蜗杆传动资料课件

第3章 蜗杆传动,3.1 蜗杆传动的特点与分类,3.2 圆柱蜗杆传动的主要参数,3.3 蜗杆传动的载荷和失效形式,3.5 蜗杆传动的结构设计,3.4 蜗杆传动的设计可算,及几何计算,本章学习的基本要求：,熟练掌握的内容,1）蜗杆传动的特点及应用，蜗杆传动主要参数的合理选择及,几何尺寸的计算；,2）蜗杆传动受力分析，蜗轮转向判断；,3）蜗杆传动的失效形式、材料选择及强度计算；,4）蜗杆传动的润滑、效率计算及热平衡计算。,本章的重点：,蜗杆直径系数,q,的含义，蜗杆的受力分析及蜗轮转向判断。,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,优点：,传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。,分度机构：,i,=1000,通常,i,=8 80,缺点：,摩擦损失较大，效率低、蜗轮齿圈用青铜制,造，成本高。,一般：,=0.7 0.8，自锁：,0.4,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,圆柱蜗杆,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,3.1,蜗杆传动的特点与分类,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。,普通圆柱蜗杆,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,1.5 2.5,倍；,3）,结构紧凑。,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,阿基米德螺线,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,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,d,x,延伸渐开线,车刀对中齿厚中心法面,法向直廓蜗杆,(ZN),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，只能在铣削或磨削，加工时工件作,螺旋运动,，刀具作,旋转运动,。,砂轮,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,2 4,倍；,3）,要求制造和安装精度高。,环面蜗杆,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,10 360,；,3）,承载能力和传动效率高；,4）,制造安装简便，工艺性好。,蜗杆分左旋和右旋。,左旋,右旋,蜗杆还有单头和多头之分。,中间平面,中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。,在中间平面内，圆柱蜗杆传动相当于齿轮齿条的啮合传动。故设计时，均取中间平面上的参数和尺寸为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。,2,3.,2 圆柱蜗杆传动的主要参数及几何计算,ZA,蜗杆：,a,=20,轴向,由蜗杆传动正确啮合的条件，得：,1.,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,m,a,1,=,m,t2,=,m,a1,=,t2,（一）主要参数及其选择,由于蜗杆传动在中间平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合,2.蜗杆的分度圆直径d,1,和导程角,蜗杆的螺旋面和分度圆柱面的交线是一条螺旋线，将分度圆柱展开得：,tan=,p,z,/d,1,=,z,1,p,a,/d,1,=,mz,1,/d,1,d,1,p,a,d,1,1,p,z,tan,=,m,z,1,/d,1,d,1,=,m,z,1,/,tan,可见，对每一个模数,m,，当,z,1,和,不同时，可有很多不同,d,1,。,q,=,d,1,/m,-,蜗杆的直径系数,为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化,d,1,=,m q,m,z,1,tg,=z,1,/q,需配备很多蜗轮滚刀,-表2,-3,3.蜗杆传动的传动比,i,传动比,:,-,d,1,d,2,n,2,n,1,i,=,-,z,1,z,2,=,-,减速传动,:,i=u=n,1,/,n,2,=z,2,/,z,1,增速传动,:,i=,1/,u=n,2,/,n,1,=z,1,/,z,2,4.蜗杆的头数Z,1,但 tan,=Z,1,/q,Z,1,Z,1,蜗杆的加工愈困难。,常取 z,1,=1、2、4、6。,n,2,n,1,i,=,-,z,1,z,2,=,-,z,1,i,，但制造困难,，自锁性好,z,2,=,i,z,1,为保证传动的平稳性,：,Z,2,28,常限制：,Z,2,80,5.蜗轮的齿数,Z,2,Z,2,不能太少,Z,2,不能太多,：,m,弯曲强度,d,2,蜗杆长度,蜗杆的刚度,Z,2,，d,2,(=m Z,2,),不变时,Z,2,，m,不变时,通常取：,Z,2,=28 80,Z,1、,Z,2,的荐用值见表3-,4,a,=(,d,1,+,d,1,)/2,6.蜗杆传动的标准中心距,=,m,(,q,+z,2,),/2,-p113表,Z,1,，,i,；,Z,1,，,i,；,(二)蜗杆传动变位的特点,目的,：,特点：,拼凑中心距或提高传动的承载能力及传动效率,蜗杆传动的几何尺寸及其计算公式见图3-7及表3,-5,(三)蜗杆传动的几何尺寸计算,蜗杆,（相当于齿条）,不变位,蜗轮,（相当于齿轮）,变位,(四)蜗杆传动的精度等级,国家规定12个精度等级，1级最高，12级最低。,分为3个公差组：分别规定传动精度、工作平稳性精度、接触精度。,见p116表3-6,(五)蜗杆传动效率和自锁,1、效率：包括,轮齿的啮合效率,搅油油阻损失,轴承的摩擦损耗,其中最主要是由于齿面相对滑动引起的啮合效率,蜗杆传动的总效率为：,=,1,2,3,对于减速传动(蜗杆主动),蜗杆传动的总效率主要取决于啮合效率,1,对于增速传动(蜗轮主动),e,-,当量摩擦角，其值根据,v,S,查,表3,-7,f,v,-,当量摩擦系数;,-,蜗杆导程角;,e,=arctan,f,v,，,相对速度：由p117图3-8确定,可以看出：导程角主要影响效率，且与蜗杆头数有关,蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs,较大的V,S,引起：,2、如润滑条件良好,有助于,形成润滑油膜，减少摩擦、,磨损，提高传动效率,1、易发生齿面磨损和胶合,2、自锁,蜗杆可带动蜗轮旋动，而蜗轮不能带动蜗杆旋转,条件：,e,效率：0.5,蜗杆传动设计时，可根据蜗杆头数估取传动效率,Z1 1，2，4，6,效率 0.7，0.8，0.9，0.95,3.3 蜗杆传动的载荷和失效形式,1.蜗杆传动的受力分析,方向：,先根据蜗杆的转向和旋向(,=,)，确定蜗轮的转向，,然后确定受力方向,主动件的轴向力方向符合左（右）手定则,2,1,圆周力,：,F,t1,=,2T,1,/,d,1,轴向力：,F,a,1,径向力：,F,r1,=F,r2,=F,t2,tan,x,T,2,=T,1,i,力的大小：,=F,a,2,两轴交错,90,0,两轴交错,90,0,=F,t2,=,2T,2,/,d,2,法向力：,F,n,=F,a,1,/cos,n,cos,=,F,t2,/,cos,x,cos,=2T,2,/,d,2,cos,x,cos,式中:,F,t2,F,r2,F,a2,F,t1,F,r1,F,a,1,圆柱蜗杆传动,例：,F,a1,F,a2,F,r2,F,r1,F,t1,F,t2,n,1,图示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴上锥齿轮,Z4,的转向。,（1）试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向，并使中间轴,上的轴向力能抵消一部分。,（2）在图上标出各轮所受分力的方向,课堂练习题：,n,4,z,1,z,2,z,3,z,4,输出轴,下图所示传动机构，确定各轴的回转方向，蜗轮轮齿的螺旋方向，蜗轮蜗杆所受各力的方向和位置。,2.蜗杆传动失效分析,（1）失效形式,：,齿面点蚀、胶合、齿面磨损、轮齿折断,（2）设计准则,闭式传动通常按齿面接触强度设计,（3）蜗杆传动材料选择,要求,：,刚度、强度、耐磨性、减磨性、抗胶合性,蜗杆,：,碳刚、合金钢,蜗轮轮缘部分：铜合金、铸铁,锡青铜：适用于滑动速度,25m/s，耐磨性好,铝青铜：适用于滑动速度,10m/s，机械强度较高好,铸 铁：适用于滑动速度,2m/s,各材料详情见表3-9和表3-10,3.4 蜗杆传动的设计计算,1、蜗杆强度计算,（1）齿面接触强度,设计公式：,校核公式：,各系数的选择见表3-11,表3-13,图3-10图3-11,（2）轮齿弯曲强度计算,设计公式：,校核公式：,2.蜗杆刚度计算,校核公式：,3.蜗杆传动热平衡计算,单位时间内发热损耗的功率：,单位时间散出的热量为：,传动装置的润滑油工作温度应满足：,降温措施：,1）增加散热片即增加散热面积。,2）在蜗杆轴上装风扇，增加散热系数。,3）在箱体油池内加蛇形冷却管。,4）采用压力喷油循环润滑。,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,油泵,冷却器,冷却水,P125 例题,3.5 蜗杆传动的结构设计,1.蜗杆结构,通常与轴制成一体,b,1,蜗杆轴,1)无退刀槽结构：,加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,2)有退刀槽：,螺旋部分可以车制，也可以铣制。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,2.蜗轮的常用结构：,整体式,组合式,过盈配合,d,e2,d,e2,d,e2,d,e2,B,B,B,B,c,c,c,组合式,螺栓联接,组合式铸造,骑缝螺钉,48,个，孔心向硬边偏移,=23mm,3.零件工作图：,本章作业：3-8、3-11,