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7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 7.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择 蜗杆传动的失效形式是齿面胶合、齿面点蚀和齿面磨损 失效通常发生在蜗轮轮齿上 蜗杆传动的设计准则 1按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力 2 在选择许用应力时,适当考虑胶合和磨损等失效因素 的影响 3 闭式传动要进行热平衡计算 4 必要时要对蜗杆轴进行强度和刚度计算 7.3.1 失效形式和设计准则 7.3.2 蜗杆和蜗轮的常用材料 为了减摩,通常蜗杆用钢材,蜗轮用有色金属(铜合金、铝合金)。 高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火,或45钢、40Cr淬火。 低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。 蜗轮常用材料有:铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。 蜗杆和蜗轮的材料要求:足够的强度、良好的减摩性 耐磨性和跑合性能 锡青铜减摩性、耐磨性最好,抗胶合能力最强,但强度较低,价格较高,用于 的重要传动。 主要失效形式是疲劳点蚀 铝青铜(无锡青铜)有足够的强度,价格便宜,但是减摩性、耐磨性和抗胶合能力较锡青铜差 用于 的一般传动 主要失效形式是胶合 灰铸铁用于 的低速或手动传动中 7.4 普通蜗杆传动的强度计算 7.4.1 蜗杆传动的受力分析和计算载荷 蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同,轮齿在受到法向载荷Fn的情况下,可分解出径向力Fr、圆周力Ft、轴向力Fa。 在不计摩擦力时,有以下关系: 力的方向: 确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动,而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定,即Fa1与 Ft2方向相反, Ft1与 Fa2的方向相反。 也可按照主动件左右手定则来判断。 力的方向判断例题 2 蜗杆传动的计算载荷 计算载荷=名义载荷*载荷系数K 式中KA—使用系数,查表7-4 K?—动载荷系数 见P156 K?—齿向载荷分布系数 见P157 7.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为: 设计公式为: MPa 式中 ZE—弹性系数,对于青铜或 铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对时,取 —蜗轮材料的许用接触应力,MPa 蜗轮 的确定: 1 当蜗轮材料σB300MPa的锡青铜时,失效形式主要是疲劳点蚀 应力循环次数N=107时,蜗轮材料的基本许用接触应力。查表7.5 KHK为寿命系数 N的取值范围 2 当蜗轮材料 的青铜或铸铁时,失效形式主要是胶合 查表7.6 7.5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡 7.5.1 蜗杆传动的效率 h1─啮合效率; h2─轴承效率; h3─溅油效率; h1是对总效率影响最大的因素,可由下式确定: 所以 Z1↑→γ↑→η↑ 效率与蜗杆头数的大致关系为: 蜗杆头数 1 2 4 6 总 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95 式中:g -蜗杆的导程角; ρ、-当量摩擦角。 常取: 导程角 后效率变化不大 7.5.2 蜗杆传动的润滑 润滑的目的:防止胶合和磨损、提高效率 开式:定期涂润滑脂 闭式:浸油或喷油 润滑油 润滑油的种类很多,需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。 润滑油粘度及给油方式 一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括:油池润滑、喷油润滑等,若采用喷油润滑,喷油嘴要对准蜗杆啮入端,而且要控制一定的油压。 润滑油量 润滑油量的选择既要考虑充分的润滑,又不致产生过大的搅油损耗。 对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动,浸油深度应为蜗杆的一个齿高; 当蜗杆上置时,浸油深度约为蜗轮外径的1/3。 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3 7.5.3 蜗杆传动的热平衡 由于传动效率较低,对于长期运转的蜗杆传动,会产生较大的热量。 如果产生的热量不能及时散去,则系统的热平衡温度将过高,就会破坏润 滑状态,从而导致系统进一步恶化。 系统因摩擦功耗产生的热量为: 自然冷却从箱壁散去的热量为: 在热平衡条件下可得: 可用于系统热平衡验算,一般t≤70~80℃ 可用于结构设计 Ks-箱体表面的散热系数,根据通风情况选取; A-箱体的可散热面积(m2); t-润滑油的工作温度(℃); t0-环境温度(℃)。 P1—蜗杆传递的功率 普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4 蜗杆传动的散热措
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