n t2n n1n1t2r2r111222t2a111a2t1ααααi ===========二、Magnitude of forces 力的大小3相同)与相反,ω与与拇指指向相同方向③方向②回转方向:四指握拳右旋伸右手①旋向:左旋伸左手,(蜗杆主动)②同前和①t22a1t2a1a1t r F F F (:F :F F F ⎪⎩⎪⎨⎧三、Direction of forces 力的方向As before Worm driving Helix direction: left hand for left-hand helix gear and right hand for right-hand helix gear.Rotating direction: bending direction of four fingers.Direction of F a1: The same direction of thumbingContact fatigue strength of the tooth surface on worm gear 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 Bending fatigue strength of the tooth root on worm gear蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算§7-5 Strength calculations 强度计算一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算Contact fatigue strength of the tooth surfaceIn the central cross section, the tooth profiles of the worm and worm gear are the same as that of involutes helical gear and rack. Hence, the strength calculations are done for the tooth profiles of their equivalent spur gear and rack .在主平面内,蜗轮蜗杆的啮合相当于一对渐开线斜齿轮与斜齿条的啮合→取其当量直齿轮与直齿条的啮合进行强度计算。