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1、机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 1 页 共 10 页第六章 蜗杆传动教学基本要求：(1) 了解蜗杆传动的特点及应用。(2) 掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数选择原则。(3) 掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料及选择原则。(4) 重点掌握蜗杆传动的受力分析及其强度计算。(5) 重点掌握蜗杆传动效率和热平衡计算的方法，掌握提高传动效率和散热能力的措施。本章重点：(1) 蜗杆传动的失效形式，计算准则及常用材料(2) 圆柱蜗杆传动的受力分析和承载能力计算（3）蜗杆传动的效率，润滑及热平衡计算教案：6-1 蜗杆传动的特点和类型一、特点传递相错轴间的运动和动力，常用 90传动比大、准确恒定， 8i
2、传动平稳、噪声小（蜗杆的齿连续啮合）可以实现自锁效率低， =1， =（0.70.75） ； =2，=(0.750.82)； =34， =(0.820.92)1z1z1z齿面间滑动速度大,发热量大（热平衡计算）技术数据： =4000 r/min, =69 m/s, =1000 kW, =700 kNmnvP2T二、类型按蜗杆的形状分 锥 蜗 杆 传 动圆 环 面 蜗 杆 传 动 蜗 杆锥 面 包 络 圆 柱 蜗 杆 蜗 杆延 伸 渐 开 线 蜗 杆 蜗 杆渐 开 线 蜗 杆 蜗 杆阿 基 米 德 蜗 杆圆 柱 蜗 杆 传 动 )ZK(NI)A(（一） 、圆柱蜗杆圆柱蜗杆机械设计讲稿 第六章 蜗杆
3、传动第 2 页 共 10 页1、阿基米德蜗杆（ZA）加工方法：梯形直刃车刀加工，刀刃在轴截面内（与加工普通梯形螺纹时相同）齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓曲线为阿基米德螺线轴剖面内齿廓为直线，轴面齿形角 （直齿条齿廓）201x蜗轮：中间平面内齿廓为渐开线特 点：加工简便，应用最广；不便磨削，精度较低2、渐开线蜗杆（ZI）加工方法：两把梯形直刃刀加工，刀具切削刃面与蜗杆基圆柱相切齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓为渐开线轴剖面内齿廓为凸齿廓；法面齿形角 201n基圆柱切面内齿廓为直线特 点：可滚切、可磨削，制造精度较高3、延伸渐开线蜗杆（ZN）加工方法：直刃车刀切削刃在蜗杆螺旋线的法面内齿 形：蜗杆：轴垂面内
4、齿廓曲线为延伸渐开线轴剖面内齿廓为凸齿廓蜗杆齿法面齿廓直线，法面齿形角 201n特 点：可车、用指状铣刀或盘铣刀加工；磨削困难4、锥面包络圆柱蜗杆加工方法：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓曲线为近似阿基米德螺线轴剖面内齿廓为凸齿廓蜗杆齿法面齿廓凸齿廓特 点：不能车、可磨获得高精度，应用日趋广泛5、圆弧圆柱蜗杆加工方法：凸圆弧形切削刃车刀加工齿 形：蜗杆：轴剖面内凹弧形蜗轮：端面齿廓凸圆弧（范成法加工）特 点：效率 90%以上，承载能力比普通蜗杆高 50150%，广泛应用于各类减速机中。（二） 、环面蜗杆 加工方法：平面二次保络 齿 形：蜗杆轴面和蜗轮端面均为直线齿
5、廓蜗轮节圆在蜗杆节弧面上 特 点：润滑角近似 90o,利于润滑油模形成机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 3 页 共 10 页对制造和安装精度要求高（三） 、锥蜗杆 蜗杆节锥面上分布等导程螺旋线齿蜗轮类似螺旋锥齿轮（用与锥蜗杆一致的锥滚刀在滚齿机上加工） 特点：同时接触点数多、重合度大、承载大传动比达 10360；三、圆柱蜗杆精度精度等级：GB10089-88 规定，圆柱蜗杆分精度分 12 级，112 精度降低精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度（P141 表 6-1）6-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、主要参数与选择1、模数 m 与齿形角 （1）中间平面：过蜗杆轴线、垂直蜗轮轴线
6、的平面（2）模 数：中间平面内，蜗轮与蜗杆的啮合相当于齿轮和齿条啮合ptx21 mtx21（3）基准蜗杆齿形角：阿基米德蜗杆（ZA）: 01x延伸渐开线蜗杆（ZN）: n渐开线蜗杆（ZI）: 法面齿形角与轴面齿形角间关系： costatn11x2、蜗杆分圆直径 1dmzpx1tan 直径： )(qz（直径系数： ）ta1分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆相同（相差仅径向间隙） 。因此，对应同一模数, 由于齿数或 中间平面蜗轮蜗杆啮合关系机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 4 页 共 10 页导程角不同, 刀具直径不同, 即理论上同一模数对应无数把刀 。*为限制滚刀数目, 国家标准规定每一
7、个模数 对应有限个 值。 （P143 表 62-2）m1d3、齿数 （P143 表 6-3）按传动比与效率要求选定21z,机构紧凑，加工方便，i 大,效率低：效率高、蜗杆加工困难 原则：要求传动比 大时，取小的 z1（避免 z2 大，蜗轮太大） ；i要求传递功率大，效率高时，取大的 z1（避免功率损失大，发热量大） =1，2，4，6（易于分度）1z =2781z1=2 时， 27 啮合区减小；2z80 d2 不变时，z 2 ,m,齿根弯曲强度低2m 不变时，z 2 ，d 2，蜗杆支撑跨距大，刚度低）设计时参考 表 6-3 选取4、主要尺寸蜗杆 蜗轮11tanzd2zd（ ， ）*mh)(*ca
8、f1*ah20.*c21a2ffff（取标准值）)(tan(1)( 21)221 za12zni二、蜗杆传动变位1、变位目的：(1)凑中距(2)提高承载能力和传动效率2、变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变；3、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合 /2d蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合 mx214、变位系数：中心距 mxa2变位系数 /)(机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 5 页 共 10 页蜗杆传动变位图6-3 蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料一、 效形式和设计准则1、 蜗杆：齿的强度较高，仅计算蜗杆轴的强度和刚度计算2、 蜗轮：闭式传动：齿面胶合、磨损
9、、点蚀（断齿很少）按齿面接触强度设计（抗点蚀为主，降低许用应力考虑磨损、胶合影响） ；校核齿根弯曲强度开式传动：按齿根弯曲强度设计3、热平衡计算：闭式蜗杆传动校核热平衡二、 杆的常用材料要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力蜗杆：高速重载合金钢渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度 5862HRC表面淬火(45，40Cr，40CrNi) 、硬度 4550HRC一般低速重载碳钢(40，45)调质，硬度 200300HBS蜗轮：锡青铜(ZCuSn10Pb1 、ZcuSn5Pb5Zn5)，耐磨好，价格高，用于 3 m/s 的传动sv铝青铜(ZCuAl19Mn2、ZCuAl1
10、0Fe3)，耐磨差，强度高，价格低，用于 4 m/s 的s传动铸铁 ，耐磨差，强度低，价格最低，用于 2 m/s 的传动，有自锁要求时sv6-4 蜗杆传动的受力分析、转向判定及滑动速度一、受力分析机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 6 页 共 10 页数值： 121211tantandTFdiTFtt xxrn coscos21ntnaF蜗轮扭矩： iT 2方向：指向各自的轮心rF方 向 相 同与从 动 轮 方 向 相 反与主 动 轮 节节vt:左 右 手 定 则蜗 杆主 动 轮 )(a主动轮左旋（右旋）用左手（右手） ，四指握指蜗杆回转方向，拇指指向为蜗杆轴向力方向关系： ， ，21rrF21
11、at，tan二、转向判定1、圆周力 tF2、主动轮左右手定则三、滑动速度m/s（v s 大，发热量大，易磨损、胶合）1521cosdvs6-5 蜗杆传动承载能力计算一、计算载荷 coscos121ntnanc KFKFvA、机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 7 页 共 10 页6.13 /,2.0316、KsmvKvA二、蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮的计算方法推导整理）（中间平面上，蜗杆蜗轮相当于齿轮齿条啮合，按齿条与蜗轮的当量斜齿轮啮合计算）1、 接触应力计算式 LFZncEH（1） os21ntncadKT（2）接触线长 1min 1/min/29. 925.0cos8.750367.1d
12、LdL、 、 （3） )cosin(si cosin221sisin111212xxndd（4） （钢蜗杆铜蜗轮或铸铁蜗轮）EZ 2/60mNZE（5）接触应力 21496zmdKTH2、接触强度条件式机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 8 页 共 10 页校核式： HHzdmKT21496设计式： 13212 26 )( dmd 、式中： 772 87/ 1025105min/60 1076 NNhLjrnjN NZZhh HNHN、 、 、 三、蜗轮齿根弯曲强度计算（视蜗轮为斜齿轮，按斜齿轮的计算方法近似计算）验算式： FaFYmdKT221cos3.设计式： mm325.Fz1 12129
13、6/ /322arctn,096 8cos/dmz dmdNYYYtNF Nva 、 、 、四、蜗杆轴的刚度计算 48321yLEIFyrtFt1蜗杆的圆周力Fr1蜗杆的径向力L 蜗杆轴支撑跨距，初步计算可取 L=0.9d2y 许用挠度，y=d 1/1000,mm机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 9 页 共 10 页6-6 蜗杆传动的效率与热平衡计算1、闭式蜗杆传动效率、 96.05.)/(tan321v总效率： )tan(1 v、 、 21 12vm/s 06sinco 106dvsv 2、热平衡计算（连续工作的闭式蜗杆传动）发热功率： )(1PH散热功率： tKAtd02热平衡条件： ttd)(10式中: 油温t 环境温度0 输入功率1P 散热系数 dK45178.dKCmW2 散热面积，内表面浸油或被溅油，外表面与流通空气接触的箱体外表面积A 油的允许温度 (7585)t3、若 应采取的措施加散热片蜗杆轴加风扇（这时加散热片，注意方向）箱体油池中加冷却水管，用循环水冷却油压力喷油润滑，油外部循环冷却机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第 10 页 共 10 页6-7 蜗杆和蜗轮的结构1、蜗杆常与轴制成一体，称为蜗杆轴铣制蜗杆车制蜗杆2、蜗轮组装式：齿圈用青铜，轮芯用铸铁（为节省青铜）整体式：铸铁蜗轮，尺寸很小的青铜蜗轮
