蜗轮蜗杆传动的设计课件

蜗轮蜗杆杆传动的的设计5.1 概述概述组成成蜗杆杆传动用于用于传递空空间交交错轴间的运的运动和和动力，常用的力，常用的轴交交错角角为90。主要由主要由蜗杆和杆和蜗轮组成。成。蜗杆相当于螺旋，有杆相当于螺旋，有单头和多和多头、左旋和右旋之分。、左旋和右旋之分。蜗轮则是是变异的异的齿轮。蜗杆杆传动中一般中一般蜗杆杆为主主动件，件，蜗轮为从从动件。件。n主要是刀具的加工主要是刀具的加工时的位置、装的位置、装夹角度、刀具形状、刀具的种角度、刀具形状、刀具的种类等不同而形成了不同等不同而形成了不同类型的型的蜗杆杆传动。一、一、蜗杆杆传动的的类型型 1、圆柱柱蜗杆杆传动 按照按照齿廓曲廓曲线不同分不同分为ZAZA型、型、ZNZN型、型、ZIZI型、型、ZKZK型、型、ZCZC型。型。a阿基米德阿基米德蜗杆杆(ZA)最常用最常用蜗杆杆齿廓廓横截面：阿基米德螺旋横截面：阿基米德螺旋线纵截面：直截面：直齿齿条条蜗轮齿廓廓中中间截面：截面：渐开开线中中间平面，平面，蜗杆杆传动 如同直如同直齿齿齿条与条与条与条与渐渐开开开开线齿轮线齿轮啮合合（1 1）普通）普通圆柱柱蜗杆杆传动结论b法向直廓法向直廓蜗杆杆(ZN)蜗杆杆齿廓廓横截面：延伸横截面：延伸渐开开线法截面：直廓法截面：直廓Nc渐开开线蜗杆杆(ZI)蜗杆杆齿廓：横截面：廓：横截面：渐开开线=8o45od锥面包面包络圆柱柱蜗杆杆(ZK)（2）圆弧弧圆柱柱蜗杆杆传动(ZC)中中间平面中平面中蜗杆杆齿廓：凹廓：凹圆弧弧蜗轮齿廓：凸廓：凸圆弧弧2、环面面蜗杆杆传动中中间平面中：平面中：蜗杆、杆、蜗轮为直直线齿廓廓 3、锥蜗杆杆传动二、二、蜗杆杆传动的特点的特点1 1）传动比大比大;2 2）结构构紧凑凑,传动平平稳，噪声小；，噪声小；3 3）摩擦、磨）摩擦、磨损严重，效率低；重，效率低；4 4）蜗轮需减摩、耐磨材料制造，成本高；需减摩、耐磨材料制造，成本高；5 5）当）当蜗杆的杆的导程角小于程角小于啮合面的当量摩擦角合面的当量摩擦角时，蜗杆杆传动具有自具有自锁性能；性能；6 6）对制造和安装制造和安装误差差较为敏感，安装中心距的精度要求敏感，安装中心距的精度要求较高。高。三、普通圆柱蜗杆传动的精度nGB/T10089-1988对蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12个精度等级，1级精度最高，依次降低。与齿轮公差相仿，蜗杆、蜗轮和蜗杆传动的公差也分成三个公差组。n普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以69级应用得最多。5.2普通普通圆柱柱蜗杆杆传动的主要参数和几何尺寸的主要参数和几何尺寸中中间平面平面 通通过蜗杆杆轴线并垂直于并垂直于蜗轮轴线的平面。的平面。1 1、模数、模数m m和和压力角力角 正确正确啮合条件合条件d1Bpda2a2da2d2df 2Ldf1da1hahfh 蜗轮、蜗杆旋向相同杆旋向相同一、普通一、普通圆柱柱蜗杆杆传动的主要参数及其的主要参数及其选择n蜗杆的头数z1通常为1，2，4，6。n当要求蜗杆传动具有大的传动比或蜗轮主动自锁时，取z1=1，此时传动效率较低；n当要求蜗杆传动具有较高的传动效率时，取z1=2，4，6。2 2、蜗杆杆头数数z z1 1、蜗轮齿数数z z2 2及及传动比比 in蜗轮的齿数主要由传动比来确定,蜗轮的齿数z2=i12 z2n为了避免蜗轮轮齿发生根切，理论上应使不小于17。但当z226时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性，通常规定z2 28。n当z280时，由于蜗轮直径较大，使得蜗杆的支承跨度也相应增大，从而降低了蜗杆的刚度。n故在动力蜗杆传动中，常取z2=2880。蜗杆杆头数数z1和和蜗轮齿数数z2z1 少少 i 增加增加z1多多 增加增加 加工困加工困难一般一般z1=1,2,4,6z2 少少 产生根切生根切 z2 17 传动平平稳性不佳性不佳 z2 28z2 多多 d2(=m z2)增加增加 蜗杆跨距增加杆跨距增加 刚度降低度降低 z2 80 28 z2 80分析分析1分析分析2d2 大d2 小 传动比比 i 和和齿数比数比 u蜗杆主杆主动蜗轮主主动注意注意3、蜗杆分度杆分度圆直径直径d1和直径系数和直径系数qd1=m q直径系数模数分度圆直径注意：注意：d1 m z14、蜗杆杆导程角程角引入直径系数引入直径系数q的目的？限制的目的？限制滚刀数目及便于刀数目及便于滚刀的刀的标准化。准化。问题分析：分析：z1(q)旋向相同旋向相同：蜗杆左杆左(右右)蜗轮 左左(右右)=d d1 11 11 1dd1 1lp pa1a11 15、中心距、中心距 a注意注意变位目的位目的配凑中心距配凑中心距配凑配凑传动比比提高提高传动能力或效率能力或效率变位特点位特点蜗杆尺寸不杆尺寸不变，只，只对蜗轮变位位原因原因避免避免滚刀尺寸刀尺寸变化化二、二、蜗杆杆传动的的变位位 n为了配凑中心距或提高蜗杆传动的承载能力及传动效率，常采用变位蜗杆传动。n变位方法与齿轮传动的变位方法相似，也是在切削时，利用刀具相对于蜗轮毛坯的径向位移来实现的。但是在蜗杆传动中，由于蜗杆的齿廓形状和尺寸要与加工蜗轮的滚刀形状与尺寸相同，所以为了保持刀具尺寸不变，蜗杆尺寸是不能变动的，因而只能对蜗轮进行变位。变位前位前变位后位后变位后位后蜗轮的分度的分度圆与与节圆仍旧重合仍旧重合d2=d2=m*z2或或d2=d2=m*z2，但但蜗杆在中杆在中间平面上的平面上的节线有所改有所改变，不再与分度，不再与分度线重合重合d1=m*（q+2x2）（及当）（及当x20时d1d1）。）。(1)若凑中心距：若凑中心距：变位前后位前后齿数不数不变，即，即(2)若凑若凑传动比：比：变位前后中心距不位前后中心距不变，即，即三几何尺寸三几何尺寸计算算(见课本本p108表表5-4）具体具体见见P105P105表表5-25-2蜗蜗杆基本参数及杆基本参数及蜗轮蜗轮参数匹配参数匹配一失效形式一失效形式：齿面点面点蚀，轮齿折断，折断，齿面胶合，面胶合，齿面磨面磨损滑滑动速度速度 vs5.3圆柱柱蜗杆杆传动的失效形式、的失效形式、设计准准则和材料和材料选择 二、二、设计准准则：开式开式闭式式热平衡平衡计算（由于算（由于闭式式蜗杆杆传动散散热较难，温度升高，易，温度升高，易 导致致 胶合）胶合）蜗杆杆轴刚度度计算（由于算（由于蜗杆受力杆受力变形，影响形，影响轮齿正确正确啮合）合）由于由于蜗杆与杆与蜗轮间有有较大的相大的相对滑滑动，滑，滑动速度速度较大，大，润滑、散滑、散热不良不良时，温升温升较高，从而增高，从而增加了胶合与磨加了胶合与磨损的可能性，的可能性，蜗杆杆传动的承的承载能力往往受到抗胶合能力的限制。要能力往往受到抗胶合能力的限制。要进行行热平衡平衡计算算。但充分但充分润滑滑时：有利于油膜的形成，滑：有利于油膜的形成，滑动速度越大，速度越大，摩擦系数越小，提高了摩擦系数越小，提高了传动效率。效率。Z290对材料的要求：足材料的要求：足够强度，良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性度，良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性三、三、蜗杆杆传动的常用材料的常用材料n蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造，高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并经渗碳淬火；也可用40、45钢或40Cr并经淬火。这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。n通常要求蜗杆淬火后的硬度为(4055)HRC，经氮化处理后的硬度为(5562)HRC。n一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理，其硬度为(220300)HBW。蜗杆：杆：n常用的蜗轮材料为铸锡青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、铸铝铁青铜（ZCuA110Fe3）及灰铸铁（HT150，HT200）等。n锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度3 m/s的重要传动；n铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但价格较便宜，一般用于滑动速度4 m/s的传动；n滑动速度不高(2 m/s)，可采用灰铸铁制造。蜗轮：蜗杆杆碳碳钢 如：如：40 45 合金合金钢如：如：40Cr20Cr20CrMnTi蜗轮较软（多（多选青青铜）vs3m/s 重要重要场合：合：铸锡青青铜如：如：ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5vs 4m/s 较重要重要场合：合：铝铁青青铜如：如：ZCuAl10Fe3vs 80 oC时如何？（增加散如何？（增加散热能力）能力）增加散增加散热能力的措施能力的措施增加散增加散热面面积高速高速轴上装上装风扇扇装冷却管路装冷却管路问题蜗杆杆传动的散的散热措施措施油油泵冷却冷却器器蜗杆杆传动的散的散热措施措施四、四、蜗杆杆传动的的润滑滑润滑滑对蜗杆杆传动有特有特别重要的意重要的意义。蜗杆杆传动的的设计包括合理地包括合理地选择润滑油和滑油和润滑方式。滑方式。实验证明明，当当啮合合条条件件、箱箱体体结构构、工工作作环境境等等一一定定时，蜗杆杆传动的的承承载能能力力、效效率率与与润滑滑油的粘度、粘度指数及添加油的粘度、粘度指数及添加剂有关。有关。润滑油的粘度及滑油的粘度及润滑方式的滑方式的选取取见表。表。1润滑油粘度滑油粘度选择高速高速轻载选粘度小粘度小低速重低速重载选粘度大粘度大2润滑方式滑方式vs 5m/s 油池油池蜗杆浸油杆浸油vs 510m/s 油池或油池或喷油油蜗轮浸油浸油vs 10m/s 喷油油下下蜗杆式杆式侧蜗杆式杆式蜗杆浸油一杆浸油一齿高高上上蜗杆式：杆式：浸油浸油1/3蜗轮外径外径一一蜗杆：整体式（可杆：整体式（可车可可铣）二二蜗轮齿圈式：青圈式：青铜齿圈与圈与铸铁轮芯配合芯配合H7/r6而成，加装而成，加装紧定螺定螺钉 用于尺寸不太大，工作温度用于尺寸不太大，工作温度变化化较小的小的场合合螺栓螺栓联接式：用于尺寸接式：用于尺寸较大或容易磨大或容易磨损的的蜗轮，可用普通螺栓也可用可用普通螺栓也可用铰制孔用螺栓制孔用螺栓进行行联接接整体整体绕铸式：主要用于式：主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青或尺寸很小的青铜蜗轮拼拼铸式：在式：在铸铁轮芯上加芯上加铸青青铜齿圈，然后切圈，然后切齿，只用于成批制造的只用于成批制造的蜗轮5.6圆柱蜗杆、蜗轮的结构设计蜗杆杆结构构蜗杆通常与杆通常与轴做成一个整体。只有当做成一个整体。只有当时，才采用装配式。，才采用装配式。齿圈式圈式螺栓螺栓连接式接式浇铸式式整体式整体式蜗轮结构构整体式整体式蜗轮齿圈式圈式蜗轮铰制孔螺栓制孔螺栓连接式接式浇铸式式Fa2Fa3Ft1Z1Fr1Fa1Z2n4Ft4Fr4Fa41、已知：一、已知：一对锥齿轮与与蜗杆杆传动，Z1的的转向如向如图示，示，求：（求：（1）定出）定出蜗杆和杆和蜗轮的合理旋向及的合理旋向及蜗轮的的转向。向。（2）绘出主出主动锥齿轮和和蜗轮的受力方向的受力方向n1n3n2右旋右旋练习 2 2、已知：斜、已知：斜齿轮、蜗杆减速器。杆减速器。Z Z1 1的的转向和旋向如向和旋向如图，若使中，若使中间轴受力最小，画出受力最小，画出1 1）蜗轮的的转向和旋向向和旋向 。2 2）画出）画出Z Z2 2和和蜗杆杆传动的受力的受力图。Z1Z2Ft2Fr2Fa2Ft4Fa4Fr4Ft3Fa3Fr3Z3Z4右旋；右旋；顺时针转动n1 1n2 2n3 3练习谢谢！