(10.1)--CH10机械原理机械原理.ppt

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1、带式运输机带式运输机带式运输机带式运输机传动装置传动装置传动装置传动装置设计（续）设计（续）设计（续）设计（续）案例导入案例导入案例导入案例导入已知条件已知条件已知条件已知条件:两班制，载荷较平稳两班制，载荷较平稳两班制，载荷较平稳两班制，载荷较平稳空载起动，单向运转空载起动，单向运转空载起动，单向运转空载起动，单向运转速度允差速度允差速度允差速度允差5%5%。要求要求要求要求:设计设计设计设计蜗杆蜗杆蜗杆蜗杆传动传动传动传动第十章第十章 蜗杆传动蜗杆传动交错轴传动交错轴传动设计内容：设计内容：选材料、精度选材料、精度定参数：定参数：m，z1，z2，q算几何尺寸算几何尺寸选结构型式选结构型式绘

2、工作图绘工作图初步分析初步分析初步分析初步分析第十章第十章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮第一节第一节 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算第三节第三节 蜗杆传动的失效形式、设计准则蜗杆传动的失效形式、设计准则 常用材料和精度选择常用材料和精度选择第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第六节第六节 蜗杆、蜗轮的结构蜗杆、蜗轮的结构相关知识相关知识相关知识相关知识第十章第十章 蜗杆传动蜗杆传动一、蜗杆传动的一、蜗杆传动的类型

3、类型圆柱蜗杆圆柱蜗杆环形面蜗杆环形面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆圆弧齿蜗杆圆弧齿蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆法面直廓蜗杆法面直廓蜗杆锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆 加工方法加工方法齿形特点齿形特点应用应用第一节第一节 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点阿基米德蜗杆传动阿基米德蜗杆传动第一节第一节 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点结构简单；磨削困难，结构简单；磨削困难，承载低、效率低承载低、效率低二、二、蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点 应用：应用：中小功率，较低速度，传动比较大，要求中小功率，较低速度，传动比较大，要求结构紧凑，自锁。结构紧凑，自锁。优点：优

4、点：传动比大，结构紧凑，传动比大，结构紧凑，一般一般580，传递运动达，传递运动达1000；传；传动平稳，无噪声；可自锁。动平稳，无噪声；可自锁。缺点：缺点：效率低，一般效率低，一般0.70.9，自锁时，自锁时50；制造成；制造成本高，蜗轮齿圈常用有色金属本高，蜗轮齿圈常用有色金属合金；轴向力大。合金；轴向力大。第一节第一节 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点一、蜗杆的基本参数及几何尺寸一、蜗杆的基本参数及几何尺寸第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算外形似梯形螺纹，外形似梯形螺纹，轴面轴面齿形参数同齿条，为标准值。齿形参数同齿条，为标准值。轴面模

5、数轴面模数ma1=m轴面压力角轴面压力角a1=20齿顶高系数齿顶高系数h*a=1顶隙系数顶隙系数c*=0.2头数头数z1=1、2、4、6分度圆直径分度圆直径d1（或导程角（或导程角）1.蜗杆的基本参数蜗杆的基本参数d1mz1蜗轮配对加工法蜗轮配对加工法采用与蜗杆参数相同采用与蜗杆参数相同的滚刀；的滚刀；滚刀的安装位置同蜗滚刀的安装位置同蜗杆传动的工作位置；杆传动的工作位置；无轴向进刀。无轴向进刀。为了限制为了限制滚刀数目滚刀数目d1mqq-蜗杆直径系数蜗杆直径系数第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算有多少有多少d1就有多少滚刀就有多少滚刀第二节第二节

6、蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算轴面齿距轴面齿距 pa1=m导程角导程角(常为右旋常为右旋)导程导程 s=z1pa1=z1m齿顶高、齿根高、齿齿顶高、齿根高、齿顶圆直径、齿根圆直顶圆直径、齿根圆直径径计算公式同直齿轮计算公式同直齿轮2.蜗杆的几何尺寸蜗杆的几何尺寸第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算二、蜗轮的基本参数及几何尺寸二、蜗轮的基本参数及几何尺寸端面模数端面模数mt2m齿数齿数z2螺旋角螺旋角端面压力角端面压力角t2=20齿顶高系数齿顶高系数h*a=1顶隙系数顶隙系数c*=0.2外形似斜齿轮，外形似斜齿轮，中截面

7、中截面齿形及参数同直齿轮，为标准值齿形及参数同直齿轮，为标准值第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算1.蜗轮的基本参数蜗轮的基本参数2.蜗轮的几何尺寸蜗轮的几何尺寸在中截面内，几何尺寸计算，与直齿轮公式相同在中截面内，几何尺寸计算，与直齿轮公式相同第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算三、蜗杆蜗轮啮合传动三、蜗杆蜗轮啮合传动1.正确啮合条件正确啮合条件中间平面：中间平面：似似齿轮齿条传动齿轮齿条传动ma1mt2ma1t2=（旋向相同）旋向相同）第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺

8、寸计算2.标准标准中心距中心距第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算3.传动比传动比z1少，传动比大，效率低；少，传动比大，效率低；z1多，多，加工难，常取加工难，常取1、2、4、6。z217，根切，平稳性差。，根切，平稳性差。z2太太大，蜗轮直径增大，蜗杆支承间大，蜗轮直径增大，蜗杆支承间距加大，弯曲刚度降低，啮合差。距加大，弯曲刚度降低，啮合差。一般取一般取 28z2 80。传动比传动比i567131427284040z16422、11z2303628522854288040第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计

9、算第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、失效形式一、失效形式闭式：闭式：蜗轮齿面蜗轮齿面胶合、点蚀胶合、点蚀开式：开式：蜗轮轮蜗轮轮齿磨损、折断齿磨损、折断第三节第三节 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料和精度选择设计准则、常用材料和精度选择二、设计准则二、设计准则闭式：闭式：抗点蚀抗点蚀HH 抗折断抗折断FF 热平衡核算热平衡核算开式：开式：抗折断抗折断FF对蜗杆：刚度计

10、算对蜗杆：刚度计算足够的强度，良好的减摩、耐磨和抗胶合性能足够的强度，良好的减摩、耐磨和抗胶合性能三、常用材料三、常用材料第三节第三节 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料和精度选择设计准则、常用材料和精度选择常用材料常用材料热处理热处理应用场合应用场合20CrMnTi20Cr渗碳淬火，渗碳淬火，5863HRC高速重载冲击大高速重载冲击大4540Cr表面淬火，表面淬火，4555HRC高速重载平稳高速重载平稳4540Cr调质，调质，220250HBS低速中载低速中载蜗杆蜗杆常用材料常用材料第三节第三节 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料和精度选择设计

11、准则、常用材料和精度选择常用材料常用材料应用场合应用场合铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10Pb1vs3m/s重要传动重要传动ZCuSn5Pb5Zn5 铸铝铁青铜铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3Mn2 vs4m/s一般传动一般传动铸黄铜铸黄铜ZCuZn38Mn2Pb2铸铁铸铁HT150HT200vs2m/s不重要不重要蜗轮蜗轮常用材料常用材料四、精度选择四、精度选择精度精度等等级级蜗轮圆蜗轮圆周速度周速度v2（m/s）适用范适用范围围65中等精度机床的分度机构等中等精度机床的分度机构等77.5中等精度工中等精度工业业运运转转机构的机构的动动力力传动传动。如机床如机床进给进给、操、操

12、纵纵机构、机构、电电梯曳引梯曳引装置等装置等83每天工作每天工作时间时间不不长长的一般的一般动动力力传动传动。如起重运如起重运输输机械减速器、机械减速器、纺织纺织机械机械传动传动装置等装置等91.5低速低速传动传动或手或手动动机构。如舞台升降机构。如舞台升降装置，塑料装置，塑料蜗蜗杆杆传动传动等等第三节第三节 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料和精度选择设计准则、常用材料和精度选择一、轮齿受力分析一、轮齿受力分析作用点：作用点：节点节点C 方向：方向：主动轮主动轮Ft1与与v1反向；从动轮反向；从动轮Ft2与与v2同向；同向；r 指向各自轮心；指向各自轮心；主动轮主动轮

13、a1：左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲与：左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲与主动轮转向一致，大拇指伸直指向轴向力方向。主动轮转向一致，大拇指伸直指向轴向力方向。大小：大小：略去摩擦力略去摩擦力第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算近似按齿条与斜齿圆柱齿轮啮合传动计算近似按齿条与斜齿圆柱齿轮啮合传动计算校核式校核式设计式设计式“500”钢对青铜，钢对铸铁钢对青铜，钢对铸铁第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算蜗轮材料蜗轮材料铸造铸造方法方法滑动速度滑动速度H蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度vs（m/s）350HBW45HRC

14、ZCuSn10Pb1砂模砂模金属模金属模1225180200200220ZCuSn5Pb5Zn5砂模砂模金属模金属模1012110135125150表表10-5 铸锡青铜蜗轮的许用接触应力铸锡青铜蜗轮的许用接触应力/MPa 第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算蜗轮材料蜗轮材料蜗杆材料蜗杆材料滑动速度滑动速度vs（m/s）0.250.5123468ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3Mn2钢经淬火钢经淬火250230210180 16012090ZCuZn38Mn2Pb2钢经淬火钢经淬火215200180150 1359575HT200，HT150渗碳钢渗碳钢160130115

15、90HT150调质或调质或淬火钢淬火钢1401109070表表10-6 铸铝青铜、铸黄铜及铸铁蜗轮的许用接触应力铸铝青铜、铸黄铜及铸铁蜗轮的许用接触应力H 蜗杆若未经淬火，则表中蜗杆若未经淬火，则表中H值降低值降低20%。第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 z2242628303540455060708090100YF22.572.512.482.442.362.322.272.242.202.172.142.122.10第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算校核式校核式设计式设计式表表10-7 标准蜗轮的齿形

16、系数标准蜗轮的齿形系数YF2蜗轮材料蜗轮材料铸造方法铸造方法蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度45HRC蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度45HRC磨光或抛光磨光或抛光ZCuSn10Pb1砂模砂模金属模金属模46（32）58（42）58（40）73（52）ZCuSn5Pb5Zn5砂模砂模金属模金属模32（24）41（32）40（30）51（40）ZCuAl10Fe3砂模砂模112（91）140（116）HT150砂模砂模4050表表10-8 蜗轮材料的许用弯曲应力蜗轮材料的许用弯曲应力F 括号内的数值用于双向传动的场合括号内的数值用于双向传动的场合 第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算一、蜗杆传动的

17、效率一、蜗杆传动的效率1 啮合效率啮合效率2轴承效率轴承效率3 搅油效率搅油效率第五节第五节 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P1P2123 V当量摩擦角，见表当量摩擦角，见表10-9 导程角导程角滑动速度滑动速度第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆头数蜗杆头数 z11246传动效率传动效率 0.7 0.750.75 0.82 0.87 0.92 0.87 0.92表表10-10 闭式蜗杆传动效率的估计值闭式蜗杆传动效率的估计值 第五节第五

18、节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆速度蜗杆速度v14m/s，宜，宜采用上采用上蜗蜗杆杆传动传动滑动速度滑动速度vs（m/s）0 10 2.50 5 5 10 5 15 15 25 25载荷类型载荷类型重重重重中中（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）运动粘度运动粘度40（cSt）90050035022015010080给油方法给油方法油池润滑油池润滑喷油润喷油润滑或油滑或油池润滑池润滑喷油润滑时喷油压力（喷油润滑时喷油压力（MPa）0.723表表10-11 润滑油粘度及给油方法润滑油粘度及给油方法 二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的

19、润滑第五节第五节 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t 表面传热系数，一般表面传热系数，一般t=817W/（m2）；）；散热面积散热面积(m2)，箱体外壁与空气接触而内壁被油，箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到飞溅到 的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按热面积按50%计算。计算。三、三、蜗杆传动热平衡计算蜗杆传动热平衡计算防止过热，加剧磨损、胶合防止过热，加剧磨损、胶合t 90 油温油温温差温差第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算冷却措施：冷却措施：1）增大散热面积）增大散热面积

20、：加散热片。：加散热片。2）提高散热系数）提高散热系数t：装风扇、蛇形管水冷或油冷。：装风扇、蛇形管水冷或油冷。第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第六节第六节 蜗杆、蜗轮的结构蜗杆、蜗轮的结构铣制蜗杆铣制蜗杆车铣蜗杆车铣蜗杆整体式整体式 镶铸式镶铸式 轮箍式轮箍式 螺栓连接式螺栓连接式 第六节第六节 蜗杆、蜗轮的结构蜗杆、蜗轮的结构设计步骤和方法设计步骤和方法设计步骤和方法设计步骤和方法案例分析案例分析案例分析案例分析已知条件已知条件已知条件已知条件:两班制，载荷较平稳两班制，载荷较平稳两班制，载荷较平稳两班制，载荷较平稳空载起动，单向运转空载起动，

21、单向运转空载起动，单向运转空载起动，单向运转速度允差速度允差速度允差速度允差5%5%。要求要求要求要求:设计设计设计设计蜗杆蜗杆蜗杆蜗杆传动传动传动传动例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计1选定蜗杆传动类型、精度等级和材料选定蜗杆传动类型、精度等级和材料 1）选用阿基米德蜗杆传动。）选用阿基米德蜗杆传动。2）设蜗轮圆周速度）设蜗轮圆周速度v3m/s，初选，初选8级精度。级精度。3）蜗杆：）蜗杆：45钢，表面淬火，齿面硬度为钢，表面淬火，齿面硬度为50HRC；蜗轮：锡青铜蜗轮：锡青铜ZCuSn10P1，砂型，时效处理。，砂型，时效处理。、例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 2.按蜗轮齿面接触疲劳强

22、度设计按蜗轮齿面接触疲劳强度设计 、K=1.11.3，K=1.2查表查表10-5例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计查表查表10-10、查表查表10-1例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 3.计算主要几何尺寸计算主要几何尺寸蜗杆齿顶蜗杆齿顶圆直径圆直径 例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计蜗杆齿根蜗杆齿根圆直径圆直径 蜗杆齿宽蜗杆齿宽蜗杆导程角蜗杆导程角 蜗轮分度蜗轮分度圆直径圆直径 例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计蜗轮齿顶蜗轮齿顶圆直径圆直径 蜗轮齿根圆直径蜗轮齿根圆直径 蜗轮齿顶蜗轮齿顶圆弧半径圆弧半径 蜗轮外圆直径蜗轮外圆直径 中心距中心距 4.计算速度计算速度齿面滑齿面滑动速度动速度 蜗

23、轮线蜗轮线速度速度 例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计蜗杆线蜗杆线速度速度 v23m/s，选，选8级精度合适级精度合适 5.计算传动效率计算传动效率查查10-9得，当量摩擦角得，当量摩擦角例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计与估算效率与估算效率0.82接近，前面的计算不作修正。接近，前面的计算不作修正。6.热平衡计算热平衡计算散热系数散热系数 估算散估算散热面积热面积 满足热平衡要求满足热平衡要求例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计7.计算蜗杆蜗轮之间的作用力计算蜗杆蜗轮之间的作用力蜗杆转矩蜗杆转矩 蜗轮转矩蜗轮转矩 蜗杆圆周力（蜗轮轴向力）蜗杆圆周力（蜗轮轴向力

24、）例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计蜗杆轴向力（蜗轮圆周力）蜗杆轴向力（蜗轮圆周力）蜗杆（蜗轮）径向力蜗杆（蜗轮）径向力 8.蜗杆、蜗轮结构设计蜗杆、蜗轮结构设计 轮箍式轮箍式蜗杆轴蜗杆轴例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计蜗杆速度蜗杆速度v14m/s，采取上采取上蜗蜗杆杆传动传动滑动速度滑动速度vs（m/s）0 10 2.50 5 5 10 5 15 15 25 25载荷类型载荷类型重重重重中中（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）运动粘度运动粘度40（cSt）90050035022015010080给油方法给油方法油池润滑油池润滑喷油润喷油润滑或油滑或油池润滑池润滑

25、喷油润滑时喷油压力（喷油润滑时喷油压力（MPa）0.723表表10-11 润滑油粘度及给油方法润滑油粘度及给油方法 例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计9.选择润滑剂和润滑方式选择润滑剂和润滑方式蜗轮材料蜗轮材料铸造铸造方法方法滑动速度滑动速度蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度vs（m/s）350HBW45HRCZCuSn10Pb1砂模砂模金属模金属模1225180200200220ZCuSn5Pb5Zn5砂模砂模金属模金属模1012110135125150表表10-5 铸锡青铜蜗轮的许用接触应力铸锡青铜蜗轮的许用接触应力 例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计vs=4.84m/s蜗杆头数蜗杆头数 z11246传动效率传动效率 0.7 0.750.75 0.82 0.87 0.92 0.87 0.92表表10-10 闭式蜗杆传动效率的估计值闭式蜗杆传动效率的估计值 例题例题 蜗杆传动设计蜗杆传动设计