《涡轮蜗杆传动设计..ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《涡轮蜗杆传动设计..ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第9 9章蜗杆传动章蜗杆传动9.19.1蜗杆传动的材料和失效形式蜗杆传动的材料和失效形式9.2 9.2 蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的受力分析和强度计算9.39.3蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算9.4 9.4 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计Worm Drive概述概述 Function:applied for transmitting rotating motion and dynamics between crossing axes,angle of axes is arbitrary value.作用：用于传递交错轴之间的回转运
2、作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力动和动力,两交错轴间的夹角可为任意两交错轴间的夹角可为任意值，通常为值，通常为9090度。度。Formation:if the number of teeth of single bevel gear is very small,and when 1 is very large,gear on cylinder body constitutes multi-circle full spiral.形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1z1=1）而且）而且11很大时，轮齿很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。在圆柱体上构
3、成多圈完整的螺旋。The derived gear is called:worm.Meshing member is called:worm gear.所得齿轮称为所得齿轮称为:蜗杆。而啮合件称为蜗杆。而啮合件称为:蜗轮。蜗轮。Drawbacks缺点缺点:Merits优点优点:1)Large drive ratio,compact structure 传动比大，结构紧凑传动比大，结构紧凑2)Stable drive,light noise.工作平稳，无噪声工作平稳，无噪声3)Can revese self-lock in specific condition 一定条件下反行程可自锁一定条件下反
4、行程可自锁Low efficiency,relative gliding speed is high,friction and abrasion is heavy,gear ring of worm is made from the precious material(such as bronze),high cost.效率较低，相对滑动速度大，摩擦与磨损严重，蜗轮齿圈效率较低，相对滑动速度大，摩擦与磨损严重，蜗轮齿圈一般需用贵重的减摩材料（如青铜等）制造，成本高。一般需用贵重的减摩材料（如青铜等）制造，成本高。Material and failure forms of worm drive9
5、.19.1蜗杆传动的材料和失效形式蜗杆传动的材料和失效形式一、蜗杆传动的失效形式和设计准则一、蜗杆传动的失效形式和设计准则1.1.蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断相对滑动速度相对滑动速度v vs s、发热发热 Main invalid forms:glue,pitting and abrasion.Usually occurs on the teeth of wormgear.主要失效形式主要失效形式:是是齿面胶合、点蚀和磨损齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效，而且失效通常发生在通常发生在蜗轮轮齿蜗轮轮齿上。上。Des
6、ign criterion of worm drives 2.2.蜗杆传动的设计准则蜗杆传动的设计准则 To avoid failure caused by excessive abrasion of tooth face,we should make:为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：1)Bending fatigue strength calculation of worms dedendum 蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算2)Contact fatigue strength calculation of worms to
7、oth face 蜗轮的齿面接触疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算To avoid failure caused by rigidity deficiency of worm,we should make:Rigidity calculation of worm为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：蜗杆的刚为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：蜗杆的刚度计算度计算 To avoid failure caused by overheat,we should make为了防止过热引起的失效，就要进行：为了防止过热引起的失效，就要进行：Calorific balance calculatio
8、n of drive system传动系统的热平衡计算传动系统的热平衡计算 There are abrasion of teeth face and gear rupture in opening worm drives,so should guarantee bending fatigue intensity of worm drives.开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证轮齿弯曲疲劳强度进行计算。证轮齿弯曲疲劳强度进行计算。There is glue or pitting in closing worm drives.So
9、,usually calculate according to contact fatigue intensity of teeth face,check according to bending fatigue intensity of gear.In addition,calculate calorific balance 闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行按齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行校核。另外，还应作热平衡计算。校核。另外，还应作热平衡计算。vs减摩性
10、、强度不能都用硬材料1、蜗轮指齿圈部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs1225m/s铸铝铁青铜：vs6m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs 2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2、蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬面蜗杆：首选 淬火磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。Common materials of worm drives 二、蜗杆传动的材料二、蜗杆传动的材料Peripheral force圆周力圆周力:FtAxial force轴向力轴向力:FaRadial force径向力径向力:Fr9.29.2蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的受力分析和强度
11、计算一、蜗杆传动的受力分析一、蜗杆传动的受力分析Stress analysis of cylindrical worm drives蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。Ft1=-Fa2=2T1/d1 Fr1=-Fr2=Ft2 tanFa1=-Ft2=2T2/d2 And there are relation as following且有如下关系且有如下关系:T2=T1 i In the equation:T1,T2 are individually torque on worm and wormgea
12、r.式中：式中：T1、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：n2n13）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同。v2例：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试确定：各轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa1 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋
13、二二.强度计算和刚度校核强度计算和刚度校核一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算13 失效方式：失效方式：钢制蜗杆对锡青铜蜗轮：蜗轮疲劳点蚀；钢制蜗杆对锡青铜蜗轮：蜗轮疲劳点蚀；钢制蜗杆对非锡青铜或铸铁蜗轮：蜗轮胶合；钢制蜗杆对非锡青铜或铸铁蜗轮：蜗轮胶合；强度条件强度条件(同齿轮，中间平面内同齿轮，中间平面内)：齿面接触强度齿面接触强度校核校核公式公式 齿面接触强度齿面接触强度设计设计公式公式 K表9.2ZE表9.3Strength calculation and rigidity calculation of cylindrical worm drivesCheck fo
14、rmula of contact intensity of tooth face许用应力：许用应力：（1）蜗轮材料为锡青铜（）蜗轮材料为锡青铜（）失效形失效形式为点蚀，与应力循环次数式为点蚀，与应力循环次数N有关。有关。基本许用接触应力表基本许用接触应力表9.4接触强度寿命系数：接触强度寿命系数：（2）当蜗轮材料为铸铁或高强度青铜，）当蜗轮材料为铸铁或高强度青铜，失效形式为胶合（不属于疲劳失效），许用应失效形式为胶合（不属于疲劳失效），许用应力与应力循环次数力与应力循环次数N无关，与滑动速度有关。无关，与滑动速度有关。设计时先假设滑动速度。设计时先假设滑动速度。二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算二、
15、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算设计设计公式：公式：按斜齿轮计算方法：按斜齿轮计算方法：校核校核公式：公式：其中：其中：YF2 蜗轮齿形系数；蜗轮齿形系数；Y 螺旋角系数；螺旋角系数；当量齿数，表当量齿数，表9.6 蜗轮基本许用应力，表蜗轮基本许用应力，表9.7寿命系数寿命系数 Bending intensity calculation of dedendum三、三、蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算（不讲）（不讲）刚度条件：刚度条件：Efficiency of worm drives一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率Dissipation of power:meshing dissipation,fri
16、ction dissipation of mechanical bearing,oil mixing dissipation.功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。Efficiency,Greasing and Calorific Balance Calculation of Worm Drives9.3 9.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算2 3bearing efficiency and oil mixing efficiency 分别为轴承效率和搅油效率分别为轴承效率和搅油效率 generally se
17、lect 一般取一般取2 3=0.950.96the angle of lead of worm 蜗杆导程角蜗杆导程角;Among式中式中：1joggle efficiency 啮合效率啮合效率Total efficiency of worm drives蜗杆传动的总效率蜗杆传动的总效率Head number of worm蜗杆头数蜗杆头数Z Z1 1 Total efficiency总总 效效 率率 0.70 0.80 0.70 0.80 0.90 0.950.90 0.95Approximate relation between efficiency and head number of
18、worm:效率与蜗杆头数的大致关系为效率与蜗杆头数的大致关系为:所以 Z1 Excessivedifficult process of worm 过大过大蜗杆加工困难蜗杆加工困难When 28，increment of efficiency is little.当当 28，效率效率增加很少。增加很少。z1=1 =0.700.75z1=4 =0.870.92Generally一般取一般取:v 10m/s,it applies pressure oil jet lubrication.当当v vs s 10m10m/s/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。When 5vs10 m/s,i
19、t applies structure of upper worm.当当5v5 80 or radiating area is deficient,we should take radiating measures:当工作油温：当工作油温：t ti i 8080或散热面积不足时，应采取散热措施：或散热面积不足时，应采取散热措施：普通蜗杆传动的参数与尺寸19.49.4圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计一、基本参数一、基本参数1、模数m和压力角a中间平面中间平面：过蜗杆轴线作一垂直过蜗杆轴线作一垂直于蜗轮轴线的平面。于蜗轮轴线的平面。在该平面内蜗杆与蜗轮的在该平面内蜗杆与蜗轮的啮合传
20、动相当于齿条与齿轮啮合传动相当于齿条与齿轮的传动。的传动。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 mx1=mt2=m （中间平面）ax1=at21=2（等值同向）等值同向）Structure Design of Cylindrical Worm and Worm gear2 2、蜗杆的分度圆直径、蜗杆的分度圆直径d d1 1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=d1 m)称为蜗杆的直径系数。3 3、蜗杆的头数、蜗杆的头数z1z1较少的蜗
21、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。4 4、导程角、导程角g在m和d1为标准值时，z1g5 5、传动比、传动比 i i6 6、蜗轮齿数、蜗轮齿数z2z2蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2=i z1。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。（Z1与Z2的荐用值表9.10）7 7、几何尺寸、几何尺寸正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且g1b2一般一般 z22880Structu
22、re of worm二、蜗杆的结构二、蜗杆的结构often be made as a whole body with shaft Worm shaft通常与轴制成一体蜗杆轴通常与轴制成一体蜗杆轴1)No escape structure:machining helix only mill.无退刀槽结构：加工螺旋无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。部分时只能用铣制的办法。2)Escape structure:we apply milled and sweep method when processing the screw part 有退刀槽：加工螺旋部分时可以车制有退刀槽：加工螺旋部
23、分时可以车制,也可铣制。也可铣制。但该结构的刚度较前一种差。但该结构的刚度较前一种差。z1=1 or 2:b1(11+0.06z2)mz1=4时:b1(12.5+0.09z2)mDetermination of worms length蜗杆长度蜗杆长度b1的确定的确定圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或铸钢。常用蜗轮的结构形式如下：Common structure三、蜗轮的常用结构三、蜗轮的常用结构Integral type整体式整体式Gear ring type齿圈式齿圈式Bolt con
24、nect type螺栓联接式螺栓联接式Scramble cast type拼铸式拼铸式Common structure蜗轮的常用结构蜗轮的常用结构Integral type整体式整体式Gear ring type齿圈式齿圈式Scramble cast type拼铸式拼铸式Bolt connect type螺栓联接式螺栓联接式Common structure蜗轮的常用结构蜗轮的常用结构作业P207：习题 9.1、9.5、9.6 1）V带传动比较适合高速传动，而不适合低速带传动比较适合高速传动，而不适合低速 传动，应布置在高速级；传动，应布置在高速级；2）链传动不适合高速传动，而适合低速传动，）链传动不适合高速传动，而适合低速传动，应布置在低速级；应布置在低速级；3）减速器中斜齿轮的旋向选择不合理，中间轴的两个齿）减速器中斜齿轮的旋向选择不合理，中间轴的两个齿 轮的旋向应该相同，使其所受轴向力方向相反。轮的旋向应该相同，使其所受轴向力方向相反。4）链传动的松紧边布置不合理。应紧边在上，松边在下。）链传动的松紧边布置不合理。应紧边在上，松边在下。5）齿轮减速器的输入和输出端设计不合理，应在齿轮）齿轮减速器的输入和输出端设计不合理，应在齿轮远离轴承的一侧输入、输出。远离轴承的一侧输入、输出。