第十一章 蜗杆传动(精品)

第十一章 蜗杆传动,11-1,蜗杆传动概述,11-2,蜗杆传动的类型,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,11-5,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,蜗杆传动概述,作用：,主要特点：,1.,传动比大：结构紧凑，动力传动,i=580,；分度传动：,300,；纯传动：,1000,2.,传动平稳：连续的螺旋齿，逐渐进入啮合和退出，故冲击小、噪声低；,3.,可自锁：当蜗杆螺纹升角小于,时；,4.,低：齿面滑动速度大，摩擦与磨损严重，故传动效率低。具有自锁性时，效率低于,40%,。但新型蜗杆的传动效率已可达,90%,以上。,传递空间交错轴间运动和动力,11-1,蜗杆传动概述,5.,为了散热和减小磨损，常需贵重的抗磨材料和良好的润滑装置，故成本较高；,6.,蜗杆的轴向力较大。,第十一章 蜗杆传动,11-1,蜗杆传动概述,11-2,蜗杆传动的类型,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,11-5,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,根据蜗杆形状分类：,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的类型,根据蜗杆曲线齿廓形状分类,:,11-2,蜗杆传动的类型,一、圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,1.,普通圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,(ZA,蜗杆,),端面齿廓：,阿基米德螺线,2,0,轴面齿廓：,直线,0,=20,车削工艺好，,精度低，,中小载荷，,使用逐渐减少,11-2,蜗杆传动的类型,法向直廓蜗杆,(ZN,蜗杆,),法面齿廓：,直线,也用车床加工,但磨削较困难,N,N,I,I,直廓,N-N,2,0,凸廓,I-I,d,x,延伸渐开线,11-2,蜗杆传动的类型,渐开线蜗杆,(ZI,蜗杆,),也用车床加工，,用磨床磨削,I,I,II,II,III,III,直廓,凸廓,I-I,凸廓,II-II,III-III,0,0,基圆,端面齿廓：,渐开线,d,b,11-2,蜗杆传动的类型,锥面包络圆柱蜗杆,(ZK,蜗杆,),用铣床加工，且便于在磨床上磨削，故蜗杆精度较高，,应用日益广泛。,一、圆柱蜗杆传动,2.,圆弧圆柱蜗杆传动,(ZC,蜗杆,),11-2,蜗杆传动的类型,蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制的。,圆弧圆柱蜗杆传动的特点,:,效率高,，一般可达,90%,以上；,接触为线接触,，,承载能力高,，一般情况下约为普通圆柱蜗杆传动的,1.52.5,倍；,与普通圆柱蜗杆传动相比，具有,体积小，质量小，结构紧凑,等优点。,已广泛应用到冶金、矿山等重型机械设备的减速机构中。,s,f,s,a,s,r,f,r,a,r,l,h,f,h,a,m,L,0,11-2,蜗杆传动的类型,二、环面蜗杆传动,环面蜗杆传动的特点：,1.,同时参与啮合的齿数多，,传动平稳，且承载能力强,，约为阿基米德蜗杆传动的,2,4,倍；,2.,齿面有利于润滑油膜的形成，,传动效率高,，一般可达,85,90,可；,3.,要求,制造和安装精度高,11-2,蜗杆传动的类型,三、锥蜗杆传动,上述各类蜗杆的配对蜗轮，均是按,范成法原理,，在滚齿机上用滚刀加工的。,蜗轮滚刀,齿廓与相应的蜗杆齿廓一致；滚切时的中心距，也与蜗杆传动的中心距相同。,配对蜗轮的加工,特点：,同时接触的点数较多，,重合度大,；,传动比范围大,，一般为,10360,；,承载能力和效率较高,，可节约有色金属；,制造安装简便，工艺性好,。,第十一章 蜗杆传动,11-1,蜗杆传动概述,11-2,蜗杆传动的类型,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,11-5,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,中间平面,2,阿基米德蜗杆传动：,蜗杆与蜗轮啮合时，在,中间平面,上相当于,齿轮齿条的啮合,。,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗杆的轴面,蜗轮的端面,普通蜗杆传动的参数与尺寸,1,一、模数,m,和压力角,a,正确啮合条件,：蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面,模数、压力角相等；且,蜗杆的导程角,1,蜗轮的螺旋角,2,m,a1,=,m,t2,=,m,a1,=,t2,=,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,中间平面,2,蜗杆的轴面,蜗轮的端面,1.,模数,m,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.,压力角,GB10087-88,阿基米德蜗,杆,压力角标准值：,=,20,分度传动，推荐用,=,15,或,12,动力传动，当,30,推荐：,=,25,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,普通蜗杆传动的参数与尺寸,1,二、蜗杆的,分度圆直径,d,1,由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制,滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的,标准蜗杆分度圆,直径,d,1,。,q,=,d,1,m,蜗杆的直径系数。,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,m,(mm),1,1.25,1.6,2,2.5,d,1,(mm),18,20 22.4,20 28,(18),22.4,(28),35.5,(22.4),28,(35.5),45,m,2,d,1,(mm,3,),18,31.25 35,51.2 71.68,72,89.6,112,142,140,175,221.9,281,m,(mm),3.15,4,5,d,1,(mm),(28),35.5,(45),56,(31.5),40,(50),71,(40),50,(63),90,m,2,d,1,(mm,3,),277.8,352.2,446.5,556,504,640,800,1136,1000,1250,1575,2250,m,(mm),6.3,8,10,d,1,(mm),(50),63,(80),112,(63),80,(100),140,(71),90,(112),160,m,2,d,1,(mm,3,),1985,2500,3175,4445,4032,5376,6400,8960,7100,9000,11200,16000,m,(mm),12.5,16,20,d,1,(mm),(90),112,(140),200,(112),140,(180),250,(140),160,(224),315,m,2,d,1,(mm,3,),14062,17500,21875,31250,28672,35840,46080,64000,56000,64000,896000,126000,普通蜗杆传动的参数与尺寸,1,三、蜗杆的头数,z,1,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效,率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通,常蜗杆头数取为,1,、,2,、,4,、,6,。,蜗杆传动的效率：,蜗杆传动可以视为螺杆与螺母间的螺旋传动,故蜗杆传动的效率符合下式,:,且有,d,1,P=,m,a,z,1,=1,d,1,分度圆周长,p,a,因为蜗杆的模数,m,、,分度圆直径,d,1,由强度计算获得，是一组确定值,所以齿距,p,a,m,a,也为确定值。,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,d,1,p,a,p,z,=z,1,p,a,z,1,=2,d,1,分度圆周长,p,z,=z,1,p,a,故有,z,1,普通蜗杆传动的参数与尺寸,2,四、导程角,g,d,1,1,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,规定蜗杆的直径系数,:,q,=,d,1,m,蜗杆的直径：,d,1,=,m q,蜗轮的直径：,d,2,=,m z,2,六、中心距,五、传动比,i,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗轮齿数主要取决于传动比，即,z,2,=,i,z,1,。,z,2,不宜太小（如,z,2,26),，,否则啮合区域显著减小，同时参与啮合的蜗轮齿数减少，传动平稳性变差。,z,2,也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径增大，使相啮合的蜗杆变长，支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。,七、蜗轮齿数,z,2,蜗杆头数,z,1,与蜗轮齿数,z,2,的,荐用值,i,=,Z,2,/,Z,1,Z,1,Z,2,5,6,2931,715,4,2961,1430,2,2961,2982,1,2982,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,名 称,计 算 公 式,蜗杆分度圆直径，蜗轮分度圆直径,齿顶高,齿根高,顶圆直径,根圆直径,蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距,径向间隙,中心距,蜗 杆,蜗 轮,d,1,=,mq,d,2,=mz,2,h,a,=m h,a,=m,d,f,=1.2mq,d,f,=1.2mq,d,a1,=m(q+2)d,a1,=m(q+2),d,f1,=m(q-2.4)d,f2,=m(q-2.4),p,a1,=p,t2,=,p,x,=m,c=0.2 m,a=0.5(d,1,+d,2,)m=0.5m(q+z,2,),11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,第十一章 蜗杆传动,11-1,蜗杆传动概述,11-2,蜗杆传动的类型,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,11-5,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,普通蜗杆传动的承载能力计算,1,一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料,但由于蜗杆传动齿面相对,滑动速度,v,s,大，增加了产生,胶合和磨损,失效的可能性。,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,与齿轮传动相比，具有相似的失效形式。,另外，若蜗杆较长，还应进行蜗杆刚度计算。,闭式传动：润滑良好时，多因齿面点蚀而失效。,润滑不良时，将发生齿面胶合失效。,设计准则：按齿面接触强度进行设计，,再按齿根弯曲强度进行较核。,同时，,为保证散热，还应进行热平衡计算,。,开式传动：多发生齿面磨损和轮齿折断，,设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。,1.,失效形式及设计准则,普通蜗杆传动的承载能力计算,1,2.,常用材料,蜗轮,：,有色金属,（铸锡青铜、铸铝铁青铜、灰铸铁等）,高速重载：,15Cr,、,20Cr,渗碳淬火，或,45,钢、,40Cr,淬火。,低速中轻载：,45,钢调质。,同齿轮，五种失效形式都有。,ZCuSn10P1,ZCuAl10Fe3,HT200,ZCuSn,5Pb5Zn5,v,s,3,重要,传动,v,s,4 m/s,v,s,2 m/s,耐磨性好、抗胶合 价格便宜 经济、低速,材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶合性,蜗杆,：,钢材,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,蜗轮材料较弱，失效经常发生在蜗轮的轮齿上,按,蜗轮轮齿进行承载能力计算,。,普通蜗杆传动的承载能力计算,2,二、蜗杆传动的受力分析,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,圆周力,F,t,主反从同,径向力,F,r,指向各自的轮心,主动轮轮齿左旋（或右旋）伸左手（或右手），四指沿着主动轮的转向握住轴线，大拇指所指即为主动轮所受的,F,a1,的方向，,F,t2,与,F,a1,方向相反。,轴向力,F,a,主动轮左右手螺旋法则,T,2,=T,1,i,F,t1,F,r1,F,n1,F,a1,n,d,1,n,1,P,F,a1,n,1,F,t1,F,r1,P,d,2,n,2,F,a2,F,t2,F,r2,P,F,t1,F,a1,n,1,F,t2,F,r2,F,a2,F,r1,n,2,图示蜗杆传动，轮,1,主动，转动方向如图所示。,试在图中标出,F,t1,F,t2,F,r1,F,r2,F,a1,F,a2,的,方向,。,n,1,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,三、,蜗杆传动强度计算,1.,蜗轮,齿面接触疲劳强度计算,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,将,F,n,换算成,T,2,和,