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1、任务3 蜗杆传动设计,学习情境2 机械部件传动系统设计,目录,2.3.1 学习目标,2.32 任务描述,2.3.3 任务分析,2.3.4 相关知识,2.3.5 任务实施,了解蜗杆蜗轮的概念 掌握蜗杆蜗轮的相关参数 掌握蜗杆受力分析 了解蜗杆蜗轮的失效形式及材料确定 了解蜗杆蜗轮的结构 掌握蜗杆机构设计方法,蜗杆传动的特点、类型与应用 圆柱蜗杆传动的主要参数与尺寸计算 圆柱蜗杆传动强度设计计算 圆柱蜗杆传动承载能力计算 圆柱蜗杆传动效率、润滑及热平衡计算 圆柱蜗杆和蜗轮的结构,2.3.2 任务描述,2011年全国职业院校技能大赛高职组“机械部件创新设计与制造”竞赛中，某参赛队传动机构选用蜗杆传动
2、，如图所示，试按竞赛规程要求设计该机构。,2.3.3 任务分析,蜗杆传动可将风轮轴的高速运动经过减速传递到执行机构，以满足执行机构的要求，同时有效地提高执行机构的动力。要完成蜗轮传动设计，需要对蜗杆蜗轮有一定的了解，并掌握蜗杆蜗轮的基本参数及几何尺寸的计算方法，熟悉蜗杆蜗轮的设计方法。,2.3.4 相关知识 基本概念,1.蜗杆传动的特点,蜗杆蜗轮是用来传递空间交错轴间的运动和动力，常用于两轴之间交错角=90的减速运动。,传动比大，一般 i =1080，最大可达1000； 重合度大，传动平稳，噪声低； 结构紧凑，可实现反行程自锁； 齿面的相对滑动速度大，效率低； 主要用于中小功率，间断工作的场合
3、； 广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。,2.3.4 相关知识 基本概念,2.蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,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（ZA蜗杆）,渐开线蜗杆（ZI蜗杆）,法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）,蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；,重合度大；承载能力和效率较高。,2.3.4 相关知识 基本概念,2.蜗杆传动的类型,2.3.4 相关知识 普通圆柱蜗杆传动的主要参数,1.模数m和压力角,中间平面（主平面）：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。 在中间平面上，普通圆柱蜗杆传动就相当于齿条与齿轮的
4、啮合传动。因此，在设计蜗杆传动时，将中间平面上的参数取为标准值。,在中间平面内，蜗杆的轴向模数ma1和蜗轮的端面模数mt2相等且为标准值，即： ma1= mt2 = m 蜗杆的轴向压力角a1和蜗轮的端面压力角a1相等，即a1 = a1 =20 蜗杆的轴向齿形角与法向齿形角的关系为：,导程角,2.3.4 相关知识 普通圆柱蜗杆传动的主要参数,2.蜗杆的导程角,蜗杆导程角小（3.54.5），效率低，但可实现自锁； 蜗杆导程角大，效率高，但蜗杆的车削加工较困难。通常取可取3.527。,3.蜗杆分度圆直径 d1 和直径系数 q,蜗杆分度圆直径 d1 为标准值； d1与模数 m 的比值称为蜗杆直径系数
5、q；,2.3.4 相关知识 普通圆柱蜗杆传动的主要参数,4.蜗杆头数zl、蜗轮齿和数z2和传动比i,z1g效率 ，但加工困难； z1 传动比 i，但传动效率 ； 常取，z11，2，4，6；可根据传动比选取； 当传动比大于40，或要求蜗杆具有自锁性时，取z11； z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度； 一般： z22780 ； 当z2 80时，会导致模数过小而削弱轮齿齿根强度或使蜗杆轴刚度下降； 若z2 27，蜗轮齿将产生根切与干涉现象。,n1、n2蜗杆、蜗轮的转速，r/min ，应注意，传动比i不等于d1/
6、d2。,2.3.4 相关知识 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,2.3.4 相关知识 蜗杆传动强度计算,1.失效形式、设计准则和常用材料,蜗杆传动主要失效形式： 蜗轮齿面的胶合、磨粒磨损（最终导致断齿）等。 设计准则,闭式传动,开式传动,按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。,通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。,常用材料 蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢； 蜗轮常用材料有,锡青铜,铝青铜,灰铸铁,适用于齿面滑动速度vs较高的传动。,vs 8 m/s 的场合,vs 2 m/s 的场合,2.3.4 相关知识 蜗杆传动强度计算,2.蜗杆传动的受力分析,轮齿所受
7、的法向力Fn，可分解为：切向力Ft 、径向力Fr 、轴向力Fx。 在不计摩擦力时，有以下关系：,2.3.4 相关知识 蜗杆传动强度计算,3.蜗杆传动的承载能力计算,（1）蜗轮齿面接触疲劳强度计算 目的：防止“点蚀”和“胶合”失效； 强度条件： H H； 以节点为计算点，计算齿面接触应力H。 蜗轮齿面接触疲劳强度校核公式为： 蜗轮齿面接触疲劳强度设计计算公式为：,ZE材料的弹性系数； K载荷系数； H蜗轮材料的许用接触应力 N应力循环次数,2.3.4 相关知识 蜗杆传动强度计算,（2）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 目的：防止“疲劳断裂”； 强度条件： F F 蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核公式： 蜗轮齿
8、面弯曲疲劳强度设计计算公式为：,YFa2蜗轮的齿形系数； F 蜗轮齿材料的许用弯曲应力； N应力循环次数。,2.3.4 相关知识 蜗杆传动强度计算,（3）蜗杆轴的刚度计算 蜗杆受力后，若产生过大的变形，就会造成轮齿接触偏载现象，从而影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，所以还要对蜗杆轴进行刚度校核。 通常将蜗杆螺旋齿部分看作是以齿根圆直径为直径的轴来校核蜗杆轴的弯曲刚度 其最大弯曲挠度y可近似按下式计算：,E蜗杆材料的弹性模量，MPa； I蜗杆危险剖面的惯性矩，mm； L 蜗杆轴两支承间的跨距，mm； y 许用最大挠度，y=d1/1000，mm。,2.3.4 相关知识 蜗杆的传动效率,1、2 、3分别为单
9、独考虑啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗时的效率,表 闭式蜗杆传动效率估算值,对于开式传动，当z11、2时，取 =0.60.7。,2.3.4 相关知识 蜗杆的传动润滑和热平衡,1.润滑,目的：减小摩擦，散热； 润滑油粘度及给油方式； 一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法,油池润滑,喷油润滑,蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；,蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。,2.热平衡,由于低，运转中产生热量多，导致温度升高，破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。 为控制温升，需进行热平衡计算。 热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。,2.3.4 相关知
10、识 蜗杆的传动润滑和热平衡,3.蜗杆传动的散热措施,在箱体外表面加散热片以增加散热面积,在蜗杆的端面安装风扇，加速空气流通，提高散热系数,在油池中安装蛇形水管，用循环水冷却,采用压力喷油循环润滑,2.3.4 相关知识 蜗杆和蜗轮的结构,1.蜗杆的结构,由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体； 当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。,2.3.4 相关知识 蜗杆和蜗轮的结构,2.蜗轮的结构,整体式蜗轮 主要用于铸铁蜗轮和直径小于100mm的青铜蜗轮,组合式蜗轮 将有色金属制
11、造的齿圈和钢或铸铁制造的轮芯装在一起，常见的有靠过盈联接轮箍式,拼铸式蜗轮 成批生产时常采用浇铸式,螺栓联接式蜗轮 当蜗轮直径较大时也可用铰制孔的螺栓联接,2.3.5 任务实施,如图所示蜗杆传动，已知i=50，n1=2800r/min，传递功率P=15W，工作平稳，单向传动，每天工作12h，工作期限10年。,（1）选择材料、确定热处理工艺和精度等级,（2）选定蜗杆头数和蜗轮齿数,（3）确定设计准则,（4）确定弯曲疲劳强度设计公式中的相关参数,（5）计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度,（6）计算蜗杆圆周速度，验证精度选择是否合适,（7）计算蜗杆传动的主要尺寸及参数,（8）确定蜗杆蜗轮的结构尺寸,PPT模板下载：,
