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文檔簡介
§7蝸桿傳動wormgearing
(shaftangle交錯軸Σ=90°)§7-1Generalconsiderations概述§7-2ChoiceoftheparametersandgeometricalcalculationsforArchimedeanwormgearing普通圓柱蝸桿傳動參數選擇和幾何計算§7-3Materials,typesoffailureanddesigncriteria蝸桿傳動材料、失效和計算準則§7-4Forcesinwormgearing受力分析§7-5Strengthcalculations強度計算§7-6Heatbalancecalculation熱平衡計算Designexample習題課Characteristicsandapplications特點和應用Typesofthewormgearing
分類§7-1Generalconsiderations概述
回總目錄1、Advantages①Highspeedratio
i→Smalloverallsize(Z=1~4)結構緊湊②
Smoothandsilentoperation平穩,噪音小(Continuousengagementbetweenwormandwormgear
蝸桿與蝸輪連續嚙合)Formotiondrives
傳遞運動:Upto1000Forpowerdrives
傳遞動力:8~80一、Characteristicsandapplications特點和應用
2、
Drawbacks①
Lowefficiency效率低(Σ=90°,Vs)UsuallyP<50KW②
Highcost成本高(
Thenecessityofusingexpensiveantifrictionmaterialsforthewormgear蝸輪輪圈用貴重有色金屬青銅制造)3、Applications應用二、
Types
分類
:1、
Cylindricalwormgearing
圓柱蝸桿傳動:Byshapeofthethreadsinanendsection按軸截面內螺旋線形狀分:2、
Envelopingwormgearing環面蝸桿傳動3、
Conewormgearing錐蝸桿傳動①
Archimedeanworm阿基米德蝸桿(
Ordinary普通)②
Involuteworm漸開線蝸桿③Convoluteworm延伸漸開線蝸桿(
Straight-sidedinthesectionnormaltothethread
法向直廓)三、Meshingfeaturesoftheordinarycylindricalwormgearing普通圓柱蝸桿傳動嚙合特點Centralcrosssection
中間平面(主平面):Aplanewhichisnormaltothewormgearshaftandparalleltowormshaft通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面Thetoothprofileonwormisstraight-sided蝸桿齒廓:直線Thetoothprofileonwormgearisinvolute蝸輪齒廓:漸開線Meshbetweenastraight-sidedrackandaninvolutegear
為(直)齒條與漸開線齒輪嚙合Specialfeatures特點:Inthecentralcrosssection中間平面內特點:中間平面內蝸桿齒廓:直線蝸輪齒廓:漸開線為(直)齒條與漸開線齒輪嚙合BACK§7-2Choiceoftheparametersand
geometricalcalculationsfor
Archimedeanwormgearing
普通圓柱蝸桿傳動參數選擇和幾何計算
Choiceoftheparameters參數選擇Geometricalcalculations
幾何計算回總目錄1、Modules
模數m,
Profileangle
齒形角α
Inacentralcrosssection,modulesandprofileanglearestandardized
中間平面內為標準值
α=20°m——P84表6-4
一、Choiceofparameters參數選擇
2、d1,qd1——Thepitchdiameterofaworm
蝸桿中圓直徑q——Thewormdiameterfactor
蝸桿直徑系數①Gear齒輪d1=mZ1IfmandZ1aredetermined,d1isdetermined.②Worm蝸桿d1=mZ1/tgγ≠mZ1m,ifmandZ1aredetermined,d1isindeterminate.③Numberofthehobscuttingwormgearsdependsonthediameterd1
Inordertolimitnumberofthehobsandstandardize
them,severalstandarddiametersarespecified
d1多,則加工蝸輪滾刀多
為減少刀具數目,并便于實現標準化、系列化:對每一m蝸桿規定幾個標準d1——P84表6-43、i、Z1、Z2①Z1thenumberofworm
蝸桿頭數
1,2,4,6P83:Z1=f(i)②i
Speedratio
傳動比★Z1↓i↑η↓★Z1↑η↑i↓加工難③Z2=i
Z1
28≤Z2≤100(32~63isoptimalforpowerdrives一般32~63)★Z2<28,Stationery則平穩性↓★Z2>100,則d2=mZ2↑Longerdistancebetweenthebearingsoftheworm→桿長↑→Rigidityofworm桿剛度↓④γThepitchhelixangleoftheworm
蝸桿導程角γ>33°ηIncreasesslightly,Difficultiesinmanufacture
η
↑緩慢,加工難γ<3.5°Self-locking自鎖γ=3.5°~33°η低二、Geometricalcalculations
幾何計算Application
傳動功用、i→Z1(Z2=iZ1)Strengthconditions
強度條件,qP78表4-5Geometricaldimensions
arecalculated
計算幾何尺寸.BACK§7-3Materials,typesoffailureanddesigncriteria
蝸桿傳動材料、失效和計算準則
Materials材料Typesoffailure失效形式Designcriteria計算準則Structureandmanufactureofthewormandwormgear蝸輪蝸桿的結構及加工方法回總目錄一、Materials材料Requirements要求:NotonlyhaveenoughstrengthAndthegoodantifrictionismoreimportant
不僅要有一定強度,更重要的是要有良好的減摩性和耐磨性。(Materialpairsoflowandhighlevelsofhardness軟硬相配)1、Wormmaterials蝸桿Usually:45Structurallyimprovement調質
Highvelocitiesandheavyload
高速重載:45、40Cr、20CrHardening淬火
2、Wormgearmaterials蝸輪
Highvelocitiesandheavyload高速重載Tinbronze錫青銅ZCuSn10P1ZCuSn5Pn5Zn5Betterseize-resistantlowerstrengthhighercost抗膠合能力強,機械強度低,價格高(σb<300MPa)(Vs=12~25m/s)ZCuAl10Fe3Mn2ZCuAl8Mn13Fe3Ni2Lowerseize-resistant,Higherstrength,Lowercost抗膠合能力差,機械強度高,價格低(σb>300MPa)Usually:Aluminum-Ironbronze鑄鋁青銅(Vs=2~8m/s)Lowvelocitiesandlightload低速輕載:Castiron
灰鑄鐵HT200HT150(Vs<2m/s)BACK二、Typesoffailure失效形式Similartotypesoffailureinthetoothedgearing:Fatiguepitting,Seizing,Abrasivewear,Plasticflowofmaterialandtoothbreakage與齒輪類似:點蝕、膠合、磨損、塑性變形、斷齒Specialfeaturesasbelow特點如下:①Wormgearfailure蝸輪失效(Strengthofthewormismorethantheoneofwormgear蝸桿強度高于蝸輪)Tinbronze錫青銅:Theprincipaltypesoffailurearepitting點蝕為主(Becauseithasgoodseize-resistantability抗膠合能力強)Aluminum-ironbronzeandcastiron無錫青銅和鑄鐵:Theprincipaltypesoffailureareseize膠合為主
②Closeddrives閉式傳動:③Opendrive開式傳動:Breakageafterseverewear磨損→折斷BACK三、Designcriteria計算準則
Closeddrive閉式傳動①Designedaccordingtocontactfatiguestrengthofthetoothsurface按齒面接觸疲勞強度設計②Checkedaccordingbendingfatiguestrengthofthetoothroot按齒根彎曲疲勞強度校核③Heatbalancecalculation熱平衡計算Opendrive開式傳動:
Designaccordingtobendingfatiguestrength按彎曲疲勞強度設計1、Structure
結構①Wormgear
蝸輪②Worm
蝸桿2、Manufacture
加工方法①Wormgear
蝸輪②Worm
蝸桿
四、Structureandmanufactureofthewormandwormgear
蝸輪蝸桿的結構及加工方法Wormsaremadeintegralwiththeshaftandareseldommadefabricated,thefollowingtypesofthewormdesignsareused蝸桿通常與軸做成整體,很少做成裝配式,可分為:Withtoolescape有退刀槽Withouttoolescape
無退刀槽BACKRelationshipbetweenforcesactingonwormandwormgear各力間關系Magnitudeofforces力的大小Directionofforces力的方向§7-4Forcesinwormgearing
受力分析
回總目錄一、
Relationshipbetweenforces
各力間關系
BACK二、Magnitudeofforces力的大小
BACK3三、Directionofforces力的方向
AsbeforeWormdrivingHelixdirection:lefthandforleft-handhelixgearandrighthandforright-handhelixgear.
Rotatingdirection:bendingdirectionoffourfingers.DirectionofFa1:ThesamedirectionofthumbingBACKContactfatiguestrengthofthetoothsurfaceonwormgear蝸輪齒面接觸疲勞強度計算Bendingfatiguestrengthofthetoothrootonwormgear蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算§7-5Strengthcalculations
強度計算
回總目錄一、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算
ContactfatiguestrengthofthetoothsurfaceonwormgearInthecentralcrosssection,thetoothprofilesofthewormandwormgeararethesameasthatofinvoluteshelicalgearandrack.Hence,thestrengthcalculationsaredoneforthetoothprofilesoftheirequivalentspurgearandrack.在主平面內,蝸輪蝸桿的嚙合相當于一對漸開線斜齒輪與斜齒條的嚙合→取其當量直齒輪與直齒條的嚙合進行強度計算。②③Lengthofthecontactline接觸線長度L計入:a、多對齒嚙合→×εab、齒傾斜→÷cosγc、接觸線長度變化系數→χεa=2θ=100°χmin=0.75Takingintoaccountthefollowingfactors:a、Morethanonepairofteethmesheachother多對齒嚙合→×εab、Theteethareinclinedtotheelementsofthecylindersoftheworm齒傾斜→÷cosγc、Changefactorofthecontactlinelength
接觸線長度變化系數→χεa=2θ=100°χmin=0.75④Substitutingequations把式②、③、④代入intoequation①:Forchecking⑤Substitutingd1=mqandd2=mz2intoaboveequation:Fordesign①[σ]H:Tinbronze錫青銅(σb≤300MPa):
Theprincipaltypeoffailureispitting,[σ]Hdependonthenumberofstresscycles點蝕為主,[σ]H與應力循環次數N有關;2、Notes:Aluminium-ironbronze無錫青銅(σb>300MPa):
Principaltypeoffailureisseizure,[σ]Hisindependentofthenumberofstresscycles,butdependsonslidingvelocity.膠合為主,[σ]H與應力循環次數N無關而與相對滑動速度Vs有關。②K=KAKVKβSteadyload→KA、KV、Kβ
SmallervaluesofKA、KV、Kβ
見P80表4-6及P80說明BACK二、Bendingfatiguestrengthoftoothrootonwormgear
蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算Byanalogywithhelicalgearing,butstressconcentrationfactorstressconcentrationfactorYsaisnotconsidered
按斜齒輪方法計算但不計應力修正系數Ysa★①★②Theteethofwormgearsaretakenfrom20to40%strongerthanthoseofhelicalgears彎曲強度與斜齒輪相比增大約40%→Strengthincreasingfactor強度增長系數1.4Tooththicknessgrows(Theirarchedtoothshaperesultsinso-callednaturalcorrectionwhichoccursinallcrosssectionsexceptthecentralone)★③Themaximumallowablewearamountofthetoothrootthicknessis20%
允許齒根厚度最大磨損20%→補償輪齒磨損系數1.5F★
④ForcheckingFordesignNotes說明①
YF,Formfactorforwormgearteeth,selectedaccordingtothevirtualnumberofteethZv=Z2/cos3γ.YF齒形系數,根據Zv=Z2/cos3γ查取P82表4-8②YβHelixanglefactor螺旋角系數BACK§4-6
Heatbalancecalculation
熱平衡計算
Efficiency
效率η=η1η2η3Heatbalancecalculation
熱平衡計算回總目錄一、Efficiency
效率η=η1η2η31、η1——Efficiencyinengagement
嚙合效率(Theslidingvelocitybetweentoothsurfaces
齒面間相對滑動→Powerlosses功率損失)Meshlosspowerisprincipallosspower.Itiscomputedapproximatelybyefficiencyformulaforscrews
最主要功率損失近似用螺旋面效率計算公式①
Equivalentfrictionangle
ρv當量摩擦角=f(
Pairofmaterials材料組合、
Typesoflubricationoils潤滑劑、Vs........)
Vs↑→ρv↓→η↑②Theslidingvelocity
Vs相對滑動速度2、η2——Efficiencyinsplashi
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