蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
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1、第七章 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)1教學(xué)目標(biāo)1了解掌握蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和幾何參數(shù);2掌握蝸桿傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算和熱平衡計(jì)算方法;2教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn):普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和幾何參數(shù);難點(diǎn):蝸桿傳動(dòng)的受力分析。 7.1 蝸桿傳動(dòng)概述蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和渦輪組成,如圖所示。常用于交錯(cuò)軸90的兩軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。一般蝸桿為主動(dòng)件,作減速運(yùn)動(dòng)。蝸桿運(yùn)動(dòng)具有傳動(dòng)比大而結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),所以在各類機(jī)械,如機(jī)床、冶金、礦山、起重運(yùn)輸機(jī)械中得到廣泛使用。 圖7-1 蝸桿傳動(dòng)是在齒輪傳動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它具有齒輪傳動(dòng)的某些特點(diǎn),即在中間平面(通過(guò)蝸桿軸線并垂直于渦輪軸線的平面)內(nèi)的嚙合情
2、況與齒輪齒條的嚙合相類似,又有區(qū)別與齒輪傳動(dòng)的特性。 圖7-2 即,其運(yùn)動(dòng)特性相當(dāng)于螺旋副的工況。蝸桿相當(dāng)于單頭或多頭螺桿,渦輪相當(dāng)于一個(gè)“不完整的螺母”包在蝸桿上。蝸桿本身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一周,蝸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)或多個(gè)齒(如圖所示)。 圖7-2 一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 與齒輪傳動(dòng)相比較,蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大,在動(dòng)力傳遞中傳動(dòng)比在8100之間,在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可以達(dá)到1000;傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低;結(jié)構(gòu)緊湊;在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。但蝸桿傳動(dòng)有效率低、發(fā)熱量大和磨損嚴(yán)重,渦輪齒圈部分經(jīng)常用減磨性能好的有色金屬(如青銅)制造,成本高等缺點(diǎn)。 二、蝸桿傳動(dòng)的類型 按蝸桿分度曲面的形狀不同,蝸
3、桿傳動(dòng)可以分為:圓柱蝸桿傳動(dòng)(如圖a)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(如圖b)、錐蝸桿傳動(dòng)(如圖c)三種類型。 圖7-3 1、圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng)可以分為普通圓柱蝸桿傳動(dòng)(如前圖71所示)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)(如后圖76所示)。 圖7-1圖7-6 (1)普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)主要分為如圖74所示的三種。 圖7-4 a.阿基米德圓柱蝸桿(ZA蝸桿)如圖75所示,其齒面為阿基米德螺旋面。加工時(shí),梯形車刀切削刃的頂平面通過(guò)蝸桿軸線,在軸向剖面I-I具有直線齒廓,法向剖面N-N上齒廓 圖7-5 為外凸線,端面上齒廓為阿基米德螺線。這種蝸桿切制簡(jiǎn)單,但難以用砂輪磨削出精確齒形,精度較低。 圖7-5 b.
4、漸開(kāi)線圓柱蝸桿(ZI蝸桿) 如圖74b所示。加工時(shí),車刀刀刃平面與基圓或上或下相切,被切出的蝸桿齒面是漸開(kāi)線螺旋面,端面上齒廓為漸開(kāi)線。這種蝸桿可以磨削,易保證加工精度。 圖7-4 c.法向直廓圓柱蝸桿(ZN蝸桿) 又稱延伸漸開(kāi)線蝸桿,如圖63c所示。車制時(shí)刀刃頂面置于螺旋線法面上,蝸桿在法向剖面上具有直線齒廓,在端面上為延伸漸開(kāi)線齒廓。這種蝸桿可用砂輪磨齒,加工較簡(jiǎn)單,常用作機(jī)床的多頭精密蝸桿傳動(dòng)。 圖7-4 (2)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 圖7-6 圓弧圓柱蝸桿(ZC蝸桿)傳動(dòng)是一種非直紋面圓柱蝸桿,在中間平面上蝸桿的齒廓為凹圓弧,與之相配的渦輪齒廓為凸圓弧,如圖76所示。 圖7-6 這種蝸桿的傳
5、動(dòng)特點(diǎn)是:a.蝸桿與蝸輪兩共軛齒面是凹凸嚙合,增大了綜合曲率半徑,因而單位齒面接觸應(yīng)力減小,接觸強(qiáng)度得以提高。b.瞬時(shí)嚙合時(shí)的接觸線方向與相對(duì)滑動(dòng)速度方向的夾角(潤(rùn)滑角)大,易于形成和保持共軛齒面間的動(dòng)壓油膜,使摩擦系數(shù)減小,齒面磨損小,傳動(dòng)效率可達(dá)95以上。 c.在蝸桿強(qiáng)度不削弱的情況下,能增大渦輪的齒根厚度,使渦輪輪齒的彎曲強(qiáng)度增大。d.傳動(dòng)比范圍大(最大可以達(dá)到100),制造工藝簡(jiǎn)單,重量輕。e.傳動(dòng)中心距難以調(diào)整,對(duì)中心距誤差的敏感性強(qiáng)。 2環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸桿分度曲面是圓環(huán)面的蝸桿稱為環(huán)面蝸桿,和相應(yīng)的蝸輪組成的傳動(dòng)稱為環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(如圖77)。它又分為:直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(俗稱球面蝸桿傳
6、動(dòng));平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(又稱為一、二次包絡(luò));漸開(kāi)線包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。 圖7-7 下面我們看一下直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)。 一個(gè)環(huán)面蝸桿,當(dāng)其軸向齒廓為直線時(shí)稱為直廓環(huán)面蝸桿,和相應(yīng)的渦輪組成的傳動(dòng)稱為直 廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng),如圖77所示。圖7-7 這種蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是:由于其蝸桿和蝸輪的外形都是環(huán)面回轉(zhuǎn)體,可以互相包容,實(shí)現(xiàn)多齒接觸和雙接觸線接觸,接觸面積大;又由于接觸線與相對(duì)滑動(dòng)速度 之間的夾角約為90,易于形成油膜,齒面間綜合曲率半徑也增大等。 sv 因此,在相同的尺寸下,其承載能力可提高1.53倍(小值適于小中心距,大值適于大中心距);若傳遞同樣的功率,中心距可減小
7、2040。它的缺點(diǎn)是:制造工藝復(fù)雜,不可展齒面難以實(shí)現(xiàn)磨削,故不宜獲得精度很高的傳動(dòng)。只有批量生產(chǎn)時(shí),才能發(fā)揮其優(yōu)越性,其應(yīng)用現(xiàn)在已日益增加。 3錐蝸桿傳動(dòng) 錐蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿為一等導(dǎo)程的錐形螺旋,渦輪則與一曲線齒圓錐齒輪相似(如圖62c)。 由于普通圓柱蝸桿傳動(dòng)加工制造簡(jiǎn)單,用的最為廣泛,所以我們主要介紹以阿基米德蝸桿為代表的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)。 7.2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸如圖61所示,在中間平面上,普通圓柱蝸桿傳動(dòng)就相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。故此,在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí),均取中間平面上的參數(shù)(如模數(shù)、壓力角)和尺寸(如齒頂圓、分度圓等)為基準(zhǔn),并沿用齒輪傳動(dòng)的計(jì)算關(guān)系,其主要依
8、據(jù)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10087-88和GB1008888。 圖7-1 一、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)有:模數(shù)m、壓力角 、蝸桿頭數(shù)z1和渦輪齒數(shù)z2及蝸桿的直徑d1 等。進(jìn)行蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí),首先要正確地選擇參數(shù)。這些參數(shù)之間是相互聯(lián)系地,不能孤立地去確定,而應(yīng)該根據(jù)蝸桿傳動(dòng)地工作條件和加工條件,考慮參數(shù)之間地相互影響,綜合分析,合理選定。 1、模數(shù)m和壓力角 蝸桿傳動(dòng)的尺寸計(jì)算與齒輪傳動(dòng)一樣,也是以模數(shù)m作為計(jì)算的主要參數(shù)。在中間平面內(nèi)蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪和齒條傳動(dòng),蝸桿的軸向模數(shù)和軸向壓力角分別與渦輪的端面模數(shù)和端面壓力角相等,為此將此平面內(nèi)的模數(shù)和壓力角規(guī)定為標(biāo)
9、準(zhǔn)值,標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)見(jiàn)書(shū)中所附表格,標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20 。 2、蝸桿的分度圓直徑d1 在蝸桿傳動(dòng)中,為了保證蝸桿與配對(duì)蝸輪的正確嚙合,常用與蝸桿相同尺寸的蝸輪滾刀來(lái)加工與其配對(duì)的渦輪。這樣,只要有一種尺寸的蝸桿,就需要一種對(duì)應(yīng)的渦輪滾刀。對(duì)同一模數(shù),可以有很多不同直徑的蝸桿,因而對(duì)每一模數(shù)就要配備很多蝸輪滾刀。顯然,這樣很不經(jīng)濟(jì)。 為了限制渦輪滾刀的數(shù)目及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化,就對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1 ,而把比值 稱為蝸桿直徑系數(shù)。 由于d 1與m均已取為標(biāo)準(zhǔn)值,故q就不是整數(shù),見(jiàn)表格所示。mdq 1 3、蝸桿頭數(shù)z1 蝸桿頭數(shù)z1可根據(jù)要求的傳動(dòng)比和效率來(lái)選定。單頭蝸桿傳動(dòng)的
10、傳動(dòng)比可以較大,但效率較低。如果要提高效率,應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過(guò)多,又會(huì)給加工帶來(lái)困難。所以,通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。 4、導(dǎo)程角 蝸桿的直徑系數(shù)q和蝸桿頭數(shù)z1選定之后,蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角也就確定了,如圖78所示。 顯然有: 其中: 為蝸桿的導(dǎo)程, 為蝸桿的軸向齒距qzdmzdmzdpzdp az 11111111tan zp ap(周節(jié)) 圖7-8 由上面的公式 可知,當(dāng)m一定時(shí),q增大,則d1變大,蝸桿的剛度給強(qiáng)度相應(yīng)提高,因此m較小時(shí),q選較大值;又因?yàn)閝取小值時(shí),增大,效率隨之提高,故在蝸桿剛度允許的情況下,應(yīng)盡可能選小的q值。 qzdmzdmzdpzdp az
11、 11111111tan 5、傳動(dòng)比和齒數(shù)比u 通常蝸桿為主動(dòng)件,蝸桿與蝸輪之間的傳動(dòng)比為 其中:z2為蝸輪的齒數(shù)1221 zznni 6、蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距 設(shè)計(jì)普通圓柱蝸桿減速裝置時(shí),在按接觸強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度確定了中心距之后,再進(jìn)行蝸桿蝸輪參數(shù)的配置。mzqdda )(21)(21 221 7、蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件 從上述可知,蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件為:蝸桿的軸向模數(shù)與蝸輪的端面模數(shù)必須相等;蝸桿的軸向壓力角與蝸輪的端面壓力角必須相等;兩軸線交錯(cuò)90時(shí),蝸桿分度圓柱的導(dǎo)程角與蝸輪分度圓柱螺旋角等值且方向相同。 選擇蝸桿頭數(shù)z1時(shí),主要考慮傳動(dòng)比、效率和制造三個(gè)方面。從制造方面看,頭數(shù)越多
12、,蝸桿的制造精度要求越高;從提高效率方面看,頭數(shù)越多,效率越高;若要求自鎖,應(yīng)選擇單頭;從提高傳動(dòng)效比出發(fā),也應(yīng)該選擇較少的頭數(shù)。換言之,如果要求傳動(dòng)比一定,z1較少,則z2也較少,這樣蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)就緊湊。因此,在選擇z1和z2時(shí)要全面分析上述因素。 一般來(lái)說(shuō),在動(dòng)力傳動(dòng)中,在考慮結(jié)構(gòu)緊湊的前提下,應(yīng)很好的考慮提高效率。所以,當(dāng)傳動(dòng)比較小時(shí),宜采用多頭蝸桿,而在傳遞運(yùn)動(dòng)要求自鎖時(shí),常選用單頭蝸桿。通常推薦采用值:當(dāng) 814時(shí),選z14; 1628時(shí),選z12; 3080時(shí),選z11;i ii 為了避免加工蝸輪時(shí)產(chǎn)生根切,當(dāng)z11時(shí),選z217;當(dāng)z12時(shí),選z227。對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng),為保證傳動(dòng)的
13、平穩(wěn)性,選z228,一般取z23263為宜。蝸輪直徑越大,蝸桿越長(zhǎng)時(shí),則蝸桿剛度小而易于變形,故z280為宜。對(duì)于分度機(jī)構(gòu),傳動(dòng)比和齒數(shù)不受此限制。 必須指出:蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比不等于蝸輪蝸桿的直徑之比,也不等于蝸桿與蝸輪的分度圓直徑之比。 一般圓柱蝸桿傳動(dòng)減速裝置的傳動(dòng)比的公稱值按下列選擇:5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40和80為基本傳動(dòng)比,應(yīng)優(yōu)先選用。 二、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇 其幾何尺寸按教材上表格中列出公式進(jìn)行計(jì)算。同學(xué)們下去要認(rèn)真熟悉公式。 為了便于組織生產(chǎn),減少箱體尺寸規(guī)格,有利于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,GB1
14、0085-88中對(duì)一般蝸桿傳動(dòng)減速裝置的中心距a(mm)推薦如下系列:40、50、63、80、100、125、160、(180)、220、(225)、250、(280)、315、(335)、400、(450)、500 注:括號(hào)內(nèi)尺寸盡量不用 7.3蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算與設(shè)計(jì)一蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及材料選擇1、失效形式 和齒輪傳動(dòng)一樣,蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要有:膠合、磨損、疲勞點(diǎn)蝕和輪齒折斷等。由于蝸桿傳動(dòng)嚙合面間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大,效率低,發(fā)熱量大,再潤(rùn)滑和散熱不良時(shí),膠合和磨損為主要失效形式。 2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于蝸輪無(wú)論在材料的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)方面均較蝸桿弱,所以失效多發(fā)生在蝸輪輪齒上,設(shè)計(jì)
15、時(shí)只需要對(duì)蝸輪進(jìn)行承載能力計(jì)算。由于目前對(duì)膠合與磨損的計(jì)算還缺乏適當(dāng)?shù)姆椒ê蛿?shù)據(jù),因而還是按照齒輪傳動(dòng)中彎曲和接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為:閉式蝸桿傳動(dòng)按蝸輪輪齒的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核,并進(jìn)行熱平衡驗(yàn)算;開(kāi)式蝸桿傳動(dòng),按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3、蝸桿和蝸輪材料的選擇 由失效形式知道,蝸桿、蝸輪的材料不僅要求有足夠的強(qiáng)度,更重要的是具有良好的磨合(跑合)、減磨性、耐磨性和抗膠合能力等。 常用的材料可以看書(shū)上表中給出的材料。 一般來(lái)說(shuō):蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等,并經(jīng)滲碳淬火;也可以40、
16、45或40Cr并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度,增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為4055HRC,經(jīng)氮化處理后的硬度為55 62HRC。一般不太重要的低速中載的蝸桿,可采用40、45鋼,并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,其硬度為220300HBS。 常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅(ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5),鑄造鋁鐵青銅(ZCuAl1010Fe3)及灰鑄鐵(HT150、HT200)等。錫青銅耐磨性最好,但價(jià)格較高,用于滑動(dòng)速度大于3m/s的重要傳動(dòng);鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些,但價(jià)格便宜,一般用于滑動(dòng)速度小于4m/s的傳動(dòng);如果滑動(dòng)速度不高(小于2m/s),對(duì)效率要求也不高時(shí),可以采用灰鑄鐵
17、。為了防止變形,常對(duì)蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。 相對(duì)滑動(dòng)速度為: cos12221 vvvvs 5、蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇圓柱蝸桿傳動(dòng)在GB1008988中規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí),1級(jí)精度最高,12級(jí)精度最低。對(duì)于動(dòng)力蝸桿傳動(dòng),一般選用69級(jí)。 如表所示列出了69級(jí)精度的應(yīng)用范圍、加工方法及允許的相對(duì)滑動(dòng)速度,可以供我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)參考。 二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算 如圖79所示,蝸桿傳動(dòng)的受力與斜齒圓柱齒輪相似,弱不計(jì)齒面間的摩擦力,蝸桿作用于蝸輪齒面上的法向力Fn2在節(jié)點(diǎn)C處可以分解成三個(gè)互相垂直的分力:圓周力Ft2、徑向力Fr2、軸向力Fx2(或Fa2) 圖7-9 由圖可知,蝸輪上的圓周力Ft2等
18、于蝸桿上的軸向力Fx1(或Fa1);蝸輪上的徑向力Fr2等于蝸桿上的徑向力Fr1;蝸輪上的軸向力Fx2(或Fa2)等于蝸桿上的圓周力Ft1。這些對(duì)應(yīng)的力大小相等、方向相反。 圖7-9 各力之間的關(guān)系為:12 22 2000 xt Fd TF 122 tan ttx FFF 圖7-9 1222 tan rttr FFF 各力之間的關(guān)系為:ntn FF coscos 22 圖7-9 式中:T2為蝸輪轉(zhuǎn)距(Nm) T1為蝸桿轉(zhuǎn)距(Nm) P1為蝸桿輸入功率(kW) 為嚙合傳動(dòng)效率 為蝸輪端面壓力角, 蝸輪法向壓力角,111112 9550 n iPiTT 12t 12 xt2n costantan
19、2tn 當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)各力的方向?yàn)椋何仐U上圓周力Ft1的方向與蝸桿的轉(zhuǎn)向相反;蝸輪上的圓周力Ft2的方向與蝸輪的轉(zhuǎn)向相同;蝸桿和蝸輪上的徑向力Fr2和Fr1的方向分別指向各自的軸心; 圖7-9 蝸桿軸向力Fx1(或Fa1)的方向與蝸桿的螺旋線方向和轉(zhuǎn)向有關(guān),可以用“主動(dòng)輪左(右)手法則”判斷,即蝸桿為右(左)旋時(shí)用右(左)手并以四指彎曲方向表示蝸桿轉(zhuǎn)向,則拇指所指的方向?yàn)檩S向力Fx1(或Fa1)的方向,如圖中所示。 圖7-9 三、蝸輪齒面接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式和斜齒圓柱齒輪相似,也是以節(jié)點(diǎn)嚙合處的相應(yīng)參數(shù)歹徒赫茲公式導(dǎo)出的。當(dāng)用青銅蝸輪和鋼蝸桿配用時(shí),蝸輪齒面接觸疲
20、勞強(qiáng)度校核公式為: HH dmKTz 15000 12 22 而設(shè)計(jì)公式為: 22212 15000 KTzdm H K為載荷系數(shù),一般取K=11.4。當(dāng)載荷平穩(wěn),蝸桿圓周速度小于3m/s,7級(jí)以上精度時(shí)取小值,否則取大值。 當(dāng)采用灰鑄鐵蝸輪與鋼制蝸桿配合使用時(shí),上面公式中的15000換成15590即可。 蝸輪齒形復(fù)雜,常以斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式為基礎(chǔ),依據(jù)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn),代入有關(guān)參數(shù),經(jīng)簡(jiǎn)化后可以得到蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的校核公式為:FFSF mdd YKT 600 21 2 以 代入上式得設(shè)計(jì)公式為: 2mzd F FSz YKTdm 6002 212 其中 為復(fù)合齒形系數(shù),依據(jù)當(dāng)量齒
21、數(shù) ( )查取,(上述兩公式見(jiàn)中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì):21世紀(jì)高職高專教材機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ),機(jī)械工業(yè)出版社,2001年7月)FSY vzcos2zzv 7.4 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑、效率及熱平衡計(jì)算1、潤(rùn)滑 由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)的相對(duì)滑動(dòng)速度大、效率低、發(fā)熱量大,故潤(rùn)滑特別重要。若潤(rùn)滑不良,會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致效率降低,并會(huì)產(chǎn)生急劇磨損,甚至出現(xiàn)膠合,故需選擇合適的潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑方式。 對(duì)于開(kāi)式蝸桿傳動(dòng),采用粘度較高的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng),根據(jù)工作條件和滑動(dòng)速度參考表格中推薦值選定潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑方式。 當(dāng)采用油池潤(rùn)滑時(shí),在攪油損失不大的情況下,應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠土?,以利于形成?dòng)壓油膜,且有助于散熱。對(duì)于下置式或側(cè)置式
22、蝸桿傳動(dòng),浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高;當(dāng)蝸桿圓周轉(zhuǎn)速大于4m/s時(shí),為減少攪油損失,常將蝸桿上置,其浸油深度約為蝸輪外徑的三分之一。 2、傳動(dòng)效率 閉式蝸桿傳動(dòng)的總效率 包括:輪齒嚙合效率 、軸承摩擦效率 (0.980.995)和攪油損耗效率 (0.960.99),即:1 231 2 3 當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí), 可近似按螺旋副的效率計(jì)算,即: 1 )tan(tan1 v 當(dāng)對(duì)蝸桿傳動(dòng)的效率進(jìn)行初步計(jì)算時(shí),可近似取以下數(shù)值: 1)閉式傳動(dòng),當(dāng) z11時(shí), 0.70.75;當(dāng)z12時(shí), 0.750.82;當(dāng)z14時(shí), 0.870.92;自鎖時(shí) 0.5。 2)開(kāi)式傳動(dòng),當(dāng)z11、2時(shí), 0.60.7; 3、
23、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)效率較低,發(fā)熱量大,潤(rùn)滑油溫升增加,粘度下降,潤(rùn)滑狀態(tài)惡劣,導(dǎo)致齒面膠合失效。所以對(duì)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)必須作熱平衡計(jì)算。蝸桿傳動(dòng)中,摩擦損耗功率為: 自然冷卻時(shí),從箱體外壁散發(fā)的熱量折合的相當(dāng)功率為: )1(1000 1 PPs )( 01 ttAKP sc 熱平衡的條件是:在允許的潤(rùn)滑油工作溫升范圍內(nèi),箱體外表面散發(fā)出熱量的相當(dāng)功率應(yīng)大于或等于傳動(dòng)損耗的功率,即 也即: ec PP )1(1000 1 P )( 01 ttAKs 011 )1(1000 tAKPt s 其中: 為箱體表面散熱系數(shù),一般取 8.517.5W/(m2C),通風(fēng)條件良好(如箱體周圍
24、空氣循環(huán)好、外殼上無(wú)灰塵雜物等)時(shí),可以取大值,否則取小值。 A為箱體散熱面積(m2),散熱面積是指箱體內(nèi)表面被潤(rùn)滑油浸到(或飛濺到),而外表面又能被自然循環(huán)的空氣所冷卻的面積。一般可按下式估算:011 )1(1000 tAKPt s sKsK 75.110033.0 aA 為周圍空氣的溫度,一般取20。 為熱平衡時(shí)的工作溫度(C),一般應(yīng)小于6075C,最高不超過(guò)80C。 若潤(rùn)滑油的工作溫度 超過(guò)允許值或散熱面積不足時(shí),應(yīng)該采用辦法提高散熱能力。 0t1t 1t 提高散熱能力的常用辦法見(jiàn)如圖所示: 1)在箱體外表面加散熱片以增加散熱面積;2)在蝸桿的端面安裝風(fēng)扇,加速空氣流通,提高散熱系數(shù),可取 1835W/(m2C);3)在油池中安放蛇形水管,用循環(huán)水冷卻;4)采用壓力噴油循環(huán)冷卻。 sK 圖7-10 6.5 蝸桿及蝸輪的結(jié)構(gòu) 蝸桿因?yàn)橹睆讲淮?,常與軸做成一體的,稱為蝸桿軸,常用車或銑加工。銑制蝸桿沒(méi)有退刀槽,且軸的直徑可以大于蝸桿的齒根圓直徑,所以其剛度較大。車制蝸桿時(shí),為了便于車螺旋部 分時(shí)退刀,留有退刀槽而使軸徑小于蝸桿根圓直徑,削弱了蝸桿的剛度。 蝸輪的結(jié)構(gòu)如后表所示。對(duì)于尺寸大的青銅齒輪,多采用組合式結(jié)構(gòu)。當(dāng)用鑄 鐵或尺寸小的青銅蝸輪多采用整體式結(jié)構(gòu)。
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