蜗杆传动效率及热平衡计算
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(a )圆柱蜗杆传动 (b )环面蜗杆传动 (c )锥面蜗杆传动图8.2 蜗杆传动的类型机械设计基础讲义第八章蜗杆传动具体内容 蜗杆传动特点与类型;蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算;蜗杆传动的效率、热平衡计算及润滑;蜗杆传动受力分析与计算载荷;蜗杆传动失效形式与设计准则;蜗杆传动材料与许用应力;蜗杆强度计算;蜗杆刚度计算;蜗杆传动的结构设计。
重点 蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算;蜗杆传动受力分析;蜗杆强度计算;蜗杆刚度计算。
难点 蜗杆传动受力分析。
第一节 蜗杆传动的特点与类型蜗杆传动由蜗杆与蜗轮构成(图8.1),用于传递交错轴之间的运动与动力,通常两轴间的交错角︒=∑90。
通常蜗杆1为主动件,蜗轮2为从动件。
一、蜗杆传动的特点1、优点传动比大;工作平稳,噪声低,结构紧凑;在一定条件下可实现自锁。
2、缺点发热大,磨损严重,传动效率低(通常为0.7~0.9);蜗轮齿圈常使用铜合金制造,成本高。
二、蜗杆传动的类型根据蜗杆形状的不一致,蜗杆传动可分为圆杆蜗杆传动、环面蜗杆传动与锥面蜗杆传动三种类型,如图8.2所示。
图8.1 蜗杆传动 1-蜗杆,2-蜗轮根据加工方法不一致,圆柱蜗杆传动又分为阿基米德蜗杆传动(ZA型)、法向直廓蜗杆传动(ZN型)、渐开线蜗杆传动(ZI型)与圆弧圆柱蜗杆传动(ZC型)等。
前三种称之普通圆柱蜗杆传动,见图8.3所示。
(a)阿基米德蜗杆(b)法向直廓蜗杆(c)渐开线蜗杆图8.3 普通蜗杆的类型第二节圆柱蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算在普通圆柱蜗杆传动中,阿基米德蜗杆传动制造简单,在机械传动中应用广泛,而且也是认识其他类型蜗杆传动的基础,故本节将以阿基米德蜗杆传动为例,介绍蜗杆传动的一些基本知识与设计计算问题。
一、蜗杆传动的基本参数通过蜗杆轴线并垂直于蜗杆轴线的平面称之中间平面,见图6.4。
在中间平面内,蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿条与齿轮的啮合。
因此,设计圆柱蜗杆传动时,均取中间平面上的参数与几何尺寸作为基准。
普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热
平衡
(一)蜗杆传动的效率
闭式蜗杆传动的功率损耗一般包括三部分,即啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及浸入油池中的零件搅油时的溅油损耗。
因此总效率为
η=η1·η2·η3
式中η1,η2,η3分别为单独考虑啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗时的效率。
而蜗杆传动的总效率,主要取决于计入啮合摩擦损耗时的效率η1。
当蜗杆主动时,则
式中:γ—普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角;
—当量摩擦角,,其值可根据滑动速度vs由表<普通圆柱蜗杆传动的vs,fv,值>或表<圆弧圆柱蜗杆传动的vs,fv,值>中选取。
滑动速度vs由图<蜗杆传动的滑动速度>得
m/s) (m/s)
运动粘度
H2=S(t0-ta)
:箱体的表面传热系数,围空气所冷却的箱体表面面积,
式中
风扇叶轮的圆周速度,m/s
' --
的表面传热系数'>
数'
'[W/(·℃)]。
习题与参考答案一、选择题1 ★与齿轮传动相比较,不能作为蜗杆传动的优点。
A. 传动平稳,噪声小B. 传动效率高C. 可产生自锁D. 传动比大2 阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的模数,应符合标准值。
A. 法面B. 端面C. 中间平面3 蜗杆直径系数q=。
A. q=d l/mB. q=d l mC. q=a/d lD. q=a/m4 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆直径系数q,将使传动效率。
A. 提高B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小5 ★在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆头数1z,则传动效率。
A. 提高B. 降低C. 不变D. 提高,也可能降低z,则滑动速度。
6 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆头数1A. 增大B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小z,则。
7 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,减少蜗杆头数1A. 有利于蜗杆加工B. 有利于提高蜗杆刚度C. 有利于实现自锁D. 有利于提高传动效率8 起吊重物用的手动蜗杆传动,宜采用的蜗杆。
A. 单头、小导程角B. 单头、大导程角C. 多头、小导程角D. 多头、大导程角9 ★蜗杆直径d1的标准化,是为了。
A. 有利于测量B. 有利于蜗杆加工C. 有利于实现自锁D. 有利于蜗轮滚刀的标准化10 蜗杆常用材料是。
A. 40CrB. GCrl5C. ZCuSnl0P1D. L Y1211 ★蜗轮常用材料是。
A. 40Cr B.GCrl5 C. ZCuSnl0P1 D. L Yl214 蜗杆传动的当量摩擦系数f v随齿面相对滑动速度的增大而。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 可能增大也可能减小15 提高蜗杆传动效率的最有效的方法是。
zA. 增大模数mB. 增加蜗杆头数1C. 增大直径系数qD. 减小直径系数q16 闭式蜗杆传动的主要失效形式是。
A. 蜗杆断裂B. 蜗轮轮齿折断C. 磨粒磨损D. 胶合、疲劳点蚀17 用 计算蜗杆传动比是错误的。
蜗杆传动辅导1.蜗杆传动的受力分析蜗杆传动受力分析类似于斜齿轮,但由于齿面滑动摩擦大,不能忽略啮合摩擦损失;又因蜗杆与蜗轮两轴交错,各分力的对应关系与斜齿轮也不同,如图9-5所示。
受力关系式中,T1、T2分别为蜗杆和蜗轮的转矩,由T2=T1·i·η可知,计入啮合效率η即表示在受力分析中已经计入了齿面摩擦力。
判断蜗杆蜗轮受力方向的方法类似斜齿轮传动,蜗杆轴向力F a1的指向可利用教材158页所述“左、右手法则”。
2.失效分析和设计准则蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相似,但传动过程中齿面滑动摩擦大,其主要失效形势是胶合和磨损。
蜗杆传动的强度取决于蜗轮轮齿,由于胶合与磨损尚无成熟计算方法,当前仍沿用齿轮轮齿的计算方法。
(1)开式蜗杆传动轮齿易磨损,按蜗轮齿根弯曲疲劳强度设计时,应适当考虑磨损对轮齿强度的影响。
(2)闭式蜗杆传动则按齿面接触强度计算,限制齿面接触应力以避免胶合和点蚀。
3.蜗杆蜗轮常用材料蜗杆蜗轮材料的一般选用原则是:材料在满足一定强度条件下,具备良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性。
蜗杆常用材料为优质碳素钢或合金钢,可用表面淬火或调质等热处理方法提高性能。
蜗轮材料有铸铁、铝青铜、锡青铜等,可根据滑动速度来选择。
4.蜗杆传动的效率和热平衡计算(1)蜗杆传动的效率在计算蜗杆传动的效率时应考虑啮合摩擦、轴承摩擦和搅油油阻三部分功率损耗。
通常,轴承摩擦效率和搅油油阻效率取为0.95~0.97;啮合效率可按螺旋传动的效率公式计算。
(2)热平衡的计算连续工作的闭式蜗杆传动,如果摩擦所产生的热量不能及时散发,将引起油温上升而导致胶合,因此要进行热平衡计算以控制油的温度。
所谓热平衡就是在蜗杆传动工作一段时间后,传动中单位时间的发热量与传动装置通过介质在单位时间内散热量逐渐接近而达到平衡,此时油温不再继续上升。
由热平衡条件,可得蜗杆传动达到热平衡时的油温,若工作油温超过许用值,可增大散热面积和改善通风条件,必要时可使用冷却装置。
蜗轮蜗杆选型计算公式蜗轮蜗杆传动是一种常见的传动方式,广泛应用于各种机械设备中。
在进行蜗轮蜗杆选型时,需要根据实际工作条件和传动要求来进行计算,以确保传动系统的稳定性和可靠性。
本文将介绍蜗轮蜗杆选型计算的相关公式和方法,帮助读者更好地进行选型计算。
蜗轮蜗杆传动的基本原理。
蜗轮蜗杆传动是一种通过蜗杆和蜗轮的啮合来进行传动的机械装置。
蜗杆是一种螺旋状的轴,蜗轮则是与蜗杆啮合的圆柱形齿轮。
通过蜗杆和蜗轮的啮合,可以实现大扭矩的传递,并且具有自锁特性,能够有效防止逆向转动。
蜗轮蜗杆传动通常用于需要较大传动比和较大扭矩的场合,如起重机、输送机等设备中。
蜗轮蜗杆选型计算公式。
1. 传动比的计算公式:传动比 = 蜗轮的齿数 / 蜗杆的螺旋线数。
传动比是蜗轮蜗杆传动的重要参数之一,它决定了输出轴的转速与输入轴的转速之间的比值。
在选型计算中,需要根据实际传动比的要求来确定蜗轮和蜗杆的参数。
2. 效率的计算公式:η = 1 μ× (α + β)。
其中,η为传动效率,μ为蜗轮蜗杆传动的摩擦系数,α为蜗杆的螺旋角,β为蜗轮的齿角。
传动效率是衡量蜗轮蜗杆传动性能的重要指标,它直接影响到传动系统的能量损耗和工作稳定性。
3. 扭矩的计算公式:T = P × 9550 / n。
其中,T为输出轴的扭矩,P为输出功率,n为输出轴的转速。
在选型计算中,需要根据实际传动扭矩的要求来确定蜗轮和蜗杆的参数,以确保传动系统能够稳定可靠地工作。
蜗轮蜗杆选型计算方法。
1. 确定传动比和效率要求。
在进行蜗轮蜗杆选型计算之前,首先需要确定传动比和传动效率的要求。
传动比的选择应根据实际工作条件和传动要求来确定,传动效率的选择则应根据传动系统的能量损耗和工作稳定性来确定。
2. 根据扭矩要求计算蜗轮和蜗杆的参数。
根据实际传动扭矩的要求,可以利用扭矩的计算公式来计算蜗轮和蜗杆的参数。
在计算过程中,需要考虑传动效率和传动比的影响,以确保传动系统能够稳定可靠地工作。