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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,*,*,第十一章 蜗杆传动,Worm Gears,用于实现空间交错轴间的运动传递，,一般交错角为,90,。,通常用于中、小功率非长时间连续,工作的应用场合。,第十一章 蜗杆传动,11-1,蜗杆传动的类型及特点,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,11-4,蜗杆传动的滑动速度及效率,11-5,蜗杆传动的润滑及热平衡计算,11-6,普通圆柱蜗杆、蜗轮的结构计算,11-7,圆弧圆柱蜗杆传动简介,本章重点,蜗杆传动的主要失效形式,蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动的热平衡计算,改善热平衡的方法,Chapter 11 The End,一、蜗杆传动的类型,按蜗杆形式分为：,圆柱蜗杆传动,cylindrical worm,环面蜗杆,enveloping worm,锥蜗杆,spiroid,11,1,蜗杆传动的类型及特点,1,、圆柱蜗杆传动,(1),阿基米德蜗杆,(ZA),(2),渐开线蜗杆,(ZI),(3),法向直廓蜗杆,(ZN),(4),锥面包络圆柱蜗杆,(ZK),圆弧圆柱蜗杆,(ZC),普通圆柱蜗杆,直线刀刃,车刀车制,铣刀铣制,凸圆弧形铣刀铣制,蜗轮用与配对蜗杆尺寸和形状相一致的刀具在滚齿机上加工，滚切时的中心距与蜗杆传动的中心距相同。,11,1,蜗杆传动的类型及特点,2,、环面蜗杆传动,蜗杆轴向为凹圆弧面，,蜗轮的节圆位于蜗杆的节弧面上。,主平面内：蜗杆、蜗轮均为直线齿廓。,特点：同时啮合齿数较多；,易于形成油膜，承载能力强，效率较高。,3,、锥蜗杆传动,特点：同时啮合齿数较多；,传动比范围大，侧隙可调；,传动具有不对称性。,11,1,蜗杆传动的类型及特点,二、蜗杆传动的特点,1,、传动比大,2,、连续啮合，传动平稳。,3,、具有自锁性。,4,、齿面相对滑动速度大，摩擦磨损较大，,效率较低。,i,=50,80,动力传动,i,=300,分度机构,i,max,=1000,传递运动,11,1,蜗杆传动的类型及特点,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸,Main Parameters and Geometrical Calculations,一、主要参数,1,、模数,m,和压力角,阿基米德蜗杆蜗轮在主平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动,。,正确啮合条件：,2,、蜗杆头数,Z,1,Z,1,16,Z,1,传动比较大，易自锁，但传动效率低,Z,1,传动效率高，但加工困难。,3,、导程角,The mean worm lead angle,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,4,、蜗杆的分度圆直径,d,1,和直径系数,q,蜗杆加工,蜗轮加工,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,直径系数,(,表,11-1),5,、传动比,i,和齿数比,u,齿数比：大齿轮齿数比小齿轮齿数,传动比：从动轮齿数比主动轮齿数,6,、蜗轮齿数,Z,2,为避免根切,但当,啮合区小，,传动平稳性差,保证足够的啮合区,动力传动要求,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,7,、标准中心距,a,若,d,2,不变，,Z,2,增大，则,m,变小，弯曲强度不足；,若,m,不变，,Z,2,增大，,d,2,增加，蜗轮增大，蜗杆支承跨距增加。,二、蜗杆传动变位的特点,变位目的,变位实现,利用蜗轮加工刀具相对于蜗轮毛坯的径向,位移来实现。,(1),配凑中心距,(2),提高蜗杆传动的承载能力,(3),改变传动比,(4),提高效率,蜗轮变位，蜗杆不变位,变位后蜗轮分度圆与节圆仍然重合，但蜗杆,在主平面上的节线不再与分度线重合。,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,1,、中心距改变 ，,a,传动比,i,12,不变！,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,2,、中心距不变 ，,传动比,i,12,改变！,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,三、蜗杆传动的几何尺寸计算,表,11-3,，,11-4,11-2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,11,3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,一、失效形式，设计准则及常用材料,齿面胶合,过度磨损,蜗轮,:,齿面点蚀、齿根折断、齿面胶合、磨损,闭式传动：,按齿面接触疲劳强度设计,校核齿根弯曲疲劳强度,计算热平衡,计算蜗杆刚度,设计准则：,开式传动,:,主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，,按齿根弯曲疲劳强度进行设计。,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,3,、常用材料,蜗杆材料,40,、,45,钢，调质,低速不太重要,蜗轮,材料,铸造锡青铜,Vs,3,。减摩性好，价贵，强度稍低。,铸造铝铁青铜,Vs4,。减摩性稍差，价廉，强度高。,要求,：足够强度、良好的减摩耐磨性、良好的抗胶合性。,40,、,45,钢、,40Cr,，表面淬火,一般传动,15Cr,、,20Cr,、,12CrMnT,等，,渗碳淬火,高速重载,铸铁,灰铸铁,球墨铸铁,Vs2,。进行时效处理防止变形。,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,二、蜗杆传动的受力分析,Force Analysis,1,、力的方向和蜗轮转向的判别,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,径向力,F,r,指向各自轴线,轴向力,F,a1,蜗杆左,(,右,),手螺旋定则,圆周力,F,t1,主反,根据蜗杆的齿向,(,左旋或右旋,),伸左手或右手，四指沿蜗杆的转向握住轴线，大拇指所指即为蜗杆所受的轴向力,F,a1,的方向。,作用于垂直于蜗杆轮齿齿向的法平面内。,法向力,F,n1,其余两力,作用力与反作用力,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,蜗轮转向的判别,：,F,a1,的反向即为蜗轮圆周速度方向。,判定蜗轮转向,例,1,判定蜗轮转向,例,2,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,1,、力的大小,圆周力,轴向力,径向力,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,三、蜗杆传动的强度计算,1,、蜗轮齿面接触疲劳强度计算,计算原则：按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算。,校核公式：,Z,E,材料的弹性系数,载荷系数,载荷平稳,V,2,3,，精制蜗杆,载荷变化大，冲击振动,V,2,3,，一般蜗杆,Z,接触系数，接触线长度和曲率半径对接触强度的影响。,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,基本许用接触应力。,接触强度寿命系数：,设计公式：,定,m,q,1,、当蜗轮材料,失效形式为胶合。,许用应力与循环次数,N,无关,许用应力 查表,11-6,2,、若蜗轮材料,失效形式为点蚀。,许用应力与循环次数,N,有关,（表,11-2,）,蜗轮齿面许用接触应力,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,2,、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,齿根折断一般发生在,Z,2,90,或开式传动中，,闭式传动一般只作弯曲强度的校核计算；,重载时，判断轮齿的弹性变形量是否影响运动平稳性。,计算原则：按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算！,蜗轮看作斜齿轮，由斜齿轮齿根弯曲应力计算公式得：,校核公式：,3.,蜗轮许用弯曲应力,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,蜗轮基本许用应力,弯曲强度寿命系数,设计公式：,定,m,d,1,，,q,（表,11-2,）,校核公式：,Y,Fa2,蜗轮齿形系数，根据当量齿数及变位系数查取，,图,11-15,2.Y,2,螺旋角影响系数,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,四、蜗杆的刚度计算,计算模型：,简支梁,集中载荷：,刚度计算条件：,计算目的：防止弹性变形过大而造成蜗杆蜗轮不能正确啮合，加剧齿面磨损。,许用最大挠度,:,蜗杆截面惯性矩,:,蜗杆两端支承间的跨距,:,11-3,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,精度等级：,1,，,2,，,，,6,，,7,，,8,，,9,，,10,，,11,，,12,五、普通圆柱蜗杆传动精度等级及其选择,高,低,常用,6,级,中等机床分度机构,(,插齿机滚齿机,),、,读数装置精密传动机构；,V,2,5m/s,。,7,级,一般精度要求的动力传动，中等速度,V,2,7m/s,。,8,级,短时工作低速传动,V,2,3m/s,。,9,级,低速、低精度，简易机构中,。,11,4,蜗杆传动的滑动速度及效率,一、蜗杆传动的滑动速度,Sliding velocity,V,1,蜗杆节点圆周速度,V,2,蜗轮节点圆周速度,蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度,Vs,沿轮齿齿向。,v,1,1,、易发生齿面磨损和胶合。,较大的滑动速度易引起：,2,、若润滑条件良好，则有助,于形成润滑油膜，减少摩,擦，提高传动效率。,11-4,蜗杆传动的 滑动速度及效率,11-4,蜗杆传动的 滑动速度及效率,二、蜗杆传动的效率,由啮合摩擦损耗所决定的效率,轴承的效率,蜗杆或蜗轮搅油引起的效率,当量摩擦角,11-4,蜗杆传动的 滑动速度及效率,(4),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,提高效率的途径,由于蜗杆制造困难,80,时措施：,1,加散热片以增大散热面积,2,蜗杆轴端加风扇，强制风冷却,3,在传动箱内安装循环冷却管路,11-5,蜗杆传动的润滑及热平衡计算,11,6,普通圆柱蜗杆、蜗轮的结构设计,Structural Design of Worm and Gears,1,、蜗杆,一般与轴成一体,Worms are usually made integral with the shaft,2,、蜗轮,轮齿部分,青铜,轮毂部分,钢,11-6,普通圆柱蜗杆、蜗轮的结构设计,本章重点,蜗杆蜗轮的正确啮合条件及中间平面,蜗杆的直径系数和分度圆直径,蜗杆传动的几何尺寸计算,蜗杆传动的主要失效形式,蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动的热平衡计算,改善热平衡的方法,Chapter 11 The End,
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