普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡

   時間:2014-03-07 10:19:57
普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡簡介
(一)蝸桿傳動的效率    閉式蝸桿傳動的功率損耗一般包括三部分,即嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及浸入油池中的零件攪油時的濺油損耗。因此總效率為                η……
普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡正文

(一)蝸桿傳動的效率

 閉式蝸桿傳動的功率損耗一般包括三部分,即嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及浸入油池中的零件攪油時的濺油損耗。因此總效率為
 

η=η1·η2·η3
式中η1,η2,η3分別為單獨考慮嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及濺油損耗時的效率。而蝸桿傳動的總效率,主要取決於計入嚙合摩擦損耗時的效率η1。當蝸桿主動時,則

 
式中:γ—普通圓柱蝸桿分度圓柱上的導程角;
 —當量摩擦角,,其值可根據滑動速度vs由表<普通圓柱蝸桿傳動的vs,fv,值>或表<圓弧圓柱蝸桿傳動的vs,fv,值>中選取。
滑動速度vs由圖<蝸桿傳動的滑動速度>得

式中:v1—蝸桿分度圓的圓周速度,m/s;
 d1—蝸桿分度圓直徑,mm;
 n1—蝸桿的轉速,r/min。

由於軸承摩擦及濺油這兩項功率損耗不大,一般取η2·η3=0.95~0.96,則總效率η為

 
在設計之初,為了近似地求出蝸輪軸上的扭矩T2,η值可如下估取:
蝸桿頭數 z1
1
 2
 4
 6
總效率  η
0.7
0.8
0.8
0.95

圖<蝸桿傳動的滑動速度>

 普通圓柱蝸桿傳動的vs,fv,
蝸輪齒圈材料
錫青銅
無錫青銅
灰鑄鐵
蝸桿齒面硬度
≥45HRC
其它
≥45HRC
≥45HRC
其它
滑動速度m/s)
fv
fv
0.01
0.110
6°17'
0.120
6°51'
0.180
10°12'
0.180
10°12'
0.190
10°45'
0.05
0.090
5°09'
0.100
5°43'
0.140
7°58'
0.140
7°58'
0.160
9°05'
0.10
0.080
4°34'
0.090
5°09'
0.130
7°24'
0.130
7°24'
0.140
7°58'
0.25
0.065
3°43'
0.075
4°17'
0.100
5°43'
0.100
5°43'
0.120
6°51'
0.50
0.055
3°09'
0.065
3°43'
0.090
5°09'
0.090
5°09'
0.100
5°43'
1.0
0.045
2°35'
0.055
3°09'
0.070
4°00'
0.070
4°00'
0.090
5°09'
1.5
0.040
2°17'
0.050
2°52'
0.065
3°43'
0.065
3°43'
0.080
4°34'
2.0
0.035
2°00'
0.045
2°35'
0.055
3°09'
0.055
3°09'
0.070
4°00'
2.5
0.030
1°43'
0.040
2°17'
0.050
2°52'
 
 
 
 
3.0
0.028
1°36'
0.035
2°00'
0.045
2°35'
 
 
 
 
4
0.024
1°22'
0.031
1°47'
0.040
2°17'
 
 
 
 
5
0.022
1°16'
0.029
1°40'
0.035
2°00'
 
 
 
 
8
0.018
1°02'
0.026
1°29'
0.030
1°43'
 
 
 
 
10
0.016
0°55'
0.024
1°22'
 
 
 
 
 
 
15
0.014
0°48'
0.020
1°09'
 
 
 
 
 
 
24
0.013
0°45'
 
 
 
 
 
 
 
 

 註:(1)如滑動速度與表中數值不一致時,可用插入法求得fv和值。

 (2)蝸桿齒面經磨削或拋光並仔細磨合,正確安裝,以及採用粘度合適的潤滑油進行充分潤滑時。

圓弧圓柱蝸桿傳動的vs,fv,

蝸輪齒圈材料
錫青銅
無錫青銅
灰鑄鐵
蝸桿齒面硬度
≥45HRC
其它
≥45HRC
≥45HRC
其它
(m/s)
fv
fv
0.01
0.093
5°19'
0.10
5°47'
0.156
8°53'
0.156
8°53'
0.165
9°22'
0.05
0.075
4°17'
0.083
4°45'
0.12
6°51'
0.12
6°51'
0.138
7°12'
0.10
0.065
3°43'
0.075
4°17'
0.111
6°20'
0.111
6°20'
0.119
6°47'
0.25
0.052
2°59'
0.060
3°26'
0.083
4°45'
0.083
4°45'
0.107
5°50'
0.50
0.042
2°25'
0.052
2°59'
0.075
4°17'
0.075
4°17'
0.083
4°45'
1.00
0.033
1°54'
0.042
2°25'
0.056
3°12'
0.056
3°12'
0.075
4°17'
1.50
0.029
1°40'
0.038
2°11'
0.052
2°59'
0.052
2°59'
0.065
3°43'
2.00
0.023
1°21'
0.033
1°54'
0.042
2°25'
0.042
2°25'
0.056
3°12'
2.5
0.022
1°16'
0.031
1°47'
0.041
2°21'
0.041
2°21'
 
 
3
0.019
1°05'
0.027
1°33'
0.037
2°07'
0.037
2°07'
 
 
4
0.018
1°02'
0.024
1°23'
0.033
1°54'
0.033
1°54'
 
 
5
0.017
0°59'
0.023
1°20'
0.029
1°40'
0.029
1°40'
 
 
8
0.014
0°48'
0.022
1°16'
0.025
1°26'
0.025
1°26'
 
 
10
0.012
0°41'
0.020
1°09'
 
 
 
 
 
 
15
0.011
0°38'
0.017
0°59'
 
 
 
 
 
 
20
0.010
0°35'
 
 
 
 
 
 
 
 
25
0.009
0°31'
 
 
 
 
 
 
 
 

註:(1)如滑動速度與表中數值不一致時,可用插入法求得fv和值。

 

(2)蝸桿齒面經磨削或拋光並仔細磨合,正確安裝,以及採用粘度合適的潤滑油進行充分潤滑時。

(二)蝸桿傳動的潤滑

潤滑對蝸桿傳動來說,具有特別重要的意義。因為當潤滑不良時,傳動效率將顯著降低,並且會帶來劇烈的磨損和產生膠合破壞的危險,所以往往採用粘度大的礦物油進行良好的潤滑,在潤滑油中還常加入添加劑,使其提高抗膠合能力。

蝸桿傳動所採用的潤滑油、潤滑方法及潤滑裝置與齒輪傳動的基本相同。

l.潤滑油

潤滑油的種類很多,需根據蝸桿、蝸輪配對材料和運轉條件合理選用。在鋼蝸桿配青銅蝸輪時,常用的潤滑油見下表<蝸桿傳動常用的潤滑油>。

蝸桿傳動常用的潤滑油

全損耗系統用有牌號L-AN

68
100
150
220
320
460
680

運動粘度

61.2~74.8

90 ~110

135 ~165

198~242

288 ~352

414~506

612~748

粘度指數 不小於
90
閃點(開口)(℃)不低於
180
200
220
傾點(℃)不高於
-8
-5

 註:其餘指標可參看GB5903-1986。
2.潤滑油粘度及給油方法
潤滑油粘度及給油方法,一般根據相對滑動速度及載荷類型進行選擇。對於閉式傳動,常用的潤滑油粘度及給油方法見下表<蝸桿傳動的潤滑油粘度薦用值及給油方法>;對於開式傳動,則採用粘度較高的齒輪油或潤滑脂。

如果採用噴油潤滑,噴油嘴要對準蝸桿嚙入端;蝸桿正反轉時兩邊都要裝有噴油嘴,而且要控制一定的油壓。

蝸桿傳動的潤滑油粘度薦用值及給油方法

蝸桿傳動的相對滑動速度vs/(m/s)

0~1
0~2.5
0~5
>5~10
>10~15
>15~25
>25
載荷類型
(不限)
(不限)
(不限)
(不限)
運動粘度
900
500
350
220
150
100
80
給油方法
油池潤滑
噴油潤滑或油池潤滑
噴油潤滑時的噴油壓力 /MPa
0.7
2
3

3.潤滑油量

對閉式蝸桿傳動採用油池潤滑時,在攪油損耗不至過大的情況下,應有適當的油量。這樣不僅有利於動壓油膜的形成,而且有助於散熱。對於蝸桿下置式或蝸桿側置式的傳動,浸油深度應為蝸桿的一個齒高;當為蝸桿上置式時,浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。

(三)蝸桿傳動的熱平衡計算
蝸桿傳動由於效率低,所以工作時發熱量大。在閉式傳動中,如果產生的熱量不能及時散逸,將因油溫不斷升高而使潤滑油稀釋,從而增大摩擦損失,甚至發生膠合。所以,必須根據單位時間內的發熱量 等於同時間內的散熱量 的條件進行熱平衡計算,以保證油溫穩定地處於規定的範圍內。

由於摩擦損耗的功率 ,則產生的熱流量(單位為lW=l J/s)為

H1=1000P(1-η) W 
式中P為蝸桿傳遞的功率,kW。

以自然冷卻方式,從箱體外壁散發到周圍空氣中去的熱流量為

 H2=S(t0-ta) W
式中:--箱體的表面傳熱係數,,空氣流通良好時,取大值;

S --內表面能被潤滑油所飛濺到,而外表面又可為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積,

 t0--油的工作溫度,一般限制在60~70℃,最高不應超過80℃;

   ta--周圍空氣的溫度,常溫情況可取為20℃;

按熱平衡條件H1=H2,可求得在既定工作條件下的油溫為



 
或在既定條件下,保持正常工作溫度所需要的散熱面積為

    
 
在t0>80℃或有效的散熱面積不足時,則必須採取措施,以提高散熱能力。通常採取:

1)加散熱片以增大散熱面積,見圖<加散熱片和風扇的蝸桿傳動>。

2)在蝸桿軸端加裝風扇(圖<加散熱片和風扇的蝸桿傳動>)以加速空氣的流通。

 

圖<加散熱片和風扇的蝸桿傳動>

圖<裝有循環冷卻管路的蝸桿傳動>

由於在蝸桿軸端加裝風扇這就增加了功率損耗為。總的損率損耗為

 
kW
式中為風扇消耗的功率,可按下式計算:

 
kW
 
此處:vF——風扇葉輪的圓周速度,m/s,其中DF為風扇葉輪外徑,mm;

 nF——風扇葉輪轉速,r/min。

由摩擦消耗的功率所產生的熱流量為
W

散發到空氣中的熱流量為
 W
 

 式中:S1,S2--分別為風冷麵積及自然冷卻面積,
 ' --風冷時的表面傳熱係數,按下表<風冷時的表面傳熱係數'>選取。
風冷時的表面傳熱係數'

蝸桿轉速(r/min)
750
1000
1250
1550
'[W/(·℃)]
27
31
35
38

3)在傳動箱內裝循環冷卻管路。 

 

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