蜗杆传动类型和特点

机械设计,第六章,蜗杆传动,*,蜗杆传动,蜗杆传动,类型和特点,失效形式、材料选择与结构,主要参数和几何关系,蜗杆传动受力分析和效率,蜗杆传动的强度计算,蜗杆传动热平衡计算,1,蜗杆传动类型和特点,一、特点和应用,外形类似：,螺旋,与,斜齿轮,的传动,从中间平面剖开：,齿轮,与,齿条,的传动,1,、应用,P 750KW,（通常,50KW,），,V,s,35 m/s,（通常,15 m/s,）。,由于,i,大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。,2,、特点,1,）,工作平稳,：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。,2,）,i,大,蜗杆,1,、,2,、,4,、,6,传递动力时：,i=8100,（常用,1550,）,传递运动时：,i=,几百,上千（单头，,）,用于传递,交错轴,之间的回转运动。 一般：,空间垂直,为什么？,优点：,齿轮,z,1,17,3,）,结构紧凑,、重量轻、噪音小。,4,）,自锁性能好,(,用于提升机构,),。,缺点：,1,）制造成本高，加工困难。,2,）,滑动速度,v,s,大。,3,）,低。,4,）,蜗轮,需用贵重的,减摩材料,。,1,、按蜗杆形状分,圆柱蜗杆,环面蜗杆,锥蜗杆,二、分类,ZA,型,:,阿基米德蜗杆,中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合,端面：阿基米德螺旋线,ZI,型,:,渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动,ZN,型,:,法向直廓蜗杆,(,刀具加工,位置不同,),圆柱蜗杆,锥蜗杆,：啮合齿数多，,，平稳，承载。,环面蜗杆,：接触齿对数，承载（,1.54,）倍，,高，但制造安装要求高。,2,、按蜗杆头数分,单头,蜗杆：,i,，自锁性，,多头,蜗杆：相反,3,、按旋向分,左旋,右旋,一般采用,右旋,三、精度等级,12,个等级：,动力传动：,69,级,测量分度：,5,级或以上,2,失效形式、材料选择和结构,一、失效形式,与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断,v,s,、发热 主要为：,胶合,、,磨损,、,点蚀,蜗轮强度较弱，失效主要发生在,蜗轮,上。,二、材料,v,s,减摩性 、强度,不能都用硬材料,1,、蜗轮,指齿冠部分材料：,减摩材料,铸锡青铜：,v,s,1226m/s,铸铝青铜：,v,s,10m/s,，抗胶合能力差,铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于,v,s,小场合,HT,、,QT,：,v,s,2m/s,大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）,2,、蜗杆,材料,碳钢,合金钢,热处理,硬面蜗杆：,首选,淬火磨削,调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。,3,圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算,一、基本齿廓,中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。,二、模数,m,正确啮合条件：,轴向,端面,标准值,(,与齿轮不同,表,13.4),蜗杆导程角,三、齿形角,刀具基准齿形的齿形角：,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角,法向直廓蜗杆：法向齿形角,四、蜗杆分度圆直径,d,1,（中圆直径）,刀具数量,同一,m,的蜗杆，应对直径,d,1,进行限制,d,1,为标准值,d,1,p,x,p,x,加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但,m,一定时，由于,z,1,和,的变化，,d,1,是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。,五、蜗杆直径系数,q,d,1,、,m,为标准值,q,为导出值,不一定为整数。,六、蜗杆导程角,制造困难,m,一定时，,qd,1,蜗杆刚度,z,1,一定时，,q,，自锁性, 小,m,蜗杆选用大,q,，保证强度和刚度适于小,P,大,m,蜗杆选用小,q,，保证效率适于大,P,传递,动力,时,:,头数,z,1, 采用,多头蜗杆,传递,运动,时,:,保证自锁,( ),z,1,采用,单头蜗杆,七、,z,1,、,z,2,蜗杆,头数,z,1,：蜗杆上蜗旋线的数目。,z,1,=1,、,2,、,4,、,6,等,z,1,加工困难,传递动力：,（传动平稳性，避免根切）,(z,2,d,2,蜗杆轴长,刚度,), 一般取,z,2,=3280,z,1,z,2,：,互质,均匀磨损,八、,i,、,u,蜗杆主动时,:,九、中心距,a,（应按,p264,系列值选取）,十、变位系数,1,、变位目的：配,凑中心距,；,凑传动比,。,2,、变位方法：与齿轮变位相同,靠,刀具的移位,实现变位。,故：蜗杆尺寸不能变动，,只能对蜗轮变位,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。,4,、变位类型,1,）,齿数不变，凑,a,x0,，正变位,x0,负变位,3,、变位结果,蜗杆,各部分尺寸不变,，但节线变化,蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆。,蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线,(,分度圆柱上母线,),蜗轮,尺寸发生变化,，但,2,）,a,不变，齿数变化，凑,i,凑,i,：（,a,不变， ,）,4,受力分析与效率计算,一、作用力,圆周力：,轴向力：,(,蜗杆主动,),啮合效率,忽略,F,f,径向力：,方向判定：,1,）蜗轮转向,已知：,n,1,、旋向,n,2,左、右手定则：四指,n,1,、拇指,反,向：啮合点,v,2,n,2,2,）各分力方向,F,r,：,指向各自轮心,F,t,蜗杆,与,n,1,反向,蜗轮,与,n,2,同向,F,a,蜗杆,：,左、右手定则,蜗轮：,n,2,n,1,3,）旋向判定,蜗轮与蜗杆旋向相同,。,v,2,练习：,n,1,n,1,F,r1,F,r2,F,t1,x,F,a2,F,a1,F,t2,右旋,n,2,F,r1,F,r2,F,t1,F,a2,x,F,a1,F,t2,n,2,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. n,4,n,3,n,2,F,t2,F,a2,2. F,a3,F,a2,F,t1,n,1,蜗轮右旋,n,4,输出,1,2,3,4,蜗杆右旋,二、传动效率,与齿轮类似：,1,、啮合,1,：近似按螺旋副计算,（蜗杆主动）,（蜗轮主动）,v,当量摩擦角，,说明：,1,）,v,s,v,v,油膜易形成,1,2,）,为影响,1,的主要因素,：,1,时，,1, max,此后，,1,2,、,2,搅油效率：,3,、,3,轴承效率：,5,圆柱蜗杆传动的强度计算,蜗轮齿强度低于蜗轮齿,计算针对,蜗轮,一、接触强度计算,校核式,设计式,参数说明：,1,）,T,2,蜗轮转矩,N mm,2,）,K,A,使用系数,表,12.9,（同齿轮传动）,3,）,Z,E,弹性系数,表,13.2,，,P260,4,）,Z,接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,Z,初值,a,根据,查得。,设计时：,未知，,初选,值,（蜗杆主动）,6,温度计算（热平衡计算）,由于,发热大,易胶合,即：,发热率,H,1,=,散热率,H,2,摩擦功耗：,冷却散去的热量：,环境温度,t,0,=20,箱内工作温度,散热面积，可由,13.27,式估算,表面传热系数，,则：,热平衡计算,油温比,t,1,高,15,左右，,蜗杆上置：飞溅冷却作用差,若,t,1,太高，可采取如下措施：,2,、蜗杆轴端装风扇,1,、加散热片,3,、外冷却压力喷油润滑,4,、油池内安装蛇形冷却水管,习题：,蜗轮蜗杆传动,一、选择题,1,、当两轴线,时，可采用蜗杆传动。,（,1,）平行；（,2,）相交；（,3,）垂直交错；,2,、在蜗杆传动中，通常,为主动件。,（,1,）蜗杆；（,2,）蜗轮；（,3,）蜗杆或蜗轮都可以；,3,1,3,、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角,当量摩擦角。,（,1,）小于；（,2,）大于；（,3,）等于；,4,、起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应用,蜗杆。,（,1,）单头、小导程角；（,2,）单头、大导程角；（,3,）多头、小导程角；（,4,）多头、大导程角；,5,、为了减少蜗轮滚刀型号，有利于刀具标准化，规定,为标准值。,（,1,）蜗轮齿数；（,2,）蜗轮分度圆直径；（,3,）蜗杆头数；（,4,）蜗杆分度圆直径；,6,、为了凑中心距或改变传动比，可采用变位蜗杆传动，这时,。,（,1,）仅对蜗杆进行变位；（,2,）仅对蜗轮进行变位；（,3,）同时对蜗杆、蜗轮进行变位；,1,1,4,2,7,、蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中,最易发生。,（,1,）点蚀与磨损；（,2,）胶合与磨损；（,3,）轮齿折断与塑性变形；,8,、蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对,来进行的。,（,1,）蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度；（,2,）蜗轮齿面接触强度和蜗杆齿根抗弯强度；（,3,）蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度；（,4,）蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度；,9,、对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了,。,（,1,）防止润滑油受热膨胀后外溢，造成环境污染；（,2,）防止润滑油温度过高而使润滑条件恶化；（,3,）防止蜗轮材料在高温下力学性能下降；（,4,）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏,；,10,、与齿轮传动相比，,不能作为蜗杆传动的优点。,（,1,）传动平稳，噪声小；（,2,）传动比可以很大；（,3,）可以自锁；（,4,）传动效率高；,2,4,2,4,二、试分析如图所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。,右旋蜗杆（主动）,2,3,4,1,右旋蜗杆（主动）,F,t1,F,r4,F,a2,F,t3,F,t2,F,t4,F,a1,F,a4,F,a3,F,r1,F,r2,F,r3,