蜗杆蜗轮强度计算公式
如图3-57所示的蜗杆传动中,在蜗杆与蜗轮的啮合点C上,作用着大小相等、方向相反的法向力Fn。这法向力Fn可以分解成三个互相垂直的分力:切向力Ft、轴向力Fx及径向力Fr。由于蜗杆轴与蜗轮轴交错成90°,故蜗杆切向力Ft1等于蜗轮轴向力Fx2,蜗杆轴向力Fx1等于蜗轮切向力Ft2,蜗杆径向力Fr1等于蜗轮径向力Fr2。它们分别是一对作用力与反作用力。即:
Ft1=Fx2=2T1/d1(3-66)
Ft2=Fx2=2T1/d2(3-67)
Fr2=Fr1=Ft2tga (3-68)
式中T1、T2--分别为作用在蜗杆与蜗轮上的转矩,T2=iT1;
i--蜗杆传动的传动比;
h--蜗杆传动效率;
d1、d2--分别为蜗杆与蜗轮的分度圆直径;
a--压力角,通常 a=20°。
(二)齿面接触强度计算
蜗杆一般为钢制,其强度较高,通常不损坏,故一般不进行强度计算。
蜗轮多数由青铜制造,青铜的强度与硬度比钢差。蜗轮轮齿损坏形式与齿轮相似,有齿面磨损、胶合、点蚀及齿根折断。其中胶合及磨损破坏较为常见。
胶合,磨损随滑动速度及接触应力的增大而加剧,为此,除选用减摩性材料和保证良好润滑外,还必须限制接触应力。因此,蜗轮齿面接触强度计算是蜗杆传动的重要部分。它的设计公式为
(3-69)
式中T2--作用在蜗轮上的转矩,N•mm;
K--载荷系数,K=1~1.4。当载荷平稳,滑动速度vs小于等于3m/s及精度较高时,取低值。
[s]H--蜗轮的许用接触应力,MPa,见表3-24。
表3-24 蜗轮的许用接触应力[s]HMPa
灰铸铁或强度_sb≥300MPa的青铜蜗轮 |
|||||||
配对材料 |
滑动速度(m/s) |
||||||
蜗杆 |
蜗轮 |
0.25 |
0.5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
20钢、20Cr渗碳45钢淬火 |
HT150 |
166 |
150 |
127 |
95 |
- |
- |
HT200 |
202 |
182 |
154 |
115 |
- |
- |
|
ZCuA110Fe3 |
190 |
180 |
173 |
163 |
154 |
149 |
|
45钢调质 |
HT150 |
139 |
125 |
106 |
79 |
- |
- |
HT200 |
168 |
152 |
128 |
96 |
- |
- |
强度_sb<300MPa的青铜蜗轮 |
|||
蜗轮材料 |
铸造方法 |
蜗杆齿面硬度 |
|
≤45HRC |
>45HRC |
||
ZCuSn5Pb1 |
砂模铸造 |
150 |
180 |
金属模铸造 |
220 |
268 |
|
ZCuSn5Pb5Zn5 |
砂模铸造 |
113 |
135 |
金属模铸造 |
128 |
140 |
|
离心铸造 |
158 |
183 |