机械设计基础之蜗杆传动

第章 蜗杆传动,蜗杆传动的类型和特点,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算,蜗杆传动的强度计算,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,蜗杆传动的材料和结构,一般圆柱蜗杆传动的精度等级,选择及,其安装维护,（一）教学要求,1、了解蜗杆传动特点、类型,2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,3、熟悉一般圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、,强度计算及热平衡计算等。,（二）教学的重点与难点,重点：一般圆柱蜗杆传动的几何参数计算、,正确啮合条件、强度计算。,难点：蜗杆传动的受力分析。,1,蜗杆传动的类型和特点,蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传递交错轴间的运动和动力，通常两轴交错角为90。,一、蜗杆传动的类型,1、按蜗杆的外形分类,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,7.1 齿轮传动的,特点和,分类,齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可到达300m/s，传递功率可达10,5,kW，是现代机械中应用最广的一种机械传动。,齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点：,传递动力大、效率高；,寿命长，工作平稳，可靠性高；,能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。,齿轮传动与其它传动相比主要缺点有：,制造、安装精度要求较高，因而本钱也较高；,不宜作轴间距离过大的传动。,1.齿轮传动的特点,BACK,1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=7 80；,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：升角小于当量摩擦角时；,4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损严峻。,5.制造本钱较高：为了减摩耐磨，通常蜗轮齿圈需要用贵重的青铜等材料制造，蜗杆则采取淬硬后磨削工艺，因此制造本钱较高。,6.不能实现互换：由于蜗轮是用与其匹配的蜗杆滚刀加工的，因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换的。,二、蜗杆传动的特点和应用,蜗杆传动与齿轮传动相比，具有以下特点：,蜗杆传动适用于传动比大、传递功率不大且不作长期连续运转的场合。,-2 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,一、蜗杆主要参数及其选择,1、模数m和压力角,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为主平面。在主平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。（如图-5）,图-,蜗杆传动的设计计算都是以主平面内的参数和几何关系为标准。在主平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角。规定主平面上的模数和压力角为标准值，则:,阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件,当轴交错角=90时，还必须让蜗杆的导程角与蜗轮的螺旋角,在主平面，即,蜗杆轴向平面与蜗轮端面的m和压力角,相等，且为标准值。（见表.）,2、蜗杆分度圆柱上的导程角,蜗杆螺旋线的导程为：,螺旋升角与导程的关系：,通常蜗杆螺旋线的升角 ，升角小时传动效率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的车削加工困难。,3.蜗杆分度圆直径d,1,蜗杆的分度圆直径：,由,当模数一定时，q值越小，d,1,越小，升角越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。,得,（已标准化）,直径系数：,4.蜗杆头数z,1,、传动比,、,蜗轮齿数z,2,蜗杆头数z,1,=14：,单头：易自锁，效率低，精度高。,多头：，但加工困难，精度降低。,一头,两个头,三个头,传动比：,注意：,蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数有关，而不等于分度圆直径之比。,为防止蜗轮发生根切,z,2,应不少于26个齿，但假设,z,2,过大蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小。蜗轮齿数z,2,常在2880 范围内选取。,蜗轮齿数：,主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失效是齿面胶合和过度磨损。,（1）开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。,设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计。,（2）闭式传动：主要失效是胶合、磨损和点蚀。,设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，另计算热平衡和蜗杆刚度。,一、蜗杆传动的失效形式,-3 蜗杆传动的强度计算,力的大小,：,圆周力,轴向力,径向力,二、蜗杆传动的受力分析,Ft主反从同,Fr指向各自的轴线,F,a1,蜗杆左右手螺旋定则,轴向力,径向力,圆周力,蜗轮转向的判别：,F,a1,的反向即为蜗轮的角速度,2,方向,判定蜗轮转向,例1,判定蜗轮转向,例2,按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算,校核公式,（二）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,对于闭式蜗杆传动，Z280，很少出现蜗轮轮齿折断，一般无需进行轮齿弯曲疲劳强度计算。,设计公式,定m,q（表）,（一）蜗轮齿面接触疲劳强度计算,三、蜗杆传动的强度计算,V,蜗轮,分度圆圆周,速度，m/s,v,1,蜗杆分度圆圆周速度，m/s,蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs,较大的V,S,引起：,1、易发生齿面磨损和胶合,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,一、蜗杆传动的滑动速度,-4 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,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 查表,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 0.7，0.8，0.9，0.95,二、蜗杆传动的效率,三、蜗杆传动的润滑,四、蜗杆传动的热平衡计算,原因效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降,润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合,。,设蜗杆传动功率为P,（K W）,效率为,自然冷却方式，单位时间散热量为,K,d,箱体表面散热系数,S 箱体散热面积,t 油的工作温度,t,0,环境温度,到达热平衡时,可得到热平衡时的温度,如 t 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,-5 蜗杆蜗轮常用材料及结构,一、蜗杆、蜗轮的材料,针对蜗杆传动的齿面间有较大的相对滑动，较易出现胶合和磨损的特点，要求蜗杆蜗轮的材料组合不仅要求有足够的强度，还要求具有良好的减摩耐磨性和抗胶合能性能。,1、蜗杆材料,蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造。,2、蜗轮材料,常用的蜗轮材料为铸锡青铜，例如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5，其抗胶合、减摩及耐磨性能都较好，但价格较贵，因此用于滑动速度较高的场合,二、蜗杆、蜗轮的结构,齿圈式,整体式,蜗轮的结构,镶铸式,螺栓连接式,BACK,-6 蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护,一、精度选择：,由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大，所以制造精度对传动的影响比齿轮传动更显著，因此在同样场合下，应采用较高的精度。蜗杆传动规定了12级精度,。,二、蜗杆传动的安装与维护,1、蜗杆、蜗轮的安装调整,在蜗杆传动中，蜗杆中心线位于主平面上，蜗杆与蜗轮中心距应准确，在装配时，应仔细调整蜗轮的轴,向位置，否则难以正确啮合，齿面会在短时间内严峻磨损。,2、蜗杆传动的跑合和试运转,蜗杆传动装配后，须经跑合，以使齿面接触良好。跑和时采用低速运转，通常 ，逐步加载至额定载荷，跑和1h5h。假设发现蜗杆齿面上粘有青铜，应立即停车，用细砂纸打去，再继续跑合。跑和好以后，应清洗全部零件，换新润滑油，并把此时蜗轮与蜗杆的相对轴向位置打上标记，便于以后拆装时配对和调整到位。,1、蜗杆传动特点、类型,2、蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,3、一般圆柱蜗杆传动的正确啮合条件,4、一般圆柱蜗杆传动的受力分析、强度计算及热平衡计算。,总 结,1、当两轴线（）时，可采用蜗杆传动。,A 平行 B 相交 C 垂直交错,2、在蜗杆传动中，通常（）为主动件。,A 蜗杆 B 蜗轮 C 蜗杆蜗轮都可以,3、阿基米德蜗杆的（）模数，应符合标准数值。,A 法向 B 端面 C 轴向,4、蜗杆传动自锁时，应使蜗杆导程角（）当量摩擦角。,A 大于 B小于 C等于,5、起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应采用（）蜗杆。,A 单头、小导程角 B 单头、大导程角,C 多头、小导程角 D多头、大导程角,6、计算蜗杆传动的传动比时,公式()是错误的。,复习思考题,A,C,D,B,7、为减少蜗轮滚刀数量，有利于刀具标准化，规定()为标准值。A 蜗轮齿数 B 蜗杆头数 C蜗杆分度圆直径,8、蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对（）来进行。,A蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度,B蜗轮齿面接触强度和蜗杆齿根弯曲强度,C蜗杆齿面接触强度和齿根弯曲强度,D蜗轮齿面接触强度和齿根弯曲强度,9、蜗杆传动中，蜗杆常用材料（），蜗轮常用材料有（）。,A 铸铝 B碳钢 C铸铁 D黄铜 E锡青铜 F合金钢 G工程塑料,10、在蜗杆传动中，标准化了的参数有（）。,蜗杆的头数蜗轮的齿数蜗杆的模数蜗杆的分度圆直径,蜗杆,的导程角蜗杆的压力角 蜗轮的分度圆直径,11、为使蜗杆传动具有自锁性，应采用()和()的蜗杆。,单头 多头 大导程角 小导程角,12、标准蜗杆 传动的中心距计算公式应力,A,B,C,D,13、蜗杆蜗轮啮合面间的滑动速度V与蜗杆的圆周速度V,1,之间有()关系,A V,=V,1,B V,V,1,C V,V,1,D V,与V,1,没关系,14、蜗杆传动的主要失效形式是,A齿面疲劳点蚀 B齿根的弯曲折断,C齿面的胶合和磨损；D齿面的塑性变形,1、试分析图示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向（用各分力表示）。,习 题,2、图示为蜗杆、齿轮传动装置。右旋蜗杆I为主动件，为使轴、上传动件的轴向力能相抵消，试确定：,（1）蜗杆的转向1；,（2）一对斜齿轮3、4轮齿的旋向；,（3）用图表示轴上传动件的受力（用各分力表示）情况。,谢谢观看,/,欢送下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH,