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机械设计

机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动

时间:2012-03-08 13:04:48   作者:未知   来源:网络文摘   阅读:1263   评论:0
第一讲
一、教学目标
(一)能力目标
1.能计算蜗杆传动的几何尺寸
2.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则
(二)知识目标
1.了解蜗杆传动特点、类型及主要参数
2.掌握蜗杆传动几何尺寸的计算
3.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则
二、教学内容
1.蜗杆传动的类型及特点
2.蜗杆传动的失效形式、材料和结构
3.普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
三、教学的重点与难点
重点:蜗杆传动的失效形式和设计准则。
难点:蜗杆传动的主要参数。
四、教学方法与手段
采用多媒体教学(动画演示运动),结合教具,提高学生的学习兴趣。
 
11.1 蜗杆传动的类型和特点
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。用于传递空间交错的两轴间运动和功率,一般交错角为90º,蜗杆为从动件。
11.1.1 蜗杆传动的类型
按蜗杆形状分:
圆柱蜗杆机构 ——普通、圆弧
环面蜗杆机构
锥蜗杆机构
按蜗杆齿廓曲线的形状
阿基米德圆柱蜗杆(最常用)
渐开线圆柱蜗杆(梯形部分为渐开线)
延伸渐开线蜗杆
锥面包络圆柱蜗杆
11.1.2 蜗杆传动的特点
1、传动平稳 由于蜗杆的齿是连续的螺旋形齿,传动平稳,噪声也小;
2、传动比大 在一般传动中,机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动=10~80,在分度机构中可达1000,故结构紧凑;
3、能够自锁 当蜗杆的导程角小于当量摩擦角时,蜗杆能带动蜗轮,而蜗轮不能带动蜗杆,即自锁。可用于需要自锁的起重设备,如手动葫芦等;
4、效率低 蜗杆传动中,蜗轮齿沿蜗杆齿的螺旋线方向滑动速度大,摩擦剧烈,效率低,一般蜗杆传动的效率机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动=0.7~0.9;
5、为减少蜗杆传动中的摩擦,蜗轮常用减摩性好但较贵的青铜制造,成本较高。
 
11.2  蜗杆传动的主要参数和几何尺寸的计算
在蜗杆传动中,规定通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面,称为中间平面。
        机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动
对于阿基米德蜗杆蜗轮,在主平面内蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。
11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择
1、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i
传动比i=n1/n2=z1/z2
蜗杆头数z1=1、2、4、6(单头,i大,易自锁,效率低,但精度好;多头杆,η↑,但加工困难,精度↓)
蜗轮齿数z2=iz1Z2=27~80
2、模数和压力角 
为了保证蜗杆轮齿与蜗轮轮齿的正确啮合,蜗杆的轴向模数机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动和轴向压力角机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动,应分别等于蜗轮的端面模数机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动和端面压力角机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动,且均等于标准值,同时蜗杆分度圆上的导程角机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动应等于蜗轮分度圆上的螺旋角机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动。即
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3、蜗杆分度圆上的导程角
机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动
如图所示的蜗杆有两根螺旋线,即机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动=2,螺旋线的导程角为机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动,蜗杆的轴向齿距为pa1;导程s=机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动pa1。将蜗杆的螺旋线展开,螺旋线为直角三角形的斜边,如图所示。蜗杆的导程角机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动可由下式求出
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4、蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数
蜗轮是由与蜗杆相似的滚刀展成切制加工而来的,蜗杆分度圆直径d1不仅与m有关,还随机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动的数值变化。所以即使m相同,也会有很多不同直径的蜗杆,也就要求具备很多刀具,为减少刀具的型号,将蜗杆d1取标准值。
定义:蜗杆分度圆直径d1与模数m之比,称蜗杆直径系数,用q表示。
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5、标准中心距
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11.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算
蜗杆传动中,蜗杆、蜗轮的齿顶高、齿根高、齿全高、齿顶圆直径、齿根圆直径可用直齿轮公式计算,见表11-3。
其中,机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动
分度圆直径:机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动
标准中心距:
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传动比:
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11.2.3蜗杆传动的正确啮合条件
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11.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则
11.3.1 蜗杆传动的失效形式
1、齿面间滑动速度
蜗杆传动的滑动速度
机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动
较大的VS引起易发生齿面磨损和胶合;如润滑条件良好(形成油膜条件)则较大的VS则有助于形成润滑油膜,减少摩擦、磨损,提高传动效率。
2、蜗杆传动的失效形式
蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相似,也有齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和轮齿折断。由于蜗杆传动齿面间滑动严重,较易产生胶合和磨损。
11.3.2设计准则
1、开式传动
主要失效是齿面磨损和轮齿折断
设计准则:为按齿根弯曲疲劳强度为设计准则
2、闭式传动
主要失效是胶合和点蚀
设计准则:按齿面接触疲劳强度设计,再校核齿根弯曲疲劳强度,另计算热平衡和蜗杆刚度。
 
11.4  蜗杆和蜗轮的材料和结构
11.4.1蜗杆传动的材料
蜗杆和蜗轮的材料要求:1)足够的强度;2)良好的减摩、耐磨性;3)良好的抗胶合性
1、蜗杆材料
蜗杆多用碳钢或合金钢制造,如40、45、40Cr等。经热处理可提高齿面硬度,增加耐磨性。
40、45,调质HBS220~300——低速,不太重要
40、45、40Cr,表面淬火,HRC45~55——一般传动
15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK渗碳淬火、HRC58~63——高速重载
2、蜗轮
蜗轮常用铸锡青铜ZQSn l0-1、ZQSn 6-6-3和铝铁青铜ZQAl9-4;低速和不重要的传动可采用铸铁材料。
铸铸青铜(ZCuSn10P1,ZCuSn5P65Zn5)——VS≥3m/s时,减摩性好,抗胶合性好,价贵,强度稍低。
铸铝铁青铜(ZcuAl10Fe3)——VS≤4m/s,减摩性、抗胶合性稍差,但强度高,价兼
铸铁:灰~;球墨~。——VS≤2m/s,要进行时效处理、防止变形。
11.4.2 蜗杆和蜗轮的结构
1、蜗杆
蜗杆通常与轴做成一体,称为蜗杆轴。
1)无退刀槽,铣刀铣制;(2)有退刀槽,车刀车、或铣
2、蜗轮
蜗轮轮齿部分一般是青铜,而与轴联接的轮毂部分一般是钢,为节约青铜材料,其结构有如下几种:
1)齿圈式——齿圈与轮芯一般用H7/rb配合装配,并在配合面接缝上,加装4~6个紧定螺钉。
2)螺栓联接式——用于尺寸较大蜗轮,装拆较方便。
3)整体浇铸式——用于整体蜗轮和尺寸小的青铜蜗轮
4)拼铸式——铸铁轮芯上浇铸青铜齿圈,然后切齿
 
小结:
1、蜗杆传动特点、类型及主要参数。
2、蜗杆传动几何尺寸的计算。
3、蜗杆传动的失效形式和设计准则。
 
作业与思考:
1、确定蜗杆头数机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动和蜗轮的齿数机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动要考虑哪些问题?
2、何谓蜗杆蜗轮机构的中间平面?在中间平面内,蜗杆蜗轮传动相当于什么传动?
3、确定蜗杆直径系数机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动的目的是什么?机械设计教程-11蜗轮蜗杆传动的大小对蜗杆蜗轮机构有什么影响?它与蜗杆分度圆直径是什么关系?
该文章所属专题:机械设计教程

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