蜗杆传动(第13章)

29
热平衡计算2
蜗杆传动的散热措施
自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：
1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积。 2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。 3）在油池内安装冷却管路。 4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器） 。
散热片 溅油轮 风扇 过滤网 集气罩
30
热平衡计算3
冷却器
过滤器
2
§二。 蜗杆传动的类型
a ）圆柱蜗杆传动
b）环面蜗杆传动
c）锥蜗杆传动
3
1. 普通圆柱蜗杆传动：根据蜗杆的不同齿 廓形状及形成机理，可分为： • 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） • 渐开线蜗杆 （ZI蜗杆） • 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
4
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
车削工艺好， 精度低， 中小载荷， 使用逐渐 减少
有散热片时： 油的温升：
a A 0.33 100
1.75
（a－传动的中心距）
1000 P1 (1 ) ＜55～70℃ t t1 t0 hA
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为什么蜗杆传动要进行热平衡计算？
• 由于涡杆传动的相对滑动速度大，传动效 率低，在工作时会产生大量的热。若闭式 蜗杆传动的散热条件不足，则使温度升高， 润滑油的粘度下降，从而引起润滑油膜破 裂，引起润滑失效，导致齿面胶合，所以 必须对蜗杆传动进行热平衡计算。
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解：计算蜗杆的转速 在左边1、2、3的周转轮系中
H i13
Z n1 nH 60 3 3 n3 nH Z1 20
Fa4
Fr5
以n1的转向为正
1 n H n1 n4 4
⊙ Ft4

Fa5
Ft5 n4
Fr4
则蜗杆的转向与轮1相同，向上 对蜗杆传动进行受力分析 通过受力分析知道重物上升。 T5 i T1
14 经济、低速
2. 设计准则
闭式传动：按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算； 之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度， 并进行热平衡计算。
开式传动： 通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。
15
§7.4 蜗杆传动的受力分析和效率计算 一、 蜗杆传动的受力分析
2T1 Ft1 Fa2 d1 2T2 Ft 2 Fa1 d2
d1n1
v2
v : 当量摩擦角； 。 V : 当量摩擦系数 ; 根据滑动速度 vs 查表7 8
vS
v1
21
四、 蜗杆传动的效率 1 2 3
搅油效率2轴承效率3一般取：2 3 0.95 ~ 0.96
: 蜗杆导程角
tg (0.95 ~ 0.96) tg ( v )
37
蜗杆轴上驱动转矩
T1 Fd 4 150 300 2.25 104 N m m 2 2
蜗杆传动啮合效率
tan tan3.18 1 0.36 tan v tan 3.18 5.71


T2 T1i1
50Q 2.2510 50 0.36
v : 当量摩擦角，根据滑动速度vs 查表
tg ( v ) 蜗轮主动时 :1 tg T2 T1i
22
§7.5 圆柱蜗杆传动的设计计算 一.齿面接触疲劳强度计算 KT2 校核公式： H Z Z E [ ]H 3 a
设计公式： a
3
KT2 (
Z ZE [ ]H
T2 T1i
Fr1 Fr 2 Ft 2tg
Fa1 Fn cos cos n
16
F′ Fn
Fr
Fa
Ft F′
17
圆柱蜗杆传动
18
练习
练 习
右旋
Fx1
Fx 2
Fx1
Ft 2
求蜗杆的旋向？
求蜗杆的转向？
19
二、 蜗杆传动的载荷系数 载荷系数 K=KAKKv
使用系数 KA 齿向载荷分配系数K =1~~1.3 ~~1.6 （载荷平稳、变化、振动、冲
通水
油泵
传动箱内装循环冷却管路
传动箱外装循环冷却器
31
7.6 蜗杆传动的润滑
一。 润滑油和润滑方式的选择的
润滑油牌号、.粘度及给油方法、润滑油量
二。蜗杆的布置
上置蜗杆,下置蜗杆
一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。
蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 油池润滑： 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/6～1/3。 给油方法： 喷油润滑
px
4.导程角： z1 p x z1m z1 pz tg d1 d1 d1 q
p z 导程; p 轴向齿距

pZ
d 1
10
蜗杆分度圆d1，导程角和直径系数q关系：
d1 q （1） m
tg
pz z1 px z1m z1 d1 d1 d1 q
中间平面齿廓为直线
5
§
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
法面齿廓为直线
6
§ 渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 效率高； 传递功率 较大
端面齿廓为渐开线
7
§13. 2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 在中间平面，普通圆柱蜗杆 传动相当于齿轮和齿条的啮合， 设计时以中间平面的参数为基准。
一。蜗杆传动的主要参数 1.模数m和压力角：在中间平面，即蜗杆轴 平面与蜗轮中间平面的m和压力角相等且为标 准值。
摩擦产生的热量
散发的热量
即
1 P t1 t0 1000 1 hA
h－表面传热系数，一般取 h＝( 12 ~ 18 ) W/(m2•℃)；
t1－润滑油的工作温度(℃)； 通常取 t1＝ 20 ℃ t0－环境温度(℃)。
式中：P1－传动的输入功率（kW)；
A －箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算，
mx1 mt 2
x1 t 2
m
§
2.蜗杆分度圆直径d1 d1 直径系数q ：q
8
3.蜗杆头数z1： 常取 1、 2、 4、
6
传动效率： 估取 0.7、0.8、0.9、0.95。
蜗轮齿数z2 ： z 2 17，常取28 z 2 80
保证一定的重合度，传动平稳； 保证抗弯强度、蜗杆的刚度。
36
解：自锁验算 蜗杆分度圆程角
arctan
z1 zm arctan 1 3.18 q d1
当量摩擦角
v arctanv arctan0.1 5.71
v
满足自锁条件，蜗杆传动能自锁。 起重量计算 蜗轮轴上阻力矩
Q d3 T2 50Q 2 2
机械设计
第13章 蜗杆传动
1
§13.1蜗杆传动的特点和应用
一.特点：
1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=7~80； 2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮
合和退出，故冲击小、噪声低；
3.可自锁：升角小于当量摩擦角时； 4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损
严重。但新型蜗杆的传动效率 已可达90%以上。
11
5.中心距a：反映功率大小 1 m a (d1 d 2 ) ( q z 2 ) 2 2
6.传动比i：
n1 z2 d2 i ( ) n2 z1 d1
12
§ 二。蜗轮的变位 蜗杆传动变位的特点 ：为了保持刀具尺寸不
变，不能改变蜗杆的尺寸，因而只对蜗轮进行变位。
（1）改变中心距：
为什么对蜗杆头数和蜗轮齿数有限制？ 蜗杆头数少，能得到大的传动比，但导程角小、效率低、 发热量大，故载荷大且连续工作时不宜用单头蜗杆。如 传动要自锁，应选单头。蜗杆头数多，效率高，但过多 加工困难，所以要限制蜗杆头数不宜过多。 从传动的平稳性考虑，蜗轮齿数少，同时啮合齿的对数少， 传动的平稳性差。齿数愈多，蜗轮直径愈大，蜗杆愈长， 蜗杆刚度愈小，所以蜗轮的齿数要限制。 9
• 1.失效形式： 失效经常发生在蜗轮的轮齿上；滑动速 度VS大，发热量大，更易胶合和磨损。 • 2.设计准则：同齿轮传动；必要时核算热平衡。 • 3.材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶 合性 • 蜗杆 20Cr渗碳淬火 ； 40Cr、35CrMo淬火 ； 45调 质
• 蜗轮 ZCuSn10P1 HT200 VS3 重要传动 m/s 耐磨性好、抗胶合 ZCuAl10Fe3 VS 4 m/s 价格便宜 VS 2
26
I — 危险截面的惯性矩， I
d
4 1
；
五。 蜗杆传动的散热计算(热平衡计算 )
1.热平衡计算的目的 2.热平衡计算的方法
工作温度tI 60~70°C
H1 H 2
单位时间内的发热量： H1 1000P(1 )
单位时间内的散热量：H2 hA(tI t0 )
27
热平衡计算1
[ ]F [ ]'F K FN 寿命系数K FN
9
106 N
由：m2 d1
确定m、d1
25
四。 蜗杆的刚度计算
y
l
3
F F [ y] 48EI
2 t1 2 r1
y — 许用挠度， y d1 / 1000 。
64 l — 蜗杆轴支点跨距，初取 l 0.9d 2；
4
则
2.25 104 50 0.36 Q 8100N 50
38
例：图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60 z4=1，z5=40轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求： (1) 此时重物是上升还是下降？ (2) 设系统效率 =0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力 矩T1=10N· m，问重物的重量是多少?
T5 W D i T1 2
从1到5的传动比
W
i i14 i45 4 40 160
40
2 i T1 2 160 0.68 10000 16000 N D 136
作业
• 1，如图所式为蜗杆传动 与锥齿轮传动的组合，已 知输出轴上的锥齿轮Z4 的转速n • （1）欲使中间轴上的轴 向力能部分抵消，试确定 蜗杆传动的螺旋线方向和 蜗杆的转向（2）在图中 标出各轮轴向力的方向。
击）
动载系数
Kv =1.0~1.1（v2 3m/s）； 1.1~1.2（v23m/s）。
20
三、 蜗杆传动的相对滑动速度 相对滑动速度很大产生的利弊：
润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合； 充分润滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大， 摩擦系数越小，提高了传动效率。
滑动速度 : vs
60 1000cos
32
（一）蜗杆结构
33
蜗轮结构
34
例：在图示的传动系统中，1，2为锥齿轮；3，4为斜齿轮；5为蜗杆；6为蜗 轮，小锥齿轮为主动轮，转向如图所示。为使轴Ⅱ，Ⅲ上传动件的轴向力能 相抵消，试在图上画出各轮的转动方向、螺旋线方向及轴向力方向。
Fa1 Fa2
左旋
Fa4 Fa3 Fa5
Fa6
35
例： 图示为一手动滑车的蜗杆 传动。已知单头蜗杆的模 数m=5mm，蜗杆分度圆直 径d1=90mm， 传动比i=50，起重链轮分 度圆直径d3=200mm，驱动 链轮分度圆直径d4=300mm， 试判断传 动能否自锁？并求驱动力 F=150N时起重量Q是多少 （蜗杆传动当量摩擦系数 μv=0.1，忽略 链与轴承的摩擦损耗）？
则变位系数
a a x m
1 a a mx (d1 d 2 2mx) 2
来自百度文库
（2）中心距不变，则蜗轮齿数：
m m 2 x） 因 a （q z 2） （q z 2 2 2 z2 z2 2x 则 x 故 z2 z2 2
13
§7.3 蜗杆传动的失效形式及常用材料
8
10 N
7
•锡青铜： 主要为接触疲劳失效，与应力循环次数
N 有关
•灰铸铁及铝铁青铜：主要取决于胶合失效，与滑动
速度 s有关
24
v
§
三、 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
1.53KT2 校核式： F YFa 2Y [ ]F d1d2 m cos 1.53KT2 2 设计式：m d1 YFa 2Y z2 cos [ ]F
（2）
从（1）、（2）知，当m一定时，q值增大，则d1变大，蜗 杆的刚度及强度相应提高，因此当m较小时，q选较大值 又因为在（2）式中，当q取小值时，γ增大，效率η随之提高， 故在蜗杆轴刚度允许的情况下，应尽可能选较小的q值。 为了满足各种需要，对于同一m允许q值在一定范围内变动， 以便选用不同的标准蜗杆直径。
)2
z---接触系数 图13.12,接触线长度和曲率半径的影响 zE---弹性影响系数，表13.12,（钢对青铜或铸铁 zE = 160 ）
粗定中心距后计算：d1 0.68a 0.875 2a d1 m z2
取标准值 m、d1、q23 、
二. 蜗轮的许用接触应力
[ ]H K HN [ ]H K HN