第12章蜗杆传动设计

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,*,第十二章 蜗杆传动设计,蜗杆传动组成,由蜗轮和蜗杆组成,蜗轮,蜗杆,a,）,蜗杆下置,b,）,蜗杆上置,蜗杆传动的应用,用于传递空间两交错轴之间的运动和转矩，两轴线之间交错的夹角可以是任意的，但最常用的是两轴在空间相互垂直，轴交角,为,90,。,本章主要内容,蜗杆,传动,类型、特点，几何尺寸计算,主要参数及其选择，轮齿受力分析,重点,蜗杆传动承载能力计算,蜗轮轮齿强度、蜗杆刚,度计算,蜗杆传动热平衡计算,控制温升，防止胶合破坏,右旋蜗杆,左旋蜗杆,单多头蜗杆,蜗杆传动在现代工业中应用广泛；在机床制造业中，普通圆柱蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速转动工作台和连续分度机构的唯一传动型式，冶金工业轧机压下机构都采用大型蜗杆传动；煤矿设备中各种类型绞车及采煤机组牵引传动；起重运输业中各种提升设备、电梯、自动扶梯及无轨电车等的传动，其他，如精密仪器设备，军工、宇宙观测中蜗杆传动常用作分度机构、操纵机构、计算机构、测距机构等等。,涡轮蜗杆减速机,1.,结构紧凑，传动比大,(,动力传动中，,一般单级传动比,i,=8,80,，,在分度传,动中，可达,1000),，,2.,传动平稳，振动、冲击和噪声均很,小，在一定的条件下具有自锁性等,传动缺点,摩擦发热大，,齿面的相对滑动速度大,，效率比齿轮传动低，只宜用于中、小功率的场合,.,蜗杆主动时，,=0.7,0.8,；传动自锁场合，,=0.4,一蜗杆传动的特点,蜗杆传动优点,12-1,蜗杆传动的类型及特点,其齿面一般是在车床上用直线刀刃的,车刀切制而成，车刀安装位置不同，,加工出的蜗杆的齿廓形状不同。,蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，,传动平稳,；齿面利于润滑油膜形成，传动,效率较高；,重合度大；承载能力和效率较高。,阿基米德蜗杆,（,ZA,蜗杆）,渐开线蜗杆,（,ZI,蜗杆）,法向直廓蜗杆,（,ZN,蜗杆）,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,二、蜗杆传动的类型,本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。,n,1,n,2,圆柱蜗杆传动,n,1,n,2,环面蜗杆传动,n,1,n,2,锥蜗杆传动,齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。车刀,安装位置,的不同，所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的,齿廓曲线,也不同,。,1.,普通圆柱蜗杆传动,2,0,阿基米德螺旋线,直廓,2,0,凸廓,N-N,I-I,1,） 阿基米德蜗杆（,ZA,）,1.,普通圆柱,蜗杆传动,蜗杆齿廓特点：,法向截面,N-N,上齿廓为外凸曲线；,通过蜗杆轴线的截面,I-I,上为直线齿廓；,蜗杆车制简单，且难于磨削，不易保证精度，用于低速、轻载或不太重要的传动。,端面上的齿廓为阿基米德螺旋线；,蜗轮齿廓及,蜗杆蜗轮传动,特点：,蜗轮齿廓,在中间平面上蜗轮齿廓为渐开线,蜗杆蜗轮传动,特点,在中间平面上蜗杆蜗轮的啮合如渐开线齿,轮与齿条的啮合关系,阿基米德圆柱蜗杆传动,A,A,中间平面,中间平面：通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面。,2,）渐开线蜗杆（,ZI,）,蜗杆齿廓特点：,齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线。,1.,普通圆柱,蜗杆传动,蜗杆可以磨削，易保证加工精度，用于头数较多、转速较高和较精密的传动。,d,b,渐开线,I-I,凸廓,0,直廓,凸廓,0,I,I,蜗杆可用两把直,线刀刃的车刀在车床,上车制。加工时，两,把车刀的刀刃平面一,上一下与基圆相切，,被切出的蜗杆齿面是,渐开线螺旋面，端面,的齿廓为渐开线。,3,）法向直廓蜗杆（,ZN,）,蜗杆齿廓特点：,法面齿廓为直线，端面齿廓为延伸渐开线。,1.,普通圆柱,蜗杆传动,蜗杆加工简单，可以磨削，用于多头精密蜗杆传动。,N,N,I,I,I-I,凸廓,2,0,直廓,N-N,d,0,延伸渐开线,车制时刀刃顶面置于螺旋线的法面上，蜗杆在法向剖面上具有直线齿廓，在端面上为延伸渐开线齿廓。,2.,圆弧圆柱,蜗杆传动,圆弧圆柱,蜗杆的齿,形分为,轴向剖面为,圆弧形齿廓，用车刀车削,用,环面砂轮,进行磨削。,阿基米德螺旋线,I,I,I-I,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,N-N,N,N,圆弧圆柱,蜗杆,与普通圆柱,蜗杆的区别：,1,）在主剖面上蜗杆齿廓为凹弧形，与之配合的蜗轮齿廓,为凸弧形；,2,）凹凸弧齿廓啮合传动，接触处的综合曲率半径大，承载,能力高，比,普通圆柱,蜗杆高,50,%150%,；,3,）瞬时接触线与滑动速度交角大，有利于啮合面间油膜,形成，摩擦小，效率高,(,可高达,0.95),，蜗杆可磨削，精,度高，用于冶金、矿山、化工、起重运输机械。,接触线,v,s,v,t,4 ),传动中心距难以调整，对中心距误差的敏感性大。,12-2,普通圆柱蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算,一,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及,其选择,b,1,2,d,2,d,f1,d,1,d,a1,p,z,d,f2,d,a2,R,1,R,2,b,2,B,主要参数有：模数,m,、,压力角,、,蜗杆头数,Z,1,、,蜗轮齿数,Z,2,、,蜗杆直径系数,q,、,蜗杆分度圆柱导程角,等。,1.,模数,m,和压力角,蜗杆轴向压力角,x1,=,蜗轮端面压力角,t2,=,标准压力角,=20,A,A,蜗杆轴向模数,m,x1,=,蜗轮端面模数,m,t2,=,标准模数,m,中间平面,标准模数,m,按表,12-1,选用。,2.,蜗杆分度圆直径,(,又称中圆直径,),d,1,和直径系数,q,为了减少蜗轮滚刀的数目，为便于蜗轮滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径，,且与,m,搭配。,d,1,与,m,的比值称为蜗杆直径系数，用,q,表示，即：,注意：,由于,d,1,与,m,均为标准值，故,q,是,d,1,、,m,两个参数的导出值，不一定是整数，,d,1,、,m,、,q,之间关系见表,12-1,。,因此，蜗杆分度圆直径,:,蜗杆传动中，为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆具有同样参数的蜗轮滚刀来加工与其配对的蜗轮。,3.,传动比,i,、,蜗杆头数,Z,1,及蜗轮齿数,Z,2,2,）蜗杆头数,Z,1,蜗杆螺旋线数,对结构尺寸：,i,一定时，,Z,1,则,Z,2,尺寸,，且加工困难,对效率,Z,1,时，,其效率,啮,=tan/tan,（,+,v,）,对自锁,Z,1,时，,自锁性好,Z,1,影响,考虑传动比,i,则,Z,1,，,i,时,Z,1,见表,12-2,考虑用途,对,反行程,有自锁要求的传动取,Z,1,=1,考虑效率要求,要求,啮,时宜选,Z,1,一般取,1,4,通常取,2,，,3,Z,1,选,择原则,通常蜗杆传动是以蜗杆为主动的减速装,置，故传动比与齿数比相等，即：,1,）,传动比,i,注意：,i,= =,n,2,z,1,n,1,z,2,d,1,d,2,=?,i,= =,n,2,z,1,n,1,z,2,= u,d,1,=,qm,Z,1,m,3,）蜗轮齿数,Z,2,具体选择时，还应考虑,i,、,z,1,、,z,2,匹配关系,对蜗杆刚度,m,不变时，,Z,2,则,d,2,，,对蜗轮加工, Z,2,影响,避免产生根切，与单头蜗杆啮合的蜗轮，其齿数,17,增大啮合区提高平稳性，通常规定,28,（保持两对齿啮合）,为,防止,蜗轮尺寸过大造成蜗杆轴跨距大,降低蜗杆的弯曲刚度, Z,2max, 80,。,Z,2,选,择,蜗杆头数与蜗轮齿敷的荐用值,6,传动比,蜗杆头数,蜗轮齿数,30,83,15,32,7,16,5,8,29,31,29,61,29,61,29,80,4,2,1,蜗杆轴跨距，刚度,蜗轮轮齿易发生根切,蜗杆分度圆,导程角,蜗杆轮齿的切线与其端面之间的夹角,导,程,（,同一条螺旋线上相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）,：,p,z,=z,1,p,x,蜗杆轴向齿距,（相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）,：,p,x,=,m,，传动效率高； ,330,的蜗杆具有自锁性。,d,1,导程,p,z,p,x,d,1,d,1,导程角与导程的关系,导程角：,p,x,tan,= = = = =,p,z,d,1,z,1,p,x,d,1,z,1,m,d,1,z,1,m,qm,z,1,q,3.,蜗杆分度圆柱导程角,蜗杆传动的正确啮合条件,当两轴线交错角,=90,时，导程角,应与蜗轮分度圆柱螺旋角,等值且方向相同。,1,=,2,蜗杆传动的正,确啮合条件,O,1,O,1,1,1,O,2,1,=,2,O,1,O,1,O,2,O,2,1,2,二 蜗杆传动变位的特点,变位：即加工蜗轮时，改变刀具的径向位置。而蜗杆相当于刀具。,故，,只是蜗轮变位，而蜗杆不变位,。即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。,但是，变位以后，,蜗杆的节圆改变,，而,蜗轮的节圆永远与分度圆重合,。,变位的目的：凑中心距或传动比，使之符合标准值或推荐值，强度方面的考虑是次要的。,GB/T10085-1988,推荐的中心距：,40,；,50,；,63,；,80,；,100,；,125,；,160,（,180,）；,200,（,225,）；,250,（,280,）；,315,（,355,）；,400,（,450,）；,500,。,括号内的数字尽可能不用。,传动比的公称值：,5,；,7.5,；,10,；,12.5,；,15,；,20,；,25,；,30,；,40,；,50,；,60,；,70,；,80,；其中，,10,，,20,，,40,，,80,为基本传动比，应优先选用。,1.,凑中心距,常取 ,0.5,x,0.5,。为了有利于蜗轮轮齿强度的提高，最好取正值。,变位前后，蜗轮的齿数保持不变，仅改变传动的中心距。由,a,变为,a,变位前,变位后,变位系数,2.,凑传动比,变位前后，中心距保持不变，用改变蜗轮齿数来达到传动比略作调整的目的。由,z,2,变为,z,2,变位后,变位系数,三,.,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,1.,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸,b,1,2,d,f1,d,1,d,a1,p,z,B,d,2,d,f2,d,a2,中间平面,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表,12-3,注意：,1.,蜗杆分度圆直径：,d,1,=qm,Z,1,m,2 .,蜗杆传动的中心距：,a,=0.5,（,d,1,+d,2,）,=0.5m,（,q+Z,2,）,0.5m,（,Z,1,+Z,2,）,分度圆直径,d,2,顶圆直径,d,a,2,根圆直径,d,f2,3 .,蜗轮的,指,蜗轮中间,平面上的值,中间平面,d,2,d,f2,d,a,2,假定作用在蜗杆齿面上的法向力,Fn,集中在点,C,一蜗杆传动的受力分析,径向分力,F,r1,Fn,分,解为,切向分,力,F,圆周力,F,t1,轴向力,Fa1,2,o,2,o,2,o,1,o,1,圆周力,F,t1,径向力,F,r1,蜗杆齿面上,的法向力,F,n,轴向力,Fa1,切向力,F,C,n,1,T,1,n,1,T,1,12-,3,蜗杆传动的受力分析、失效形式及材料选择,F,t2,F,a1,蜗杆上的径向力与蜗轮上的径向力，大小相等而方向相反,。,F,a2,F,t1,F,r2,F,r1,一）各力相互之间的关系,蜗杆上的轴向力与蜗轮上的圆,周力大小相等而方向相反,。,蜗杆上的圆周力,与蜗轮上的轴向力大小相等而方向相反,。,即：,即：,即：,二） 各力的大小,蜗杆分度圆柱导程角。,式中：,T,1,、,T,2,蜗杆、蜗轮上的工作转矩,(T,2,= T,1,i,，,i,为传动,比，,为传动效率,),；,d,1,、,d,2,蜗杆、蜗轮的分度圆直径；,n,蜗杆法面压力角；,F,a1,F,r1,F,t1,n,1,F,a2,F,r2,F,t2,n,2,三）各力方向判定,F,t1,（,蜗杆）,蜗杆为主动件,受的是,阻力，与力的作用点速度方向相反,径向力,沿各轮半径指向轴心；,F,a1,（,蜗杆）,方向由左（右）手,定则来确定。,右旋用右手，四指弯,曲方向表示转向，大拇指指向,。,蜗轮旋转方向,n,2,根据螺旋传动方法判断,四）各力在蜗杆传动简图上表示,力在传动简图上表示,n,2,n,1,o,1,o,1,O,2,F,t2,F,a,1,F,r1,F,t1,F,r2,F,a,2,圆周力,F,a2,（,蜗轮）,与,F,t1,方向相反,F,t,2,（,蜗轮）,蜗轮为从动件,受的,是推力，故,F,t,2,与力的作用点速度方,向相同,轴向力,位于纸面内的力：用画箭头方法表示,垂直于纸,面的力,背离读者时：用 表示,指向读者时：用 表示,二,蜗杆传动的失效形式及计算准则,一）蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的失效特点,由于材料和结构上的原因，在一般情况下，失,效多发生在蜗轮上。,闭式蜗杆传动主要失效形式：,蜗,轮,齿面点蚀,齿面接触应力,H,循环作用引起；,当,z,2,80,时也会出现轮齿的弯曲折断,d,1,d,2,2,1,1,v,1,v,s,v,2,开式蜗杆传动的主要失效形式,蜗轮轮齿的磨损。,齿面胶合,由于蜗杆蜗轮齿面间的相对滑动速度较大（ ），效率低发,热量大，使润滑油粘度因温度升高而下降，润滑条件变坏，容易发生胶合或点蚀。,开式蜗杆传动,主要是控制因磨损而引起的蜗轮轮齿的,折断,，按,齿根,弯曲,疲劳强度,条件,设计,计算,或校核,计算,。,二）计算准则,闭式蜗杆传动,按齿面接触强度设计，校核齿根弯曲强,度，连续工作的闭式传动，摩擦发热大，效率低，温,度升高，散热不好，引起润滑条件恶化而产生胶合，,还需进行传动效率和热平衡计算以控制温升。,三蜗杆、蜗轮配对材料选择,特点,结构细而长易变形，一般为主动件，,n,1,应力,循环次数,N,1,，,且连续运转；,要求,材料的抗变形能力强（,E,）；,轮齿强度要高,（,B,S,）；,冲击大, 20Cr,、,20CrMnTi,表面渗碳淬火,(,齿面硬度,56,62HRC,）,冲击小, 40,、,45,钢和,40Cr,、,40CrNi,、,42SiMn,表面淬火,(,齿面硬度,4,5,55HRC,）,不太重要的低速中载蜗杆,用,45,、,40,等碳素钢调,质处理（,硬度为,220,300HBS,）,。,蜗杆,常用,材料,高速重,载蜗杆,1.,蜗杆材料选择,:,材料的选择首先应满足强度要求，同时针对失效形式，蜗杆蜗轮的材料组合应具有良好的减摩和耐磨性能。对于闭式传动，还要注意抗胶合性能。,二）蜗轮的材料选择,强度足够,减摩性好（,f,V,）：,f,V,钢,-,青铜,f,V,钢,-,铸铁,f,V,钢,-,钢,对材料,要求,常用,材料,锡青铜,ZCuSn10PI,等,耐磨性最好，但价格,较高,用于高速或重要传动,铝铁青铜,ZcuAl10Fe3Mn2,耐磨性较好，但,价格便宜，用于中速，较重要传动,灰铸铁,(HTl50,或,HT200),用于低速轻载,V,S,4m,s,选锡青铜,作蜗轮的齿圈,V,S,2,4m,s,选铝铁青铜,V,S,2m,s,选灰铸铁,选择方法,:,初估滑动速度,V,S,=,（,0.02,0.03,）,青铜,蜗轮,12-4,普通圆柱蜗杆传动的设计计算,由于蜗杆材料是钢，而蜗轮材料为青铜等，以及结构上的原因，在一般情况下，失效多发生在蜗轮上。因为蜗轮一般模数较大，很少发生齿根疲劳断裂，所以闭式传动，仅按齿面接触强度计算开式传动，仅计算齿根弯曲强度。,蜗轮与蜗杆啮合处的齿面接触应力，与齿轮传动相似，利用赫芝应力公式，考虑蜗杆和蜗轮齿廓特点，可得齿面接触疲劳强度条件计算式。由,弹性系数,铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆组合时,为接触线长度；因为蜗杆传动平稳,（与齿轮同，查表,11-5,）,一、齿面接触疲劳强度条件,1.,齿面接触线单位长度上的计算载荷,d,2,d,f2,d,a,2,最小接触线长度,取,0.75,2.0,2,100,代入得,2.,综合曲率半径,由于蜗杆齿形在中间平面为齿条,1,=,，取,sin,n,sincos,将,的平均值代入后, -,接触线长度变化系数,-,端面重合度,=1.8-2.2,2,蜗轮齿宽角,3.,齿面接触疲劳强度计算,将各结果代入基本公式,弹性系数,铜或铸铁蜗轮,与钢蜗杆组合时,校核式：,设计式,：,使用系数,同齿轮,求出,m,2,d,1,后，按表,12-1,查出相应的,m,，,d,1,及,q,值，作为蜗杆传动的设计参数。,上式中：,T,1,=9.5510,6,P,1,/n,1,（,N.mm,）,4.,许用接触应力,分两种情况,）蜗轮材料为强度极限,b,小于,300MPa,的青铜，而蜗杆材料为钢时，主要失效为疲劳点蚀。传动的承载能力常取决于蜗轮的接触疲劳强度。,应力循环次数,N=10,7,时，材料的基本许用接触应力，表,12-5,应力循环次数,N,10,7,时，材料的许用接触应力应乘以寿命系数,Z,N,，即：,当,N2510,7,时，取,N=2510,7,）蜗轮材料为铸铁或强度极限,b,大于,300MPa,的青铜，主要失效为胶合，目前尚无成熟的胶合计算方法，按接触疲劳强度的计算公式设计。许用应力大小与应力作用次数无关，而与齿面间的相对滑动速度有关。,二、蜗杆的刚度计算核,蜗杆受力后，会产生弹性变形，过大的弹性变形会造成蜗杆齿面受力不均，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，需校核弯曲刚度,式中,F,t1,，,F,r1,蜗杆所受的圆周力和径向力；,E,蜗杆材料的弹性模量，,MPa,；,I,蜗杆危险截面的惯性矩，,I=,d,n,4,/64,，,mm,4,；,d,n,为蜗杆的齿根圆直径，,mm,；,L,蜗杆两端支撑间的跨距，,mm,，初步计算时可取,L,0.9d,2,；,d,2,是蜗轮分度圆直径，,mm,；,y,最大许用绕度，,mm,，一般取,y,d,1000,；,d,1,为蜗杆分度圆直径，,mm,12-,5,蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,1.,蜗杆传动的效率,(1),总,效率,浸入油中零件的,搅油损耗的效率,轴承的效率,轮齿啮合的效率,由于蜗杆传动的效率低，工作时会产生大量的热。在闭式蜗杆传动中，若散热不良，会因油温不断升高，使润滑失效而导致齿面胶合。所以，对闭式蜗杆传动要进行热平衡计算，以保证油温能稳定在规定的范围内,.,v,当量摩擦角，,v,=,arctanf,v,v,按上表查出,由于轴承摩擦及浸入油中零件搅油所损耗的功率不大，一般,2,3,0.95,0.96,，故总效率为,导程角,是影响蜗杆传动啮合效率最,主要的参数之一，从图可见，,l,随,增大而提高，但到一定值后即下降。,当,28,后，,l,随,的变化就比,较缓慢，而大导程角的蜗杆制造比,较困难，所以一般选取,28,。,设计之初，为求出蜗轮轴上的转矩,T,，可根据蜗杆头数,Z,1,对,效率作如下估取,：,闭式蜗杆传动的润滑油的粘度和润滑方法，主要根据相对滑动速度和工作条件来选择，见表,12,。开式蜗杆传动常采用粘度较高的齿轮油或润滑脂,。,、蜗杆传动的润滑,润滑对蜗杆传动十分重要，为减少磨损和防止产生胶合，往往用粘度大的矿物油进行良好的润滑，在润滑油中常加入添加剂，使其提高抗胶合能力。,l,1, , 0.7 0,8 0,85 0.9,闭式蜗杆传动采用浸油润滑时，蜗杆宜布置在下方，浸入油中的深度至少为蜗杆的一个齿高，且油面不应超过滚动轴承最低滚动体的中心。,只有当受结构布局的限制及其他一些特殊情况时，才采用蜗杆布置在上方的结构。这时，浸入油池的蜗轮深度允许达到蜗轮半径的三分之一。,如果采用喷油润滑，油嘴要对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时，两边都要装喷油嘴。,、蜗杆传动的热平衡计算,由于摩擦损耗全部转化为热量，对闭式蜗杆传动要进行热平衡计算，以保证油温能稳定在规定的范围内。,在单位时间内,式中，,1,为蜗杆传递的功率,W,；,-,蜗杆传动的总效率,。,发热,散热,环境温度,一般取,20,0,达到热平衡时的油温,散热面积,计算式,许用工作温度、,一般取,60,0,70,0,最高不要超过,80,散热面积,散热系数,若为自然冷却方式，则,热量从箱体外壁散发到周围空,气中，其单位时间内的散热量,箱体的散热系数，,12,18W,(m,),，大,值用于通风良好的环境,热平衡时,式中，,a,中心距，,mm,若 超过允许值，可采取以下措施，,以增加传动的散热能力：,在箱体外壁增加散热片,，增大散热面积,A,，,加散热片时，还应注意散热片配置的方向要,有利于热传导。,在蜗杆轴端设置风扇,，进行人工通风，增大散热系数，此时,s,20,28W,(m2),。,可在箱体油池中装设蛇形冷却管。,采用压力喷油循环润滑。,12-6,蜗杆和蜗轮的结构,一、蜗杆的结构,由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（,蜗杆轴,）。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用,铣制,的办法。,有退刀槽，螺旋部分,可用车制，也可用铣制加工，,但该结构的刚度,较前一种差。,虚拟现实中的蜗杆,当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,蜗杆和蜗轮的结构,二、蜗轮的结构,为了减摩的需要，,蜗轮通常要用青铜制作。,为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用,组合式蜗轮结构,，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,整体式蜗轮,配合式蜗轮,拼铸式蜗轮,螺栓联接式蜗轮,组合式蜗轮,例,1,图示蜗杆传动中，蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆（或,蜗轮）的螺旋线方向及转向，并在图中绘出蜗杆、蜗轮啮合点处,作用力的方向（用三个分力：圆周力,F,t,、,径向力,F,r,、,轴向力,F,表,示）。,n,1,a,）,蜗杆下置,b,）,蜗杆上置,n,1,n,1,C) 蜗杆侧置,蜗杆传动受力分析实例,a,）,因蜗轮是右旋,a）,n,2,n,2,b,）,因蜗杆是左旋，故蜗轮为左旋,b）,n,1,n,2,F,a,1,F,r1,F,t1,F,t2,F,r2,F,a,2,c,）,因蜗杆是右旋，故,蜗轮为右旋,C),n,2,解答：,1.,根据,蜗杆传动正确啮合条件,=,，,确定未注明的蜗杆（或,蜗轮）的螺旋线方向,2.,根据螺旋副的运动规律,，确定未注明的蜗杆（或蜗,轮）的转向。,3.,蜗杆、蜗轮啮合点处作,用力的方向,:,因蜗杆为主动件，,圆周力,F,t,1,与,其转向相反；,n,1,n,1,n,1,F,t2,F,r1,F,t1,F,a,1,F,r2,F,a,2,F,a,2,F,r2,F,t2,F,r1,F,t1,F,a,1,F,r1,F,r2,F,t2,F,t1,F,a,1,F,a,2,轴向力,Fa,1,可用右手定则判定,蜗轮所受各力根据蜗杆、蜗轮,各力之间的关系来确定。,径向力,Fr,1,指向轮心,O,1,；,故蜗杆为右旋,蜗杆传动设计注意事项,1,重视各种类型蜗杆传动的比较与选用,由于阿基米德蜗杆具有加工简便的优点，故在机械中应用最广。,圆弧圆柱蜗杆传动是一种凸凹齿廓相啮合的传动，具有效率高，承载能力强，体积小，结构紧凑等特点，它已制定了系列标准，并广泛用于冶金，矿山，化工，建筑，起重等设备的减速机构中。,环面蜗杆传动具有效率高，承载能力强的特点，但制造工艺复杂，国内应用还不广泛。在美国等工业发达国家，它已成为动力蜗杆传动的主要型式。,锥蜗杆传动，在美国由于有专业工厂成批生产，积累了较丰富的经验，解决了制造上的许多难点，用的相当多。但在国内尚处于试制阶段，未得到广泛应用。,2.,为了提高蜗轮副的耐磨性及降低成本，对尺寸较大的蜗轮，其轮缘采用铜合金材料，轮芯采用铸铁或钢。,3.,保证蜗杆轴具有足够的刚度，以避免与蜗轮啮合时，蜗杆轴产生过大的变形。,4.,为了保证蜗杆传动的正确啮合，要求蜗轮的中间平面通过蜗杆轴线。因此，在设计蜗轮轴的轴承部件组合结构时，一定要使轴能够进行轴向调整。,5.,一般情况下，可以利用蜗杆自锁来阻止某些机构的运动。但是，对于一些自锁失效会产生严重事故的场合（例如电梯，起重机），不能单靠蜗杆自锁把重物停止在空中，还需要另外采取更可靠的止动方式（如棘轮机构）确保安全。,6.,蜗杆减速器外壳散热片的方向与冷却方式有关。当没有风扇靠自然通风冷却时，由于空气受热后向上方流动，故散热片应取上下方向布置；当有风扇时，散热片应取风扇强制风流方向布置。,本章内容小结,类型、特点，,轮齿受力分析,重点,二,.,蜗杆传动承载能力计算,蜗轮轮齿强度、蜗杆刚度计算,三,.,蜗杆传动热平衡计算,控制温升，防止胶合破坏,蜗杆,传动,一,.,几何尺寸计算,主要参数及其选择,重点,结束,例题,例,12-1,设计离心泵站传动装置的圆弧圆柱蜗杆减速器。已知输入功率,P1=53kw,，转速,n1=1000r/min,，传动比,i=10,，载荷平稳，每天连续工作,8,小时，要求工作寿命,5,年。,解：,1,、选择蜗杆、蜗轮材料和热处理方式及精度等级本着可靠、实用和经济的原则，根据该离心泵传动装置传递功率较大、速度较高的实际工作情况，为了避免蜗轮尺寸过大，可选择较好的蜗杆、蜗轮材料。方案一：蜗杆材料为,40Cr,，表面淬火,(45,55HRC),后磨削；蜗轮轮缘材料为,ZCuSn10P1,，砂模铸造。选取,8,级精度,(GB10085,88),。方案二：蜗杆材料为,40Cr,，表面淬火,(45,55HRC),后磨削；蜗轮轮缘材料为,ZCuSn10P1,，离心铸造。选取,8,级精度,(GB10085,88),。,n1,n,2,F,a2,F,t2,F,r2,F,a1,F,t1,F,r1,圆周力方向,径向力,方向,蜗杆上,与转向相反,蜗轮上,与转向相同,和,指向各自的轮心,轴向力：,左旋蜗杆用左手法则,右旋蜗杆用右手法则,蜗杆上,用左右手法则判定,