蜗杆传动的特点和应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十三章 蜗杆传动,13.1 概述,13.1.1 蜗杆传动的特点和应用,蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮副组成的用以传递空间交错轴间的运动和动力的一种机械传动。通常轴交角为90。,主要特点,1、 能实现大传动比,2、 冲击载荷小、传动平稳，噪声低,3、 具有自锁性,4、 摩擦损失较大，效率低,5、 成本高,蜗杆传动不适用于大功率和长期连续工作的传动。,第十三章 蜗杆传动,13.1.2 蜗杆传动的分类,第十三章 蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,第十三章 蜗杆传动,环面蜗杆传动,第十三章 蜗杆传动,锥蜗杆传动,第十三章 蜗杆传动,1,、普通圆柱蜗杆传动,一般用于低速、轻载或不太重要的传动。,用于蜗杆头数较多，转速较和较精密的传动。,用于多头精密蜗杆传动。,第十三章 蜗杆传动,2,、圆弧圆柱蜗杆传动,(ZC,型,),第十三章 蜗杆传动,蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆传动,法向直廓蜗杆传动,渐开线圆柱蜗杆传动,垂直于轴线的剖面，,为阿基米德螺旋线,通过轴线的剖面，为直线,垂直于轴线的剖面，,为渐开线,通过轴线的剖面，,为凸廓曲线,第十三章 蜗杆传动,13.1.3 蜗杆传动的精度,12个精度等级,第十三章 蜗杆传动,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,13.2.1蜗杆传动的失效形式,失效常发生在,蜗轮轮齿,上。为蜗轮轮齿的齿面胶合、点蚀、磨损、轮齿折断等。,蜗轮轮齿,折断,蜗轮齿面,磨损,蜗轮齿面胶合,蜗杆齿面点蚀,13.2.2 材料选择,蜗杆,高速重载,低碳,合金钢,+,渗碳淬火,中碳钢或中碳合金钢,+,表面淬火,低速中载,中碳钢,+,调质,蜗轮,v,s,1226,m,/,s,重要传动,铸造锡青铜,v,s,10,m/s,一般传动,铸造铝铁青铜,v,s,2,m/s,不重要传动,灰铸铁和球墨铸铁,要求：,强度足够，减摩、耐磨、易跑合和抗胶合。,第十三章 蜗杆传动,13.2.3 蜗杆蜗轮的结构,蜗杆,制成蜗杆轴:,第十三章 蜗杆传动,蜗轮,结构：,整体式蜗轮,配合式蜗轮,拼铸式蜗轮,螺栓联接式蜗轮,13.3 圆柱蜗杆传动的基本参数, 模数,m,和压力角,中间平面,包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面,蜗轮加工,滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合,在中间平面内,m,x1,=,m,t2,=,m,x1,=,t2,=,= 20,第十三章 蜗杆传动, 蜗杆导程角,与蜗轮螺旋角,之关系,=90,时：, =,且旋向相同, 蜗杆直径系数,q,及分度圆直径,d,1,d,1,标准系列值,限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化,蜗杆直径系数：,q = d,1,/,m,d,1,= m q,q,与导程角,之关系：,第十三章 蜗杆传动,当要求自锁时，,为提高传动效率，导程角选较大值，但导程角过大，加工困难且齿面间相对滑动速度也增大，磨损加速，故,z,1,= 1,、,2,、,4,、,6, 蜗杆头数,z,1,、,蜗轮齿数,z,2,及传动比,i,i,=,n,1,/,n,2,=,z,2,/,z,1,=,d,2,/,d,1,?,d,2,/,d,1,当要求传动比大或要求自锁时，,z,1,=1,，但,z,1,少，效率低,为避免根切或传递功率较大时，,z,1,=2、4、6,，,z,1,过多,制造困难,z,2,=,i z,1,=28 100,常取,z,2,= 32 80,且,z,2,和,z,1,最好互质。,中心距,a,=(,d,1,+,d,2,)/2 =,m,(,q,+,z,2,)/2,其他尺寸计算见表,13.5,普通圆柱蜗杆传动与斜齿圆柱齿轮传动的区别：,传动比,i,齿轮传动,蜗杆传动,i,=,d,2,/,d,1,i,d,2,/,d,1,m,、, ,法面为标准值,中间平面为标准值, ,1,= -,2, =,旋向相同,d,1,d,1,=,m,n,z,1,/cos,d,1,=,mq,且为标准值,第十三章 蜗杆传动,13.3.10 变位系数,配凑中心距,变位前后，蜗轮的齿数不变，而传动中心距改变。,第十三章 蜗杆传动,改变传动比,变位前后，蜗杆传动中心距不变，而蜗轮齿数发生变化。,蜗杆传动变位跟齿条齿轮传动变位类似，蜗轮变位，蜗杆不变。变位后，蜗轮的分度圆与节圆仍然重合，只是蜗杆的节线不再与分度线重合。,蜗杆传动变位的特点,蜗杆传动变位的目的,为了配凑中心距或提高蜗杆传动的承载能力及传动效率。,第十三章 蜗杆传动,第十三章 蜗杆传动,13.5 蜗杆传动受力分析和效率计算,13.5.1 蜗杆传动中的作用力,大小：,方向： 与斜齿类似。,F,a1,F,t2,F,t1,F,a2,n,1,F,r2,F,r1,n,2,n,1,各力应画在受力点上,1,2,F,a1,F,t2,F,a2,F,t1,第十三章 蜗杆传动,13.5 蜗杆传动受力分析和效率计算,13.5.2 蜗杆传动的效率,功率损失有：,轴承摩擦损耗；,齿面间的啮合摩擦损耗；,溅油损耗。,总效率为：,传动啮合效率,1,蜗杆主动：,蜗轮主动：,第十三章 蜗杆传动,相对滑动速度：,第十三章 蜗杆传动,导程角是影响蜗杆传动效率的主要参数之一，,1,随,的增大而提高，当,=45,-,v,/2,时，效率,1,最大。,z,1,=1, z,1,=2, z,1,=4 z,1,=6,=0.7 =0.8 =0.9 =0.95,估算,总效率,一般取,2,.,3,=0.950.96,提示：,设计完成后，需验算,，,若与初选值相差太远，则需重选,再设计。,第十三章 蜗杆传动,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,闭式动力传动：,按接触疲劳强度设计计算，确定传动尺寸，再作弯曲疲劳校核计算，并进行热平衡计算。,开式传动：,按弯曲疲劳强度进行设计计算，确定传动尺寸。,13.6.1 初选,d,1,/a,值,第十三章 蜗杆传动,设计公式,13.6.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,以赫兹公式为原始公式，按节点处啮合条件来计算。,校核公式,第十三章 蜗杆传动,13.6.3 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算,13.7 蜗杆轴挠度计算,校核蜗杆的弯曲刚度,工作温度10 m/s,时蜗杆上置,有利于润滑,避免过大的搅油损失,蜗杆下置,蜗杆上置,13.9 蜗杆传动的润滑,13.9.1 润滑油粘度和润滑方法,常采用粘度较大的润滑油。,13.9.2 蜗杆布置和润滑方式,蜗杆传动是啮合传动，它在中间平面中，蜗轮与蜗杆的啮合，相当于斜齿轮与直齿条相啮合。因此，在受力分析、失效形式及强度计算等方面，它与齿轮传动有许多相似之处。就蜗杆而言，又与螺杆有相似之处，蜗杆齿为连续不断的螺旋齿轮，故传动平稳、噪声低，并可在一定条件下实现自锁。但由于在啮合处存在相当大的滑动，因而其失效形式主要是胶合、磨损与点蚀，且传动效率较低。所以在材料与参数选择、设计准则及热平衡计算等方面又独具特色。由于效率较低，故不适合于大功率和长期连续工作的场合。,1、蜗杆传动的特点及应用,2、蜗杆传动的正确啮合条件,3、蜗杆的直径系数,1）物理意义,切制蜗轮时用的是蜗轮滚刀，其齿形参数和直径尺寸等要求与该蜗轮配对啮合的蜗杆完全一致。在同一模数时，由于齿数及导程角的变化，将有很多直径不同的蜗杆可供选择，这就要配备很多加工蜗轮的滚刀。为了减少加工蜗轮滚刀的数目，便于刀具的标准化，将,d,1,定为标准值，即对应每一个,m,规定一定数量的,d,1,。d,1,与,m,的比值称为直径系数,q。,2）,q,对传动性能的影响,若,q,增大，则,d,1,增大，即蜗杆刚性提高。又当,z,1,一定时，若增大,q，,则,减小而使效率降低，但自锁性好；反之，,增大，则效率提高。因此，对于小模数的蜗杆，宜选用较大的,q,值，以保证足够的刚度与强度，适用于小功率传动及需要自锁的场合；对于大模数的蜗杆，宜选用较小,q,值，以保证一定的效率，适用于较大功率的传动。,4、蜗杆传动变位的特点,为了保持刀具的尺寸不变，只对蜗轮进行变位。,变位的目的：,（1）凑中心距 （2）凑传动比,5,、蜗杆传动的失效形式、材料选用及强度计算特点,（1）由于采用材料和传动结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。又因啮合处的相对滑动速度大，所以其主要失效为表面失效，除点蚀外易产生胶合与磨损。因此，对于蜗杆传动中材料的组合，首先要求具有良好的减磨性和抗胶合能力，同时应具有一定的强度。通常蜗杆采用碳钢或合金钢；蜗轮材料则视其传动中相对滑动速度的高低而定。,（2）只需进行蜗轮轮齿的强度计算，对蜗杆必要时应进行刚度校核。,一般情况下，蜗轮轮齿很少发生弯曲疲劳折断，只有当,z,2,80100,或开式传动时，才对蜗轮进行弯曲疲劳强度计算。因此，对闭式蜗杆传动，仅按蜗轮齿面接触强度进行设计，而无需校核蜗轮轮齿的弯曲强度。,6、蜗杆传动具有那些特点？它为什么要进行热平衡计算？若热平衡计算不合要求时怎么办？,蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声低和在一定条件下能自锁等优点而获得广泛的应用。但蜗杆传动在啮合平面间将产生很大的相对滑动、摩擦发热大、效率低等缺点。,正是由于存在上述缺点，故需要进行热平衡计算。当热平衡计算不合要求时，可采取如下措施：,（1）在箱体外壁增加散热片，以增大散热面积。,（2）在蜗杆轴端设置风扇，以增大散热系数。,（3）若上述办法还不能满足散热要求，可在箱体油池中装设蛇形冷却管，或采用压力喷油循环润滑。,1,、与齿轮传动相比较，,不能作为蜗杆传动的优点。,A,、传动平稳,B,、传动比可以较大,C,、可产生自锁,D,、传动效率高,2,、阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的,模数，应符合标准值。,A,、端面,B,、法面,C,、中间平面,3,、在标准蜗杆传动中，蜗杆头数一定时，若增大蜗杆直径系数，将使传动效率,。,A,、提高,B,、减小,C,、不变,D,、增大也可能减小,4,、在其它条件相同时，若增加蜗杆头数，则滑动速度,。,A,、增加,B,、不变,C,、减小,D,、可能增加也可能减小,5,、蜗杆常用材料是,。,A,、,HT150,B,、,ZCuSn10P1,C,、,45,号钢,D,、,GCr15,6,、对蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高导致,。,A,、材料的机械性能下降,B,、润滑油变质,C,、蜗杆热变形过大,D,、润滑条件恶化而产生胶合失效,7,、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径取标准值，其目的是,。,A,、限制加工蜗杆的刀具数量,B,、限制加工蜗轮刀具的数量，并便于刀具的标准化,C,、便于装配,D,、提高加工精度,