1、齿轮传动设计培训,第三部分：蜗轮蜗杆传动设计 2004、6,本章要点1、了解蜗轮蜗杆传动的啮合特点、运动关系和几何系数。 2、掌握蜗轮蜗杆传动的受力分析、强度计算和热平衡计算方法。,上午2时32分,2,三、蜗轮蜗杆传动设计,蜗杆传动概述,蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。,1传动比大，一般为i=580，大的可达300以上； 2重合度大，传动平稳，噪声低； 3摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式； 4传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力传输中的应用受到限制。,蜗杆传动的主要特点有：,上午2时32分,3,三、蜗轮蜗杆传动设计,蜗杆传
2、动类型,上午2时32分,4,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的参数与尺寸,模数m和压力角a,蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、 压力角相等，即: ma1= mt2 = m ; aa1= at2,蜗杆的分度圆直径d1,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，为了限制滚刀的数目，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与模数m的比值(q= d1m)称为蜗杆的直径系数。,上午2时32分,5,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗杆的模数与分度圆直径,上午2时32分,6,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗
3、杆的蜗杆的头数z1,较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。,考虑啮合摩擦损耗是蜗杆的传动效率：,上午2时32分,7,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的参数与尺寸,导程角增大时，传动效率将提高，导程角 与蜗杆头数z1之间有如下关系：,显然，当蜗杆头数z1增多时，导程角增大，从而使传动效率提高。但头数增多给制造带来困难，且效率提高不显著，故通常蜗杆头数取为1、2、4、6 。,导程角g：,上午2时32分,8,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗轮齿数主要取决于传动比，即
4、z2= iz1 。z2不宜太小（如z226)，否则将使传动平稳性变差。z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且g1b2,蜗轮齿数z2：,传动比i：,上午2时32分,9,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的参数与尺寸,中心距,为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切，理论上应使z2min17,但在z28；对于动力传动，为了保证蜗轮轮齿的弯曲和相啮合蜗杆的弯曲强度，通常要求z280，设计时可参考下表选取z1和z2:,上午2时32分,10,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,蜗杆传动的失效
5、形式：,蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式。,蜗杆传动的常用材料：,为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。 高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。,上午2时32分,11,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,蜗杆传动的设计准则：,蜗杆的刚度计算 防止蜗杆刚度不足引起的失效。,传动系统的热平衡计算 防止过热引起的失效。,上午2时32分,12,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动
6、的承载能力计算,蜗杆传动强度计算：,蜗轮齿面接触疲劳强度计算：,式中：Z为蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。K为载荷系数。其它的符号含义与齿轮传动部分相同。,mm,上午2时32分,13,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,许用接触应力H,根据蜗轮材料的不同，可在下两表中选取。 1、蜗轮材料为灰铸铁及铸铝铁青铜时，其许用应力直接在下表选取：,上午2时32分,14,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,2、蜗轮材料若为铸锡青铜，则下表的H为基本许用接触应力，而：,上午2时32分,15,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,Z的大小，可根据不同
7、的蜗杆齿廓曲线，由下图确定：,上午2时32分,16,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,K=KAKVK, 其中KA为使用系数，由下表确定：,Kv为动载系数，当蜗轮速度v23m/s时，Kv=11.1当蜗轮速度v23m/s时，Kv=1.11.2 K为齿向载荷分布系数，载荷平稳时，K=1载荷变化时，K=1.11.3,上午2时32分,17,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算：,mm3,上午2时32分,18,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,N=60jn2Ln,注：表中各种青铜的基本许用弯曲应力为应力循环次数N=106时之值，当N10
8、6时，需将表中的数值乘以KFN；当N25107时，取N=25107；当N105时，取N=105。,上午2时32分,19,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,上午2时32分,20,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通蜗杆传动的热平衡计算,由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。 如果产生的热量不能及时散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润滑状态，从而导致系统进一步恶化。,ad 箱体表面的散热系数，可取ad(8.1517.45)W/(m2)； S 箱体的可散热面积(m2)； t0润滑油的工作温度()；ta 环境温度()。,上午2时32分,21,三、蜗轮蜗杆传动设计,普通
9、蜗杆传动的热平衡计算,在热平衡条件下可得：,当自然冷却的热平衡温度过高时，则必须采用散热措施，如： 加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。 加冷却管路或散热器冷却。,上午2时32分,22,二、蜗轮蜗杆传动设计,设计实例,已知一传递动力的蜗轮蜗杆传动，蜗杆为主动件，所传递功率为P=3kw，转速n1=960r/min，n2=70r/min，载荷平稳，试设计此蜗杆传动。,解：由于蜗轮蜗杆传动的强度计算是针对蜗轮进行的，而且对载荷平稳的传动，蜗轮轮齿接触强度和热平衡计算所限定的承载能力，通常都是满足弯曲强度的要求，因此，本题只需进行接触强度和热平衡计算。,上午2时32分,23,二、
10、蜗轮蜗杆传动设计,设计实例,1、蜗轮轮齿齿面接触强度计算（1）选材料：确定许用接触压力H蜗杆用45钢，表面淬火45-50HRC；蜗轮用ZCuSn10P1（10-1锡青铜）砂型铸造。由表查得H=200。（2）选用蜗杆头数z1，确定蜗轮齿数z2传动比i=n1/n2=960/70=13.71因为传动比不大，为了提高传动效率，可选z1=2则z2=iz1=13.712=27.42，取z2=27。,上午2时32分,24,设计实例,（3）确定作用在蜗轮上的转矩T2：因z1=2，故初步选=0.08，则,（4）确定载荷系数K:因载荷平稳，速度较底，取K=1.1 得：,二、蜗轮蜗杆传动设计,查表取m=8，d1=80mm,上午2时32分,25,设计实例,（5）计算主要几何尺寸：蜗杆分度圆直径：d1=80 mm蜗轮分度圆直径：d2=mz2=827=216 mm中心距：a=0.5(d1+d2)=0.5(80+216)=148 mm,二、蜗轮蜗杆传动设计,2、热平衡计算,取=15w/(m2C)；散热面积A1.1m2；效率=0.8,故满足热平衡要求,26,上午2时32分,End of this chapter,Thank You!,
