机械设计&第10章蜗杆传动课件.ppt

1、 10.110.1概述概述 10.210.2蜗杆传动失效形式、材料选择和结构蜗杆传动失效形式、材料选择和结构 10.310.3普通圆柱蜗杆传动基本参数普通圆柱蜗杆传动基本参数 10.410.4圆柱蜗杆几何计算圆柱蜗杆几何计算 10.510.5蜗杆传动受力分析和效率计算蜗杆传动受力分析和效率计算 10.610.6圆柱蜗杆传动强度计算圆柱蜗杆传动强度计算 10.710.7圆柱蜗杆传动的润滑和热平衡圆柱蜗杆传动的润滑和热平衡 计算计算 10.810.8圆柱蜗杆传动的设计计算圆柱蜗杆传动的设计计算 10.910.9提高普通圆柱蜗杆传动性能的措施提高普通圆柱蜗杆传动性能的措施10.1 10.1 概述概述

2、优点：优点：1 1）工作平稳、工作平稳、结构紧凑结构紧凑、重量轻、噪音小。、重量轻、噪音小。2 2）i i大大12zzi 蜗杆蜗杆11、2 2、4 4、6 6传递动力时：传递动力时：i=8100i=8100（常用（常用15501550）传递运动时：传递运动时：i=i=几百几百 上千（单头，上千（单头，）齿轮齿轮zz1 11717特点和应用特点和应用3 3）当蜗杆分度圆导程角小于轮齿间的当量摩擦）当蜗杆分度圆导程角小于轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。角时，蜗杆传动具有自锁性。缺点：缺点：1 1）制造成本高，加工困难。）制造成本高，加工困难。2 2）低。低。4 4）蜗轮蜗轮需用贵重的需用

3、贵重的减摩材料减摩材料。应用应用由于由于 i i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。P 750KWP 750KW（通常（通常50KW50KW），），V Vs s 35 m/s 35 m/s（通常（通常15 m/s15 m/s）。）。用于传递用于传递交错轴交错轴之间的回转运动。之间的回转运动。一般：一般：空空间垂直间垂直2 2、按蜗杆头数分、按蜗杆头数分单头单头蜗杆：蜗杆：ii，自锁性，自锁性，多头多头蜗杆：相反蜗杆：相反1 1、按旋向分、按旋向分左旋左旋右旋右旋一般采用一般采用右旋右旋10.1.110.1.1蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型3 3、按蜗杆形状分

4、、按蜗杆形状分圆柱蜗杆圆柱蜗杆环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆ZAZA型型:阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线端面：阿基米德螺旋线ZIZI型型:渐开线蜗杆渐开线蜗杆 端面：渐开线端面：渐开线,较精密传动较精密传动ZNZN型型:法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(刀具加工刀具加工位置不同位置不同)圆柱蜗杆圆柱蜗杆与蜗杆轴线在同一水平面内 与蜗杆的基圆相切 齿槽中点螺旋线法平面内 10.1.2 10.1.2 精度等级精度等级1212个等级：个等级：动力传动：动力传动：6969级级测量分度：测量分度：6 6级或以上级或以上1 11212高高低低

5、选择：表选择：表10.110.2 10.2 失效形式、材料选择和结构失效形式、材料选择和结构10.2.110.2.1失效形式失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断v vs s、发热、发热 主要为：主要为：胶合胶合、磨损磨损、点蚀点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮蜗轮上。上。10.2.210.2.2材料材料v vs s减摩性减摩性 、强度、强度不能都用硬材料不能都用硬材料1 1、蜗轮、蜗轮指齿冠部分材料：指齿冠部分材料：减摩材料减摩材料铸锡青铜：铸锡青铜：v vs s1226m/s1226m/s铸铝青铜：铸铝青铜：v v

6、s s10m/s10m/s，抗胶合能力差，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差耐磨性差,用于用于v vs s小场合小场合HTHT、QTQT：v vs s2m/s2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2 2、蜗杆、蜗杆材料材料碳钢碳钢合金钢合金钢热处理热处理硬面蜗杆：硬面蜗杆：首选首选 淬火淬火磨削磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。选用。10.2.310.2.3结构结构1 1、蜗杆：、蜗杆：与轴一体与轴一体。车制、铣制。车制、铣制。2 2、蜗轮、蜗轮螺栓（铰制孔）螺栓（铰制孔）整体式整体式齿冠：用贵重耐磨金属齿冠

7、：用贵重耐磨金属(青铜青铜)轮心：铸铁或铸钢轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）铸造（浇铸）过盈过盈组合式组合式10.3 10.3 圆柱蜗杆传动的基本参数圆柱蜗杆传动的基本参数齿形角齿形角0刀具基准齿形的齿形角：刀具基准齿形的齿形角：200阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角2001x法向直廓蜗杆：法向齿形角法向直廓蜗杆：法向齿形角2001n1 1、基本齿廓基本齿廓普通圆柱蜗杆基本齿廓见表普通圆柱蜗杆基本齿廓见表10.210.22 2、模数、模数mm和压力角和压力角cosnxmmm正确啮合条件：正确啮合条件：mmmtx21标准值标准值(与齿轮不同与齿轮不同,表表10

8、.3)10.3)蜗杆导程角蜗杆导程角21txcos/tantanxn3 3、蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d d1 1和和直径系数直径系数q111111tandmzdmzdpzxtan11zmd加工蜗轮时的滚刀尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相加工蜗轮时的滚刀尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，同，mm一定时，对应不同直径的蜗杆一定时，对应不同直径的蜗杆，需要配备很多需要配备很多加工蜗轮的滚刀。加工蜗轮的滚刀。同一同一mm的蜗杆，应对直径的蜗杆，应对直径d d1 1进行限制进行限制d d1 1为标准值为标准值d d1 1mm 表表10.310.3 蜗杆直径系数蜗杆直径系数q qmdq1d d1 1、mm为标准

9、值为标准值qq为导出值为导出值,不一定为整数。不一定为整数。11mzmqdmm一定时，一定时，qqd d1 1蜗杆刚度蜗杆刚度z z1 1一定时，一定时，qq，自锁性，自锁性tan/11zmdq4 4、z z1 1、z z2 2蜗杆蜗杆头数头数z z1 1：蜗杆上蜗旋线的数目。：蜗杆上蜗旋线的数目。z z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6等等z z1 1加工困难加工困难12uzz传递动力：传递动力：282z（传动平稳性，避免根切）传动平稳性，避免根切）1002z(z(z2 2d d2 2蜗杆轴长蜗杆轴长刚度刚度)一般取一般取z z2 2=3280=3280z z1 1zz2 2：互质互质均

10、匀磨损均匀磨损5 5、蜗杆导程角蜗杆导程角 121111111tandudqzdmzdmzdpzx335.3制造困难制造困难传递传递动力动力时时:头数头数z z1 1 采用采用多头蜗杆多头蜗杆传递传递运动运动时时:保证自锁保证自锁(),(),z z1 1,采用采用单头蜗杆单头蜗杆6 6、i i、u u1221ddnni12zzu 蜗杆主动时蜗杆主动时:2112nnizzu7 7、中心距、中心距a a)(2)(2)(2121221zzmzqmdda（应按p234系列值选取）8 8、蜗杆传动变位蜗杆传动变位1 1）变位目的：配）变位目的：配；。故：蜗杆尺寸不能变动，故：蜗杆尺寸不能变动，2 2）变

11、位方法：与齿轮变位相同）变位方法：与齿轮变位相同,靠靠刀具的移位刀具的移位实现变位。实现变位。加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。3 3）变位结果）变位结果蜗杆蜗杆各部分尺寸不变各部分尺寸不变，但节线变化，但节线变化11dd蜗轮蜗轮尺寸发生变化尺寸发生变化，但，但22dd分度圆和节圆依旧重合分度圆和节圆依旧重合 分度圆和节圆不重合分度圆和节圆不重合4 4）变位类型）变位类型1 1）齿数不变，凑齿数不变，凑a a)2(2121dxmdax0 x0，正变位，正变位 aax0 x0 负变位负变位 aa)(

12、2121ddamaax2 2）a a不变，齿数变化，凑不变，齿数变化，凑i i凑凑i i：（：（a a不变，不变，2z2z ）)(2121zmdmax)(2121mzda)(2122zzx)2(21)(212121zmxmdddax x0 022zz齿数齿数x x0 022zz齿数齿数10.4 10.4 几何计算（略）几何计算（略）10.5 10.5 受力分析与效率计算受力分析与效率计算10.5.110.5.1作用力作用力圆周力：圆周力：12222atFdTF轴向力：轴向力：11122taFdTF112uTT(蜗杆主动蜗杆主动)1啮合效率啮合效率nntndTFFcoscos2coscos222

13、忽略忽略F Ff f，F Fn n径向力：径向力：122tanrtrFFF1 1）各分力方向）各分力方向F Fr r：指向各自轮心指向各自轮心F Ft t蜗杆蜗杆与与n n1 1反向反向蜗轮蜗轮与与n n2 2同向同向12atFFF Fa a蜗杆蜗杆：左、右手定则左、右手定则蜗轮：蜗轮：12taFF2 2）旋向判定）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同蜗轮与蜗杆旋向相同。方向判定：方向判定：3 3）蜗轮转向）蜗轮转向已知：已知：n n1 1、旋向、旋向nn2 2左、右手定则：四指左、右手定则：四指n n1 1、拇指、拇指反反向：啮合点向：啮合点v v2 2nn2 2n2n1v2练习：n1n1Fr1Fr2

14、Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋10.5.210.5.2传动效率传动效率与齿轮类似：与齿轮类似：3211 1、啮合、啮合 1 1：近似按螺旋副计算：近似按螺旋副计算)tan(tan1v（蜗杆主动）（蜗杆主动）tan)tan(1v（蜗轮主动）（蜗轮主动）v v当量摩擦角，当量摩擦角，与与v vs s有关有关。cos1vvs（p240 p240 表表10.610.6）图图10

15、.12 蜗杆传动效率与蜗杆导程角之间的关系蜗杆传动效率与蜗杆导程角之间的关系图图10.11 蜗杆传动的相对滑动速度蜗杆传动的相对滑动速度2)2)为影响为影响 1 1的主要因素的主要因素：1 101dd245v时，时，1 1 max max此后，此后，1 1一般取一般取2728后：后：缓慢缓慢 大时，加工困难大时，加工困难2 2、2 2搅油效率：搅油效率：99.023 3、3 3轴承效率：轴承效率：99.03说明：说明：1 1）v vs sv v v v 油膜易形成油膜易形成1 110.6 10.6 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算蜗轮齿强度低于蜗杆齿蜗轮齿强度低于蜗杆齿计算针对计算

16、针对10.6.110.6.1接触强度计算接触强度计算32HEHaTKZZHHNHY校核式校核式32limmin2HHhnESZZZZTKa设计式设计式YHN为接触疲劳寿命系数为接触疲劳寿命系数参数说明：参数说明：1 1）T T2 2蜗轮转矩蜗轮转矩,N,N mmmm2 2）K K载荷系数载荷系数,K=KAKKv3 3）Z ZE E弹性系数弹性系数(P186,(P186,表表9.11)9.11)4 4）Z Z 接触系数接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响考虑齿面曲率和接触线长度影响,Z Z 初值初值a a是否接近？与ZZ根据根据查得。查得。ad1设计时：设计时：未知，未知，初选初选值值ad1a

17、d1ad1112uTT（蜗杆主动）（蜗杆主动）10.6.2弯曲强度计算弯曲强度计算条件性估算条件性估算参见式参见式10.1810.18（P243P243）弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。10.6.3 蜗杆刚度计算蜗杆刚度计算 mm 4832121yEILFFyrt10.6.4 各种设计参数的选取与确定各种设计参数的选取与确定1d d1 1/a/a值的选取值的选取 时，时，(10.23)时，时，(10.24)520i2070i5.04.0/1ad4.03.0/1ad选取后，按照图选取后，按照图10.1510.15可初步选取蜗杆和导程角，可初步选取蜗杆和导程角，

18、同时还可以确定传动啮合效率同时还可以确定传动啮合效率b b）ad1 2 2）求）求d d1 1、z z1 1、z z2 2、mm。P245P245讨论：讨论：Z Z HH a a一定时，一定时，ad1d d1 1蜗杆刚度蜗杆刚度d d1 1一定时，一定时，ad1aa结构紧凑结构紧凑蜗杆传动的蜗杆传动的重要参数重要参数ad1a a）ad110.7.1 10.7.1 润滑润滑一、油粘度与润滑方法一、油粘度与润滑方法运动粘度运动粘度:4040抗胶合抗胶合润滑方法：润滑方法：smvs/5：蜗杆下置浸油润滑：蜗杆下置浸油润滑smvs/105：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）smvs

19、/10：压力喷油润滑：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端油嘴对着蜗杆啮入端10.7 10.7 润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算二、蜗杆布置与润滑方式二、蜗杆布置与润滑方式蜗杆下置：浸入油中深度至少蜗杆下置：浸入油中深度至少一个牙高一个牙高，但油面，但油面不应超过轴承最低滚动体的中心不应超过轴承最低滚动体的中心。蜗杆下置式冷却效果更好。蜗杆下置式冷却效果更好。由于由于发热大发热大易胶合易胶合即：即：发热率发热率P Ps s =散热率散热率P Pc c摩擦功耗：摩擦功耗：)1(1000)1(11PKWPPf)1(10001PPs)/(sJ冷却散去的热量：冷却散去的热量：)(01ttAPWc环境温度环

20、境温度t t0 0=20=20箱内工作温度箱内工作温度散热面积，可由散热面积，可由13.2713.27式估算式估算表面传热系数，表面传热系数，)/(2cmW则：则：CSPP CtAPtW80)1(1000011热平衡计算热平衡计算10.7.2 蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算油温比油温比t t1 1高高1010左右，左右，油温小于油温小于9090。蜗杆上置：飞溅冷却作用差，蜗杆上置：飞溅冷却作用差，0.80.8WW若若t t1 1太高，可采取如下措施：太高，可采取如下措施：2 2、蜗杆轴端装风扇、蜗杆轴端装风扇1 1、加散热片、加散热片3 3、外冷却压力喷油润滑、外冷却压力喷油润滑4

21、4、油池内安装蛇形冷却水管、油池内安装蛇形冷却水管 10.810.8圆柱蜗杆传动的设计步骤（圆柱蜗杆传动的设计步骤（P247P247）10.9 10.9 提高圆柱蜗杆传动性能的措施提高圆柱蜗杆传动性能的措施不同位置：接触线不同位置：接触线(啮合线）与啮合线）与v v1 1夹角不同夹角不同,夹角夹角油膜易形成油膜易形成最大夹角最大夹角(90(90):):发生在蜗杆螺纹退出啮合的发生在蜗杆螺纹退出啮合的齿边上齿边上。最小夹角最小夹角(0(0):):靠近中间平面的区域靠近中间平面的区域不易形成油膜，不易形成油膜，限制承载。限制承载。蜗杆传动中轮齿间蜗杆传动中轮齿间接触线随啮合位置移动接触线随啮合位置

22、移动。措施措施：1 1）轮齿挖窝：挖去夹角小处，贮油，改善润滑。）轮齿挖窝：挖去夹角小处，贮油，改善润滑。2 2）人工油涵：油楔）人工油涵：油楔(大滚刀、移动滚刀大滚刀、移动滚刀)。3 3）蜗轮偏位安装：蜗轮偏向啮出端。）蜗轮偏位安装：蜗轮偏向啮出端。4 4）采用环面蜗杆。）采用环面蜗杆。作业作业 简答题：简答题：10-710-7，10-810-8 选择题：选择题：10-510-5，10-810-8，10-1010-10复习思考题复习思考题1 1、蜗杆传动的主要优缺点是什么？常用于何种、蜗杆传动的主要优缺点是什么？常用于何种工况？工况？2 2、蜗杆传动有哪几种分类方法？那种最常用？、蜗杆传动有

23、哪几种分类方法？那种最常用？3 3、蜗杆传动的常见失效形式有哪些？、蜗杆传动的常见失效形式有哪些？4 4、蜗杆直径系数如何定义？、蜗杆直径系数如何定义？5 5、导程角如何计算？其大小对蜗杆传动有何影、导程角如何计算？其大小对蜗杆传动有何影响？响？6 6、蜗杆直径为何要标准化？蜗杆头数及蜗轮齿、蜗杆直径为何要标准化？蜗杆头数及蜗轮齿数如何选取？传动比与齿数比有何关系？什么情数如何选取？传动比与齿数比有何关系？什么情况下应对蜗杆变位？如何求变位系数？况下应对蜗杆变位？如何求变位系数？8 8、蜗杆传动中的受力如何计算？方向如何确、蜗杆传动中的受力如何计算？方向如何确定？载荷系数包括哪几项？定？载荷系数包括哪几项？9 9、蜗杆传动的效率包括哪几项？每项如何确、蜗杆传动的效率包括哪几项？每项如何确定？定？1010、为什么要对蜗杆传动进行热平衡计算？、为什么要对蜗杆传动进行热平衡计算？如何计算？如何计算？