第十讲 蜗杆传动

null机械设计基础（II）机械设计基础（II）第十讲 蜗杆传动机电工程学院 况雨春 swpikyc@126.com第十二章 蜗杆传动§12—1 蜗杆传动的特点和类型第十二章 蜗杆传动§12—2 圆柱蜗杆传动的主要参数 和几何尺寸 概述§12—3 蜗杆传动的失效形式、材料 和结构null§12—5 圆柱蜗杆传动的强度计算§12—6 圆柱蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算§12—4 圆柱蜗杆传动的受力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 null概述 蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，通常两轴交错角Σ=90°。 传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。 蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。§12-1 蜗杆传动的特点和类型§12-1 蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动的特点 二、蜗杆传动的类型 null1 组成和应用 通常二轴交角＝90° 蜗杆主动，蜗轮被动2 特点 传动比大：一般传动 i=7~80; 分度机构可达1000 结构紧凑 传动平稳，噪声小 效率低 蜗轮齿圈用青铜制造成本高蜗杆蜗轮一、蜗杆传动的特点null按蜗杆整体形状分： 圆柱蜗杆环面蜗杆 锥蜗杆 二、蜗杆传动的类型null圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：阿基米德蜗杆渐开线蜗杆圆柱蜗杆传动1、蜗杆的形状2、蜗杆的旋向蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。3、蜗杆的制造精度（参看P183）null按螺旋面形状分 阿基米德蜗杆(ZA蝇杆)渐开线蜗杆(ZI蜗杆) 法向直廓蜗杆(ZN蜗杆) 锥面包络蜗杆(ZK蜗杆) 圆弧面蜗杆(ZC蜗杆)轴面呈齿条（直廓）阿基米德螺旋线刃面过轴面渐开线车刀切削刃夹角 20＝40ºnull圆柱蜗杆传动 null环面蜗杆 null锥蜗杆 §12—2 圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何尺寸§12—2 圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何尺寸一、圆柱蜗杆传动的主要参数二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算一、正确啮合条件一、正确啮合条件 旋向相同, 即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋一、圆柱蜗杆传动的主要参数在中间平面内一、圆柱蜗杆传动的主要参数1、 模数 m 和压力角α蜗轮加工 — 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆正确啮合条件：ma1 = mt2 = mαa1 = αt2 = α= 20°蜗杆轴向模数蜗轮端面模数标准模数蜗杆轴向压力角蜗轮端面压力角中间（主）平面 —通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。a－下标 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示轴向参数t－下标表示端面参数模数模数从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形 啮合传动类似于齿轮齿条运动ma1 = mt2=m压力角压力角从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形 啮合传动类似于齿轮齿条运动GB/T 10088-88规定： 阿基米德蜗杆：a=20° 动力传动： a=25° 分度传动：a=12°、15°null● 蜗杆导程角γ与蜗轮螺旋角β之关系Σ=90° 时： γ =β且旋向相同z1 = 1 、2、 42、 蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i （P184）i = n1/n2 = z2/z1 = d2 / d1 ?≠ d2 / d1 但 z1 少，效率低要得到大传动比时取： z1 = 1 z1 过多,制造困难z2 = i z1=26 ~ 80常取 z2 = 32 ~ 63为提高效率可取： z1 > 1null从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动 蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角3、 蜗杆直径系数 q 及导程角 d1 — 标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化。 → d1 = m qq与导程角γ之关系： q = d1 / m蜗杆直径系数：螺旋线导程轴向齿距4 分度圆直径4 分度圆直径蜗杆分度圆标准化，以限制刀具数 d1与模数相匹配蜗轮分度圆直径同齿轮 d2=mz2hf5 中心距5 中心距反映功率大小其余几何尺寸见表6、 齿面间相对滑动速度 vs6、 齿面间相对滑动速度 vs由此可见，vs > v1、v2 在节点C处，蜗杆速度为v1 ，蜗轮速度为v2 ，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为vs ，有：null在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。 null二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2其他尺寸计算见P193表12-4普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：传动比 i —齿轮传动蜗杆传动 i = d2 / d1 i ≠ d2 / d1 m、α — 法面为标准值中间平面为标准值 β — β1= - β2γ =β, 旋向相同 d1 —d1= mnz1/cosβd1=mq,且为标准值 §12-3 蜗杆传动的失效形式、 材料 和结构§12-3 蜗杆传动的失效形式、 材料 和结构 一、蜗杆传动的失效形式及材料选择 二、蜗杆和蜗轮结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1、失效形式齿面点蚀齿面胶合齿面磨损和轮齿断裂等 由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。碳素钢 — 45号钢 调质或淬火蜗 杆合金钢 — 20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜 ZCuSn10P1 — 适合高速蜗 轮铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 — 低速重载灰铸铁 HT200 — 低速轻载减摩性好2、材料选择二、蜗杆和蜗轮结构二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆结构蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。null通常为组合式蜗轮结构轮齿部分——青铜 轮毂部分——钢 §12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析§12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析 1、确定蜗轮的旋转方向2、蜗杆与蜗轮作用力判断1、确定蜗轮的旋转方向1、确定蜗轮的旋转方向 蜗轮的旋转方向与蜗杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。方法：左右手定则左旋蜗杆用左手定则判断右旋蜗杆用右手定则判断判断时把蜗杆看成螺杆，蜗轮看成螺母null用右手定则判断1、四指弯曲与蜗杆转动方向一致。2、拇指的指向为蜗杆所受轴向力的方向。 （涡轮转向与该方向相反）null用左手定则判断左旋蜗杆null2、蜗杆与蜗轮受力分析2、蜗杆与蜗轮受力分析圆周力Ft1 蜗杆传动的受力分析同斜齿轮相似。 齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂直的分力，分别为：轴向力 Fa1 径向力 Fr1 蜗杆蜗轮圆周力Ft2 轴向力 Fa2 径向力 Fr2 null各力方向： 1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。 蜗轮上的圆周力Ft2起驱动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。 2、径向力Fr分别指向各自的圆心。 3、蜗杆轴向力Fa1 ，按“左、右手定则”来判断。 蜗轮轴向力Fa2与蜗杆圆周力Ft1方向相反。nullnull各力关系：各力大小：§12—5 圆柱蜗杆传动的 强度计算§12—5 圆柱蜗杆传动的 强度计算失效形式及设计准则失效形式及设计准则1 失效形式 失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断——蜗轮轮齿 开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断 闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀 由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上2 设计准则——主要考虑蜗轮 开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断  保证齿根疲劳强度 闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀  按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核 另外，还应作热平衡计算null一、齿面接触疲劳强度计算1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合， 蜗轮类似斜齿轮特点：因此， 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导null设计公式 —说明：m2d1求出后，查表6-1选择合适的 m、d1 如：m2d1≥4800，则 m＝8 、 d1 ＝80null校核公式： 设计公式：说明： 由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多 故在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义二、轮齿的弯曲强度§12-6 圆柱蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算§12-6 圆柱蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算一、圆柱蜗杆传动的效率二、圆柱蜗杆传动的润滑三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算一、圆柱蜗杆传动的效率一、圆柱蜗杆传动的效率η = η1η2η3 与齿轮传动类似：η2η3≈0.95~0.97啮合效率类似于螺旋副：故：null设计之初， η 未知，可按 z1 初选：由上式可知，z1↑→γ↑ →η ↑ z1 = 1 时， η = 0.7~0.75 z2 = 2 时， η = 0.75~0.82 z2 = 4 时， η = 0.87~0.92 当≤时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低η < 0.5。 闭式传动：二、圆柱蜗杆传动的润滑二、圆柱蜗杆传动的润滑一般情况下，采用浸油润滑vs 很大时，采用喷油润滑v1 小时，蜗杆下置v1 > 4 m/s时蜗杆上置有利于润滑 避免过大的搅油损失 三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算对象 — 连续工作的闭式蜗杆传动目的 — 控制油温，防止胶合null 闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱体内的油温 t（ºC ）和周围空气温度 t0（ºC ）之差不超过允许值：℃ 如果超过温差允许值，增加散热面积；提高表面传热系数：null