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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,*,第六章 蜗杆传动设计,研制：侯,玉英,一蜗杆传动组成,由蜗轮和蜗杆组成,蜗轮,蜗杆,a）,蜗杆下置,b）,蜗杆上置,二蜗杆传动的应用,蜗杆传动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。,三本章,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,1.结构紧凑，传动比大(动力传动中，,一般单级传动比,i,=880，,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,蜗杆,传动缺点,在制造精度和传动比相同的情况下，蜗杆传动的摩擦发热大，效率比齿轮传动低，只宜用于中、小功率的场合,一蜗杆传动的特点,蜗杆传动优点,3-1,蜗杆传动概述,二、蜗杆传动的分类,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,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,普通圆柱蜗杆的齿,面一般是在车床上用直,线刀刃的车刀车制的,(,zK,型,蜗杆除外,),。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,。,一）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）,一）普通圆柱,蜗杆传动,蜗杆齿廓特点：,垂直于轴线的剖面,上齿廓为阿基米德,螺旋线；,通过蜗杆轴线的剖,面上为直线齿廓；,不便加工，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。,蜗轮齿廓及,蜗杆蜗轮传动,特点：,蜗轮齿廓,在中间平面上（,通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线,的平面,）,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齿轮、齿,条的啮合关系,阿基米德圆柱蜗杆传动,A,A,中间平面,2.渐开线蜗杆（,ZI）,蜗杆齿廓特点：,蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线,一）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：,蜗杆法面齿廓为直线，端面齿廓为延伸渐开线,一）普通圆柱,蜗杆传动,蜗杆加工简单，可以磨削，用于头数、精密的蜗杆传动。,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。,二)圆弧圆柱,蜗杆传动,圆弧圆柱,蜗杆的齿,形分为,圆弧圆柱,蜗杆轴向剖面为,圆弧形齿廓，用车刀车削,用轴向剖面为,圆弧的环面砂轮，装在,蜗杆螺旋线的,法面上，,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，也是线接触的啮合传动，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，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,3-2,普通圆柱蜗杆传动基本参数及几何尺寸计算,一,普通圆柱蜗杆传动的基本参数及,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,阿基米德蜗杆在主剖面内相当于齿轮与齿条的啮合传动。,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。,一）,模数,m,和压力角,蜗杆轴面压力角,x1,=,蜗轮端面压力角,t2,=,标准压力角,=20,A,A,蜗杆轴面,模数,m,x1,=,蜗轮端面模数,m,t2,=,标准模数,m,中间平面,二）蜗杆分度圆直径(又称中圆直径),d,1,和直径系数,q,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。这样，,只要有一种尺寸的蜗杆，就必须有一种对应的蜗轮滚刀。为,了减少蜗轮滚刀的数目，为便于蜗轮滚刀的标准化，,规定,蜗,杆直径,d,1,为标准值，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6-1。,因此，蜗杆分度圆直径,:,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,，,效率高，330的蜗杆具有自速性。,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,三）,蜗杆分度圆柱导程角,三）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6-2,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14,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,，,蜗杆轴跨距，刚度,对蜗轮加工,Z,2,蜗轮轮齿根切,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,4,传动比,蜗杆头数,蜗轮齿数,2840,1427,913,78,2832,2752,2881,2880,3 4,23,12,40,1,40,二.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,2,1,2,三.普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,一）普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸,b,1,2,d,f1,d,1,d,a1,p,z,R,1,R,2,B,d,2,d,f2,d,a2,b,2,中间平面,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表-2,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,2,一蜗杆、蜗轮配对材料选择,3-,3 蜗杆传动的,材料选择,、失效形式及设计准则,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 20,Cr、20CrMnTi、12CrNi3A,表,面渗碳淬火(齿面硬度,56,62,HRC）,冲击小 40、45钢和40,Cr、40CrNi、,42SiMn,表面淬火(齿面硬度4,5,55,HRC）,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220,300,HBS）,。,蜗杆,常用,材料,高速重,载蜗杆,一）蜗杆材料选择:,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,4ms,选锡青铜,作蜗轮的齿圈,V,S,24ms,选铝铁青铜,V,S,2ms,选灰铸铁,选择方法:初估滑动速度,V,S,=（0.020.03）,青铜,蜗轮,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。,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。,结束,制作：,侯玉英,
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