大学精品课件：第11章 蜗杆传动n.ppt

1、第11章 蜗杆传动 11-1 概述 11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸 11-3 失效形式、设计准则、材料和结构 第十一章 蜗杆传动 11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷 11-5 蜗杆传动的强度计算 11-6 蜗杆轴刚度计算 11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 11-1 概述（特点和应用） 11-1 概述 11-1 概述 优点： 蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。 1.传动比大（一般i=8100，甚至 1000（如分度机构）动画 2重合度大，传动平稳，噪声低； 一.特点和应用 结构紧凑； 3易自锁（如吊车）。 11-1 概述（特点和应用） 11-1 概述 缺点： 相对滑动速

2、度vs大，效率低，易磨损。 蜗杆传动一般用于中小功率P50kW，vs15m/s时。随着 加工工艺技术的发展和新型蜗杆传动技术的不断出现，蜗杆传动 效率可达90%以上，传递的功率可达750kW。 cos v vvv 1 2 2 2 1s 21s vvv 11-1 概述（类型） 11-1 概述 二.类型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱蜗杆 圆弧圆柱蜗杆ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 滚动蜗杆传动（滚动摩擦P242） 同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于 润滑油膜形成，传动效率较高。 蜗杆加工 蜗轮加工 11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸 11-2 蜗杆传动

3、的主要参数和尺寸 11-2 （普通圆柱）蜗杆传动的主要参数和尺寸 参数标准中间平面 一.主要参数 蜗轮端面t 蜗杆轴面a 1.模数m和压力角 ma1= mt2=m（表11-2） a1= t2 可根据传动比选择z1 12 ziz一般 100z28 2 2.蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 一般z1=1、2、4、6， z1 ，自锁性 11-2 主要参数 11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸 3.导程角 1 1 1 a1 d mz d pz tan 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q tan mz d 1 1 tan z q 1 令 mzmqd 11 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，

4、为 了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的 标准蜗杆分度圆直径d1。 11-2 尺寸计算 11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸 蜗杆传动正确啮合条件 二.尺寸计算 优选系列a（表11-2） ma1= mt2=m a1= t2 1= 2，且旋向相同（=900时） mzd 22 1 2 z z i 2 m)zq( a 2 mz tan mz mqd 1 1 1 1 2 d d 蜗轮变位系数 m a a x （一般 ） 5 . 0x 注意：1）变位的目的凑中心距或凑传动比； 蜗杆尺寸不变节线与分度线不重合 蜗轮尺寸变化节圆与分度圆重合 2）蜗轮变位后 11-3 失效形式、设计准则、材

5、料和结构 11-3 失效形式、设计准则、材料和结构 11-3 失效形式、设计准则、材料和结构 一.失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 失效主要发生在蜗轮齿上：因为材料和结构的原因 11-3 设计准则、材料 11-3 失效形式、设计准则、材料和结构 闭式失效多为齿面胶合、磨损或点蚀，故按齿面接触疲劳强 度设计，校核齿根弯曲疲劳强度；因闭式散热性差，连续工作时发 热量大，还应进行热平衡计算。 二.设计准则 开式失效多为齿面磨损和轮齿折断，只按齿根弯曲疲劳强 度设计。 必要时，进行蜗杆轴的刚度计算。 三.材料 蜗杆优质碳钢或合金钢 45，40Cr表面淬火高速、重载且载荷平稳 20，20

6、CrMnTi渗碳淬火高速、重载且载荷变化大 45调质低速、中载或不重要传动 要求：良好的耐磨性、减磨性和强度。 11-3 材料和结构 11-3 失效形式、设计准则、材料和结构 蜗轮 铸造锡青铜ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5 抗点蚀差，抗胶合好，用于高速vs3m/s 铸造铝铁青铜ZCuAl10Fe3 抗点蚀好，抗胶合差，用于低速重载vs4m/s 灰铸铁HT200低速轻载，大尺寸vs10m/s蜗杆上置，压力喷油润滑 油量 蜗杆下置浸油深度应为蜗杆的一个齿高 且不超过轴承最低滚动体中心 蜗杆上置浸油深度约为蜗轮外径的1/3 11-7 热平衡计算 11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计

7、算 二.热平衡计算 热平衡：蜗杆传动产生的热量=箱体散发的热量 目的：限制油温在规定范围内，以免润滑失效。 发热量=（1-）P1000 W 散热量=dS（t0-ta） W 散热系数 8.1517.45 W/(m2） 散热面积 工作温度 800 空气温度 200 )tt (S1000P)1 ( a0d C80 S P)1 (1000 tt 0 d a0 11-7 热平衡措施 11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 若热平衡不满足，措施： 1.增大散热面积 散热片 溅油轮 风扇 过滤网 集气罩 空气流 空气流 2.在蜗杆轴端加装风扇 11-7 热平衡措施 11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡

8、计算 3. 加冷却管 通水 油泵 过滤器 冷却器 4. 压力喷油循环冷却 习题课（选材料） 习题课 设计一搅拌机用的闭式蜗杆减速器中的普通圆柱蜗杆传动，已 知：P=6.2kW，蜗杆转速n=970r/min，传动比i=25，工作机载 荷有轻微冲击，动力机载荷平稳，预期寿命12000h。 解：一.选蜗杆传动类型 采用阿基米德蜗杆 二.选材料 蜗杆：45钢，表面淬火，表面硬度4555HRC ZCuSn10P1，金属模铸造 初估： 习题课： 蜗轮： s /m44 . 5nP03. 0v 2 11 3 s 习题课（接触强度初算） 习题课 三.按齿面接触疲劳强度进行设计 1.初算中心距 2 H E 2 3

9、 ) ZZ (KTa 式中： 初估：1=0.8(参见P264) KKKK VA 15. 1KA 05. 1KV 1K 112 iTT 21. 105. 115. 1 i=25 z1=2 MPa160ZE Nmm12208258 . 025 n P 1055. 9 1 1 6 mm179) 236 9 . 2160 (122082521. 1 2 3 (参见参见P252) 习题课（确定尺寸和参数） 习题课 2.确定传动基本尺寸及参数 （i=7020时，d1/a0.35；i=205时，d1/a0.4） 初估：d1/a=0.35 K HHNH Z N 10 K 7 8 HN 7 h2 1079. 2

10、12000 25 970 160Ljn60N 88. 0 MPa23626888. 0 9 . 2 MPa268 H 取标准：a=200mm (表117) 习题课（确定尺寸和参数） 习题课 根据表11-2可知： 10q 取标准：m=6.3mm, d1=63mm d1/a=63/200=0.315 Z=3.05 修正： mm200185179) 9 . 2 05. 3 (a 2 3 故以上计算结果可用。 “361811 0 若：z2=53 传动比误差： %5%6 25 25 2 53 i i 不允许 取：Z2=52 传动比误差： %5%4 25 25 2 52 i i 允许 注意：非标准或分度传

11、动，注意：非标准或分度传动，z2的选择不受表中推荐值的限制。的选择不受表中推荐值的限制。 习题课（确定尺寸和参数） 习题课 蜗轮齿宽： mm200a 变位后： mm6 .327523 . 6mzd 22 蜗轮变位系数x2： 取:b2=50mm m aa x 0 2 mm3 .195 2 3 . 6)5210( 2 m)zq( a 2 0 变位前： mm746. 0 3 . 6 3 .195200 mm09.48)115 . 0(3 . 62 )1q5 . 0(m2b2 习题课（精确计算接触强度） 习题课 修正： s/m20. 3 100060 97063 100060 nd v 11 1 Kv

12、不变 故以上蜗轮、蜗杆的参数及尺寸适用。 88. 0 )54. 131.11tan( 31.11tan )tan( tan 00 0 v 1 Nmm139662488. 0 2 52 n P 1055. 9iTT 1 1 6 112 s/m364. 0 100060 nd v 22 2 s/m26. 3 “361811cos 2 . 3 cos v v 0 1 s v=1.540 mm2005 .193185 1220825 1396624 a 3 (表1118) 习题课（校核弯曲强度） 习题课 四.校核齿根弯曲疲劳强度 1.求 2Fa Y 92. 0 140 31.11 1 140 1Y 0

13、 F 2 2 12 1.53 FFa KT YY d d m 15.55 31.11cos 52 cos z z 033 2 2v 1.53 1.21 1396624 2.02 0.9237 63 327.6 6.3 MPa 02. 2 习题课（校核蜗杆轴刚度） 习题课 五.校核蜗杆轴刚度 2.求 F K FFNF 69. 0 1079. 2 10 N 10 K 7 6 9 6 9 FN MPa56 F0F F MPa6 .385669. 0 故弯曲强度满足要求。 1.求 y yl EI48 FF y 3 2 1r 2 1 t （单侧工作）（单侧工作） 习题课（校核蜗杆轴刚度） 习题课 故蜗杆

14、轴刚度满足要求。 ymm063. 0 1000 d y 1 N1938 63 n P 1055. 92 d T2 F 1 1 6 1 1 1t 2.求 y 3 2 1r 2 1 t l EI48 FF y N3165 cos 20tan d T2 cos tanF FF 0 2 2n2t 2r1r MPa10206E 3 45 4 1 mm1073. 7 64 d I mm295d9 . 0l 2 mm012. 0 1073. 71020648 29531651938 53 322 习题课（热平衡计算、润滑） 习题课 六.热平衡计算 S )1 (P1000 tt d a0 估算散热面积： C20t 0 a 84. 097. 099. 088. 0 2 321 )Cm/(W15 02 d 288. 1588. 15 m91. 1200109a109S C8055 91. 115 )84. 01 (2 . 61000 20 0 故散热满足要求。 七.选择润滑油粘度及润滑方式 s /m26. 3vs 油池润滑、蜗杆下置 40=350cSt 作业 作业 作业： P272/11-1、11-3