《渦輪傳動(dòng)》PPT課件.ppt

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1、第十一章 蝸桿傳動(dòng),,基本要求： 掌握蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用，理解蝸桿傳動(dòng)常見(jiàn)的分類方 法； 掌握蝸桿傳動(dòng)常見(jiàn)失效形式，了解材料選擇和結(jié)構(gòu)類型； 掌握蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及變位原理； 掌握蝸桿傳動(dòng)受力分析（大小、方向）及蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷； 掌握蝸桿傳動(dòng)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算； 掌握蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算方法，了解提高散熱的若干措施； 了解提高圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力的措施。,重點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)常見(jiàn)失效形式、蝸桿傳動(dòng)受力分析（大小、 方向）、蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷、蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算、提 高散熱的若干措施。,難點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)受力分析（大小、方向）、蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷。,蝸桿傳動(dòng)是傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)

2、力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯(cuò)的夾角可以是任意值，常用的為90。,特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1.傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊； 2.工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲； 3.一定條件下反行程可自鎖。,缺點(diǎn)：效率較低，相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦與磨損嚴(yán)重，一 般需用貴重的減摩材料（如青銅等），成本高。,概 述,111 桿傳動(dòng)的類型,,按蝸桿母體形狀分為,普通圓柱蝸桿傳動(dòng),環(huán)面蝸桿傳動(dòng),錐蝸桿傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、應(yīng)用廣泛、但承載能力小,重合度大、承載能力高、但加工制造成本高，安裝精度要求高。,嚙合齒數(shù)多、重合度大、承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn),傳動(dòng)比范圍大10-360,圓柱蝸桿最為常用，本章介紹圓柱蝸桿,一. 蝸桿傳動(dòng)的類型,1.阿基米德

3、 蝸桿（ZA）,1.按螺旋線的方向和線數(shù)：蝸桿有左右旋、單線和多線之分。,普通圓柱蝸桿：,2.圓柱蝸桿按刀具加工位置又分為：阿基米德蝸桿（ZA）、 法向直廓蝸桿（ZN）、漸開(kāi)線蝸桿（ZI）、錐面包絡(luò)圓 柱蝸桿（ZK），四種。,用直母線刀刃加工,,導(dǎo)程角<=3單刀加工,切削刃的頂面必須通過(guò)蝸桿軸線,2.法向直廓 蝸桿（ZN）,端面齒廓為延伸漸開(kāi)線,車刀沿齒廓的法面進(jìn)刀加工，所以法面內(nèi)齒廓為直線齒廓。,3.漸開(kāi)線蝸 桿（ZI）,端面齒廓為漸開(kāi)線，它相當(dāng)于一個(gè)少齒數(shù)（齒數(shù)等于蝸桿頭數(shù)）、大螺旋角的漸開(kāi)線圓柱斜齒輪。,兩把刀具的頂面與基圓柱相切，刀具齒形角為蝸桿基圓柱的螺旋角。,4.錐面包絡(luò)圓 柱蝸桿

4、（ZK）,,非線性螺旋齒面蝸桿。不能在車床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削，無(wú)直線齒廓。,2. 圓弧齒圓柱蝸桿（ZC蝸桿）,蝸桿的螺旋面用刃邊為凸圓弧形的刀具切成，蝸輪用范成法制造。,特點(diǎn)：效率高（0.9），承載能力大（比普通圓柱蝸桿傳動(dòng)增加50150%）,體積小,質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)緊湊。,蝸桿凹圓弧槽與蝸輪凸圓弧齒厚相互嚙合，接觸應(yīng)力小。,（二）、環(huán)面蝸桿,傳動(dòng)特征：蝸桿體在軸向的外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面。,主要特點(diǎn)：效率提高：=0.850.9 ， 承載能力大: 是阿基米德蝸桿24倍。,同時(shí)嚙合齒數(shù)多，容易形成潤(rùn)滑油膜。,蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)圓弧面上。,（三）、錐蝸桿

5、,錐蝸桿錐蝸輪,特點(diǎn)：, i范圍 10360 承載能力大，效率較高 節(jié)約有色金屬，制造安裝方便 傳動(dòng)不對(duì)稱，正、反轉(zhuǎn)承載能力和效率不同， 蝸輪外觀與曲齒錐齒輪相似。,112 蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)和幾何尺寸,,圓柱蝸桿在給定平面上的基本齒廓與漸開(kāi)線齒輪的基本齒廓大致相同。注：四種圓柱蝸桿傳動(dòng)尺寸和強(qiáng)度相差甚微，以下僅討論阿基米德蝸桿傳動(dòng)，但設(shè)計(jì)理論和結(jié)論對(duì)四種蝸桿都適用。,中間平面：通過(guò)蝸桿軸線和垂直蝸輪軸線的平面。,齒槽寬和齒厚相等的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱（中圓柱）,由制造方法可知，阿基米德蝸桿和對(duì)應(yīng)蝸輪的嚙合，在中間平面上，相當(dāng)于漸開(kāi)線斜齒條和齒輪的嚙合。設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，均取中間平面上的參數(shù)為基準(zhǔn)

6、。,1. 模數(shù)m和壓力角,在中間平面上，蝸桿的軸面壓力角、模數(shù)應(yīng)與蝸輪的端面壓力角、模數(shù)對(duì)應(yīng)相等，且均為標(biāo)準(zhǔn)值。而蝸桿與蝸輪的嚙合本質(zhì)上相當(dāng)于螺旋齒輪傳動(dòng)，因此蝸桿和蝸輪的螺旋線旋向應(yīng)相同且兩螺旋角互為余角，即:,正確嚙合條件,2. 蝸桿的分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q,d1、q、m標(biāo)準(zhǔn)化 其常用值見(jiàn)P245表11-2,（標(biāo)準(zhǔn)值）,,加工蝸輪要用與蝸桿同樣參數(shù)和直徑的蝸輪滾刀,要減少滾刀數(shù)目、便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化,定為標(biāo)準(zhǔn)值，并與 有一定的搭配關(guān)系,直徑系數(shù),一. 圓柱蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)及其選擇：,但考慮到 太大時(shí)，效率增量小而制造較困難，因此，動(dòng)力傳動(dòng)中角的一般范圍為： =15300。,3.蝸桿導(dǎo)程角,

7、故 與 大小相等、旋向相同,d1（或q） ， , ,但蝸桿的剛度和強(qiáng)度越小。,蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角滿足：,,1,4.蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動(dòng)比i：,加工困難,蝸桿頭數(shù) ：:,,,,,,,實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比 或要求自鎖,,2、4 要求效率,蝸輪齒數(shù)太少會(huì)根切、傳動(dòng)平穩(wěn)性差；蝸輪齒數(shù)太多，若m不變時(shí)，d2增大，導(dǎo)致蝸桿長(zhǎng)度增大，剛度減小而影響嚙合精度；若d2不變，m減少、齒根彎曲強(qiáng)度就會(huì)降低。,因此，取 。一般動(dòng)力蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng) 比為：,5. 齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度：,6. 中心距：,,,,,v2,v1,vs,傳動(dòng)比與蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)的推薦值見(jiàn)下表（P244表11-1）,齒數(shù)比：,二. 蝸桿

8、傳動(dòng)變位的特點(diǎn),蝸桿傳動(dòng)的變位一般是為了湊中心距或湊傳動(dòng)比而不是考慮強(qiáng)度。變位時(shí)，蝸桿相當(dāng)于齒條刀具，為了保持刀具尺寸不變，蝸桿尺寸是不能變的，因此，只能對(duì)蝸輪變位。方法是切削時(shí)刀具移位。變位與否的幾種情況有如下關(guān)系：,,,中心距變化 傳動(dòng)比不變,中心距不變化 傳動(dòng)比變化,零變位,湊中心距 的 變 位,湊傳動(dòng)比 的變位,幾何計(jì)算公式見(jiàn)P248-250表11-3、11-4,變位后：,變位后：,三. 圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何計(jì)算公式,變位后蝸輪的分度圓永遠(yuǎn)與節(jié)圓重合，只是齒頂圓、齒根圓、齒厚發(fā)生了變化。蝸桿的節(jié)線變了。,一.蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料,113 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算,,

9、 失效形式：,和齒輪傳動(dòng)一樣，蝸桿傳動(dòng)也存在疲勞點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面磨損和斷齒。,對(duì)于閉式傳動(dòng)：容易產(chǎn)生膠合失效； 對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)：極易磨損。,因相對(duì)滑動(dòng)速度VS大，更易膠合和磨損，失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪的輪齒上 。,材料：蝸桿蝸輪材料組合,應(yīng)具有良好的“減摩、耐磨、抗膠合”能力外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。,硬表面蝸桿能充分發(fā)揮材料的潛能，應(yīng)提倡，但必須要有專用磨削設(shè)備。另外，需磨削的蝸桿不能用阿氏蝸桿，因阿氏蝸桿是不能磨削的。, 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,開(kāi)式傳動(dòng)：保證,閉式傳動(dòng)：保證 ，驗(yàn)算 。,另外，閉式傳動(dòng)散熱較困難，還應(yīng)做熱平衡計(jì)算。,條件性計(jì)算,蝸桿傳動(dòng)效率較低，計(jì)算作用力時(shí)要考慮效率，因

10、此，圓周力應(yīng)分別計(jì)算。設(shè)傳動(dòng)效率為 ，有：,大 小,二.蝸桿傳動(dòng)受力分析,方 向,圓周力,主動(dòng)輪：與嚙合點(diǎn)線速度 方向相反,從動(dòng)輪：與嚙合點(diǎn)線速度 方向相同,徑向力：,嚙合點(diǎn)指向軸線,軸向力：,軸向指向工作齒 廓側(cè),軸向力亦可視主動(dòng)輪的螺旋線旋向采用左手或右手定則：,注意：,一對(duì)嚙合的蝸桿蝸輪的旋向相同,例：力的方向判斷,,,,,,,Fa1,Ft2,Fr2,Fr1,Ft1,Fa2,,,三, 蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度,,彈性系數(shù)，銅或鑄鐵蝸輪與 鋼蝸桿組合時(shí),接觸線長(zhǎng)度，mm,,綜合曲率半徑,,載荷系數(shù),,嚙合面上的法向載荷，N,,利用赫茲公式、考慮蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn),蝸桿傳動(dòng)的失效多集中在蝸

11、輪上，因此強(qiáng)度計(jì)算主要針對(duì)蝸輪。對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)，主要失效形式是齒面疲勞點(diǎn)蝕或膠合，由于膠合計(jì)算方法不成熟，只能借助接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算來(lái)間接保證，因此，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)只進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。,四. 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,校核式：,接觸系數(shù)，查P253圖11-18,,蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力，查P253表11-6（蝸輪材料的強(qiáng)度極限大于300MPa時(shí)）、11-7 （蝸輪材料的強(qiáng)度極限小于300MPa時(shí)）,載荷平穩(wěn)時(shí)： 載荷變化較大或有沖擊、振動(dòng)時(shí)：,使用系數(shù)，P253表11-5,,蝸輪齒形、載荷分布復(fù)雜，只能按斜齒輪的方 法計(jì)算得出近似解。,由于齒形的原因，通常蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度比 接觸強(qiáng)度大得多，

12、所以只是在受強(qiáng)烈沖擊、z2較多 （z290）或開(kāi)式傳動(dòng)中計(jì)算彎曲強(qiáng)度才有意義。, 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,設(shè)計(jì)式 ：,,設(shè)計(jì)出a 后，根據(jù)傳動(dòng)比按表11-2標(biāo)準(zhǔn)化，并確定相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。,說(shuō)明,設(shè)計(jì)式：,校核式：,YFa 蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)zv = z2/cos3及蝸輪的變位系數(shù)x2查P255圖11-19,螺旋角影響系數(shù)，,蝸輪許用彎曲應(yīng)力,查P255表11-8,然后從表11-2中查出相應(yīng)的參數(shù),五. 蝸桿的剛度計(jì)算(看成簡(jiǎn)支梁),I：為蝸桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩,五. 蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)的選用,和齒輪一樣，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將精度等級(jí)分為12級(jí)。1級(jí)精度最高，12級(jí)精度最低，常用的是69級(jí)。,6級(jí)

13、精度用于中等精度機(jī)床的分度機(jī)構(gòu)，,7、8級(jí)精度用于一般機(jī)械中的中速動(dòng)力傳動(dòng)，,9級(jí)精度用于要求不高的低速傳動(dòng)，,結(jié)論,115 效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算,一. 蝸桿傳動(dòng)的效率,蝸桿傳動(dòng)的總效率為：,,蝸桿傳動(dòng)的功率損失,,嚙合損失,軸承中的摩擦損耗,攪油損失,, 在一定范圍內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)效率隨著增大而增大 當(dāng)小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸輪主動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)自鎖， 在這種情況下，蝸桿主動(dòng)時(shí)的效率低于50%。,二. 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑,潤(rùn)滑良好與否對(duì)蝸桿傳動(dòng)影響很大。,相對(duì)速度高 ，采用壓力噴油潤(rùn)滑。,潤(rùn)滑油的粘度的選擇主要由載荷類型考慮。, 潤(rùn)滑油：, 供油方式：,與速度有關(guān),蝸桿線速度 時(shí)，蝸

14、桿上置由蝸輪帶油潤(rùn)滑。, 潤(rùn)滑油量：,蝸桿下置時(shí)，浸油深度為蝸桿的一個(gè)齒高。,蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。,vs小時(shí)，蝸桿下置,有利于潤(rùn)滑,,蝸桿下置,蝸桿上置,避免過(guò)大的攪油損失,目的 控制油溫，防止膠合,三. 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算, 原理,單位時(shí)間內(nèi)因摩擦產(chǎn)生的熱量應(yīng)小于或等于相同時(shí)間內(nèi)散發(fā)出去的熱量。,功率損耗為：,則產(chǎn)生的熱量為：,散發(fā)到周圍空氣中的熱量為：,散熱系數(shù)，據(jù)周圍的通風(fēng)條件，一般?。?P1蝸桿傳遞的功率Kw。,油的工作溫度，一般限制在6070C，最高不超過(guò)90C。,S散熱面積，m2，指箱體外壁與空氣接觸而壁被油飛濺到 的箱殼的面積。對(duì)于箱體上的散熱片，其面積

15、只按50% 計(jì)算。, 熱平衡條件,或, 散熱條件不足時(shí)采取的措施：,增加散熱面積S,增大散熱系數(shù)d,c)加散熱片,加裝風(fēng)扇,設(shè)計(jì)步驟,選擇材料,強(qiáng)度計(jì)算,熱平衡計(jì)算,校核滑動(dòng)速度,,,,,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),116 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,蝸桿通常與軸做成一體（這也是蝸桿常用中碳鋼的原因）。, 蝸桿的結(jié)構(gòu),時(shí)可將軸與蝸桿分開(kāi)制造,z1=1或2時(shí)：b1 (11+0.06z2)m,z1= 4時(shí): b1 (12.5+0.09z2)m,剛度差,剛度好,,,,b1, 蝸輪的結(jié)構(gòu),為節(jié)約貴重金屬，蝸輪經(jīng)常采用組合結(jié)構(gòu)，即用碳鋼或鑄鐵做輪芯，用青銅做齒圈。視生產(chǎn)批量和尺寸的大小，可分別采用鑄造、過(guò)盈配合或螺栓聯(lián)

16、接等。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)后兩種聯(lián)接，要注意避免過(guò)定位。,例 題 分 析,在圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，件1、5為蝸桿，件2、6為蝸輪，件3、4為斜齒輪，件7、8為錐齒輪。已知蝸桿1為主動(dòng)，要求輸出輪8的回轉(zhuǎn)方向如圖示。試確定： 1）各軸的回轉(zhuǎn)方向（畫(huà)在圖上）； 2）考慮、、軸上所受軸向力能抵消一部分，定出各輪的螺旋線方向（畫(huà) 在圖上）； 3）畫(huà)出各輪的軸向力的方 向，并畫(huà)出輪4所受的 力。,解：1. 如圖所示 2. 如圖所示,3. 如圖所示,,,,,,3. 如圖所示,齒輪四：,,1.蝸桿傳動(dòng)有哪些特點(diǎn)？對(duì)蝸桿蝸輪副的材料組合有哪些要求？ 2.同樣是嚙合傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式i=Z2/Z1 =d2/d1和中

17、 心距公式 a=m（z1+ z2）/2是否適合蝸桿傳動(dòng)？為什么？ 3.試證明反行程自鎖的蝸桿傳動(dòng)蝸桿主動(dòng)時(shí)其嚙合效率50% 。 4.對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，一般是盡可能不用單頭蝸桿，其理由何在？ 5.和齒輪傳動(dòng)一樣，蝸桿傳動(dòng)的模數(shù)也是標(biāo)準(zhǔn)的。那么,國(guó)家為 什么要將蝸桿的分度直徑也標(biāo)準(zhǔn)化呢？對(duì)于同樣的模數(shù)m，可 供選用的直徑一般不止一個(gè)。那么，在什么情況下宜選用大 的直徑呢？對(duì)于同樣的直徑，可供選用的模數(shù)一般不止一個(gè)。 那么，在什么情況下宜選用大的模數(shù)呢？ 6.在什么情況下要對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算？如果熱平衡計(jì) 算不滿足要求，應(yīng)從哪幾方面采取措施？ 7.過(guò)盈配合的蝸輪齒圈的騎縫螺釘為什么要偏向鑄鐵輪芯一側(cè)？,思考題,圖示為一蝸桿----圓柱斜齒輪----直齒圓錐齒輪三級(jí)傳動(dòng)，已知蝸桿為主動(dòng)，且按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，試在圖中繪出： （1）各輪轉(zhuǎn)向; （2）使、軸軸承所受軸向力較小時(shí)的斜齒輪輪齒的旋向； （3）各嚙合點(diǎn)處所受諸分力Ft，F(xiàn)r，F(xiàn)a的方向。,,,,,,