机械设计 蜗杆传动

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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,*,第,11,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,11-6,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,青岛科技大学专用 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,青岛科技大学专用 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,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：,传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。,线接触,青岛科技大学专用 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,11-2,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。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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。,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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),青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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),青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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,车刀对中齿槽中心法面,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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。,环面蜗杆,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,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,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,青岛科技大学专用 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,1,12,m/s,时,ZCuSn10P1,锡青铜制造。,v,S,12,m/s,时,ZCuSn5Pb5Zn5,锡青铜,v,S,6,m/s,时,ZCuAl10Fe3,铝青铜。,v,S,2,m/s,时,球墨铸铁、灰铸铁。,11-4,普通,蜗杆传动的,承载能力计算,蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发热严重和磨损加剧。,二、蜗杆传动的,常用材料,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,三、蜗杆传动的设计准则,*蜗杆的刚度计算,*蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算,*蜗轮的齿面接触疲劳强度计算,为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：,*传动系统的热平衡计算,为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：,为了防止过热引起的失效，就要进行：,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,四、,圆柱蜗杆传动的受力分析,F,t2,F,r2,F,a2,F,t1,F,r1,F,a1,2,法向力可分解为三个分力：,圆周力：,F,t,轴向力：,F,a,径向力：,F,r,且有如下关系：,F,t1,=F,a2,F,r1,=F,r2,F,a1,=F,t2,=2T,1,/,d,1,=2T,2,/,d,2,=F,t2,tg,式中：,T,1,、,T,1,分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,T,2,=T,1,i,2,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,1,1,p,2,1,2,p,由相对运动原理可知,:,v,2,=,v,1,+,v,S,齿面间滑动速度,v,S,=v,1,/,cos,v,S,=v,2,2,+,v,1,2,作速度向量图，得,:,v,2,=v,1,tg,蜗轮的转向,:,v,2,2,2,CW,蜗轮转向的确定,v,S,t,t,v,1,v,2,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,1,1,1,2,p,1,2,p,右旋蜗杆：,伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的,切向速 度,v,p2,的方向与拇指指向相同。,用手势确定蜗轮的转向,：,左旋蜗杆：,用右手判断，方法一样。,2,2,v,2,v,2,蜗轮,的转向,因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：,a,r,1,r,2,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,蜗杆传动受力方向的判定,1,2,p,F,t2,F,a1,F,r1,F,r2,2,2),蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且,F,t2,=-,F,a1,；,4),蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，,且,F,t1,=-,F,a2,；,；,3),蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且,F,t1,=-,F,a2,；,1),蜗杆所受扭矩,T,1,与转动方向,1,一致；,T,1,T,1,1,1,F,t1,F,t1,F,a2,F,a2,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,五、,圆柱蜗杆传动的强度计算,齿面接触强度校核公式：,L,0,KF,n,H,=Z,E,a,3,KT,2,=Z,E,Z,H,由上式可得设计公式：,式中,K,为载荷系数，取：,K,=,K,A,K,v,K,Z,-,接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。,蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。,赫兹公式,:,a,KT,2,H,Z,E,Z,2,3,H,-,许用接触应力按下表选取。,1,）接触强度,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6,d,1,/a,3.6,3.2,2.8,2.4,2.0,影响系数,Z,ZC,蜗杆,使用系数,K,A,工作类型,I II III,载荷性质,均匀、无冲击 不均匀、小冲击 不均匀、大冲击,每小时启动次数,50,起动载荷,小 较 大 大,K,A,1 1.15 1.2,动载系数,K,v,，当,V,2,3 m/s,K,v,=1,1.1,当,V,2,3,m/s,K,v,=1.1,1.2,齿向载荷分布系数,K,，,当载荷平稳时,取,K,=1,当载荷变化时,取,K,=1.1,1.3,ZA,ZI,ZN,ZK,蜗杆,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,2,）蜗轮齿根弯曲强度 计算,校核计算：,设计公式：,F,-,许用弯曲应力；,蜗轮的许用弯曲应力,F,蜗轮材料 铸造方法,铸锡青铜 砂铸模型,40 29,ZCuSn10P1,金属模铸造,56 40,铸锡锌青铜 砂铸模型,26 22,ZCuSn5Pb5Zn5,金属模铸造,32 26,铸铝铁青铜 砂铸模型,80 57,ZCuAl10Fe3,金属模铸造,90 64,HT150,砂铸模型,40 28,HT200,砂模铸造,48 34,灰铸铁,单侧工作 双侧工作,0F,-1F,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,2,）蜗轮齿根弯曲强度 计算,校核计算：,设计公式：,Y,Fa2,-,为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮,变位系数选取,详见下页线图。,Y,-,为螺旋角影响系数，,Y,=1-,/140,F,-,许用弯曲应力；,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,3.7,3.6,3.5,3.4,3.3,3.2,3.1,3.0,2.9,2.8,2.7,2.6,2.5,2.4,2.3,2.2,2.1,2.0,1.9,1.8,1.7,3.7,3.6,3.5,3.4,3.3,3.2,3.1,3.0,2.9,2.8,2.7,2.6,2.5,2.4,2.3,2.2,2.1,2.0,1.9,1.8,1.7,10 11 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 80 100 400,Z,v,蜗轮的齿,形系数,Y,Fa2,x,2,=,-,0.5,-0.3,-0.2,0.3,0.2,0.1,0.4,0.5,0.7,0.8,0.9,0.6,-,0.3,-,0.4,x=1,x,2,=0,理论根切极限,齿顶变尖极限,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,一、,蜗杆传动的效率,功率损耗：,啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。,=（0.950.96）,tg(,+,v,),tg,蜗杆主动时，总效率计算公式为：,式中,:,为蜗杆导程角,;,v,称为当量摩擦角，,v,=,arctg,f,v,f,v,为当量摩擦系数，,11-5,蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,Z,1,效率与蜗杆头数的大致关系为：,蜗杆头数,Z,1,总 效 率,0.70,0.80,0.90,0.95,tg,1,=,Z,1,/q,v,，,f,v,取值见下页表,青岛科技大学专用 潘存云教授研制,3.00 0.028 1,36 0.035 2,0.045 2,35,4.00 0.024