(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,值
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,值
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 | 重 | 重 | 中 | (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。