机械设计课件蜗杆传动

单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授 2004年2月,第二级,第三级,第四级,第五级,新疆大学专用 作者：潘存云教授,*,第11章 蜗杆传动,11-1 蜗杆传动概述及,蜗杆传动的类型,11-2,普通蜗杆传动的主要参数与几何尺寸计算,11-3,普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算,11-4,圆弧圆柱蜗杆传动设计计算,11-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计,11-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,新疆大学专用 作者：潘存云教授,教学目标（学习要求）,1.熟悉蜗杆传动的特点、类型和应用；,2.理解圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸的计算；了解引入蜗杆直径系数q的含义和重要性；,3.理解蜗杆传动的,失效形式,和,设计准则,；,4.掌握蜗杆传动的,受力分析,、了解蜗杆蜗轮的,材料,和,结构,。,5.能套用书上公式进行强度及热平衡计算（了解其原理、目的、计算方法）。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,11-1 蜗杆传动 概述,作用：,用于传递交错轴之间的回转运动和动力。,蜗杆主动、蜗轮从动。,90,形成：,若单个斜齿轮的齿数很少,（如z,1,=1）,而且,1,很大时，,轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。,1,1,所得齿轮称为:,蜗杆。,而啮合件称为:,蜗轮。,蜗杆,2,2,蜗轮,及 蜗杆传动的类型,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,改进措施：,将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为,线接触,。,点接触,线接触,新疆大学专用 作者：潘存云教授,新疆大学专用 作者：潘存云教授,蜗杆的形状,象个圆柱形螺纹的螺杆,蜗杆的旋向：右旋蜗杆和左旋蜗杆（一般为右旋）,蜗杆的头数：单头蜗杆(蜗杆上只有一条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿)；双头蜗杆(蜗杆上有两条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿)。,蜗轮形状象,斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好地啮合。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,蜗杆传动的主要优点,是：传动比大、结构紧凑；传动平稳、噪声较小；当蜗杆的导程角小于轮齿间的当量摩擦角 时，蜗杆传动具有自锁性。,蜗杆传动的主要缺点,是：传动效率较低；蜗杆和蜗轮齿面间相对滑动速度较大，磨损较快且易胶合。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高。,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。,用于传递,交错轴,之间的回转运动。一般：,空间垂直,为什么？,主要用于,中小功率，间断工作,的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,圆柱蜗杆,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋形成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用,直线刀刃,的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。,潘存云教授研制,普通圆柱蜗杆,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆,圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是加工用的车刀为,圆弧刀刃,。,传动特点：,1）,传动效率高，一般可达,90%,以上；,2）,承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的,1.52.5,倍；,3）,结构紧凑。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德螺线,2,阿基米德蜗杆,单刀加工,阿基米德蜗杆(ZA),新疆大学专用 作者：潘存云教授,普通圆柱蜗杆用直线切削刃在车床上加工，按刀具安装位置不同，切出的蜗杆又可分为,阿基米德蜗杆(ZA)、渐开线蜗杆(ZI)和法向直廓蜗杆,等。,阿基米德蜗杆的螺旋面在车床上加工，车刀刀刃平面通过蜗杆轴线，车刀切削刃夹角2=40。切出的蜗杆，,在轴平面I-I上具有直线齿廓，法向剖面n-n齿廓为外凸曲线；而在垂直于蜗杆轴线的截面上的齿廓曲线为阿基米德螺旋线,，,故称为阿基米德蜗杆,。,这种蜗杆加工和测量都比较方便，故应用广泛。但导程角过大时加工困难。难以用砂轮磨削出精确齿形，故传动精度和传动效率较低。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德蜗杆(ZA),阿基米德蜗杆,双刀加工,潘存云教授研制,阿基米德螺线,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,渐开线蜗杆(ZI),渐开线蜗杆,渐开线,基圆,新疆大学专用 作者：潘存云教授,渐开线蜗杆是将车刀切削刃平面与蜗杆的基圆柱相切加工的，被切出的,蜗杆在轴平面上具有凸廓曲线，而在垂直于蜗杆轴线的截面上的齿廓为渐开线,，,故称为渐开线蜗杆。,可以磨削，故传动精度和传动效率较高，适用于成批生产和大功率、高速精密这种蜗杆传动。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,潘存云教授研制,d,x,延伸渐开线,车刀对中齿厚中线法面,法向直廓蜗杆(ZN),新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,法向直廓蜗杆(ZN),d,x,延伸渐开线,2,车刀对中齿槽中线法面,新疆大学专用 作者：潘存云教授,当蜗杆导程角 较大时，为了使车刀获得合理的前角和后角，车制时车刀刀刃平面放在蜗杆螺旋线的法平面上，这样,切出的蜗杆，在法向剖面上齿廓为直线,，,故称为法向直廓蜗杆。而,在垂直于蜗杆轴线的截面上的齿廓曲线为延伸渐开线,，因而又称为延伸渐开线蜗杆。,这种蜗杆切削性能较好，有利于加工多头蜗杆，且可用砂轮磨齿，常用于机床的多头精密蜗杆传动。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆(ZK),2,近似于阿基米德螺线,是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加工，只能是铣削或磨削，加工时工件作,螺旋运动,，刀具作,旋转运动,。,砂轮,新疆大学专用 作者：潘存云教授,圆弧圆柱蜗杆(ZK),新疆大学专用 作者：潘存云教授,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,环面蜗杆传动特点：,1）,传动效率高，一般可达,8590%,；,2）,承载能力高，约为,阿基米德蜗杆,的,24,倍；,3）,要求制造和安装精度高。,潘存云教授研制,环面蜗杆,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,锥蜗杆传动特点：,锥蜗杆,1）,同时接触的点数较多，重合度大；,2）,传动比范围大，一般为,10360,；,3）,承载能力和传动效率高；,4）,制造安装简便，工艺性好。,阿基米德蜗杆,最常用,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,d,蜗杆旋向：,左旋、右旋(常用),1,1,精度等级：,对于一般动力传动，按如下等级制造：,v,1,7.5 m/s -7级精度；,v,1,3 m/s -8级精度；,v,1,1.5 m/s -9级精度；,判定方法：,与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,中间平面,1.正确啮合条件,中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。,正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：,m,t2,=m,a1,=m,，,t2,=,a1,=,取标准值,在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,2,11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸,新疆大学专用 作者：潘存云教授,ZA蜗杆：,a,=20,轴向,模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。,第一系列,1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4,5,6.3 8 10,12.5,16,20,25,31.5,40,第二系列,1.5,3,3.5,4.5,5.5 6,7,12,14,蜗杆模数,m,值,GB10088-88,2.模数m和压力角,压力角,ZN蜗杆：,n,=20,法向,ZI蜗杆：,n,=20,ZK蜗杆：,n,=20,轴向压力角与法向压力角之间的关系：,推导过程见机械原理斜齿条,tg,n,=,tg,n,/cos,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定,d,1,只能取标准值。,蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.,若,90,1,2,1,1,+,1,90,蜗轮右旋,蜗杆右旋,1,+,2,定义s=e,的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。,d,1,e,s,d,2,3.蜗杆的分度圆直径d,1,1,1,t,t,2,新疆大学专用 作者：潘存云教授,潘存云教授研制,表112 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列,mm,m,1,1.25,1.6,2,d,1,18,20,22.4,20,28,(18),22.4,(28),35.5,m,2.5,3.15,4,d,1,(22.4),28,(35.5),45,(28),35.5,(45),56,(31.5),m,4,5,6.3,d,1,40,(50),71,(40),50,(63),90,(50),63,m,6.3,8,10,d,1,(80),112,(63),80,(100),140,(71),90,摘自,GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用,称比值 为蜗杆的直径系数。,q=d,1,/m,一般取:,q=,818,20 q=12.5,28 q=17.5,1.6,(11-1),新疆大学专用 作者：潘存云教授,由上式可知，,d,1,越小(或,q,越小)导程角越大，传动效率也越高，但蜗杆的刚度和强度越小。通常，转速高的蜗杆可取较小的,d,1,值，蜗轮齿数,z,2,较多时可取较大的,d,1,值。,由式（11-2）可得蜗杆的分度圆直径,d,1,为,上式说明蜗杆的分度圆直径,d,1,的大小取决于模数,m、,蜗杆头数,z,1,及导程角三个参数。即使模数,m,相同，由于头数,z,1,和导程角不同，仍然会有许多直径不同的蜗杆。由于切制蜗轮的滚刀必须与蜗杆的形状相当（尺寸相同），因此对同一模数的蜗杆，有一个分度圆直径就需要一把蜗轮 滚 刀，这 样 刀 具 品 种 的 数 量 势 必 太 多。,为 了 减 少 刀 具 数 量 并 便 于 标 准 化、系 列 化,，,国标GB10085