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1、第十一章 蜗杆传动,11-1 蜗杆传动特点、类型和应用,11-2 普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,11-3 普通圆柱蜗杆传动设计计算,11-5 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算,11-6 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,11-7 圆柱蜗杆和蜗轮结构设计,2,学习要求,掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法,了解蜗杆传动的类型、变位及刚度计算,重点,掌握蜗杆传动的热平衡原理和计算方法,普通圆柱传动的参数选择和强度计算,掌握普通圆柱和圆弧蜗杆传动的受力分析和强度计算,3,蜗杆传动的特点、类型和应用,蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90,一、蜗杆传动特点,1）工作平
2、稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点,2）i大,蜗杆1、2、4、6,传递动力时：i=8100（常用1550） 传递运动时：i=几百上千（单头，）,优点：,齿轮z117,3）结构紧凑、重量轻、噪音小,4）自锁性能好(用于提升机构),4,蜗杆传动的类型、特点和应用,缺点：,1）制造成本高，加工困难,2）滑动速度vs大,3）低,4）蜗轮需用贵重的减摩材料,5,蜗杆传动的类型、特点和应用,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,二、蜗杆传动的类型,6,蜗杆传动的类型、特点和应用,ZA型:阿基米德蜗杆,ZI型:渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动,ZN型:法向直廓蜗杆,1)圆柱蜗杆,ZK型:锥面包络圆柱蜗杆,1.按蜗杆形状
3、分,7,蜗杆传动的类型、特点和应用,3)锥蜗杆 啮合齿数多，平稳，承载,2)环面蜗杆 接触齿对数，承载（1.54）倍， 高，但制造安装要求高,2.按蜗杆头数分,多头蜗杆：相反,3.按旋向分,右旋,一般采用右旋,三、应用,P750KW（通常50KW），Vs35 m/s （通常15 m/s）,由于 i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中,用于传递交错轴之间的回转运动。 一般：空间垂直,8,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,一、圆柱蜗杆传动的基本参数,1.基本齿廓,垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。只是顶隙c0.2m（必
4、要时0.15mc 0.35m），齿根圆半径f等于0.3m（必要时0.2m f 0.4m）,9,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,2.模数 m,正确啮合条件：,标准值(与齿轮不同,表13.4),蜗杆导程角,3.齿形角,刀具基准齿形的齿形角：,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角,法向直廓蜗杆：法向齿形角,10,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,4.蜗杆分度圆直径d1（中圆直径）,刀具数量,加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀,11,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,5.蜗杆直径系数q,d1、m为标准值
5、,q为导出值,不一定为整数,6.蜗杆导程角,制造困难,m一定时，qd1蜗杆刚度,z1一定时， q，自锁性, 小m蜗杆选用大q，保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q，保证效率适于大P,传递动力时:头数z1, 采用多头蜗杆,传递运动时:保证自锁( ),z1 ,采用单头蜗杆,12,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,7.z1、z2,蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等,z1加工困难,传递动力：,（传动平稳性，避免根切）,(z2d2蜗杆轴长刚度), 一般取z2=3280,z2互与z1质均匀磨损,8.i、u,蜗杆主动时:,13,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,9.中心距a
6、,（应按表11-2系列值选取）,10.变位系数,1)变位目的：配凑中心距；凑传动比,2)变位方法：与齿轮变位相同, 靠刀具的移位实现变位,故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位,加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变,14,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,15,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,4) 变位类型,(1)齿数不变，凑a,3) 变位结果,蜗杆各部分尺寸不变，但节线变化,蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆,蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线),蜗轮尺寸发生变化，但,16,普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,2
7、）a不变，齿数变化，凑i,二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算见表11-3,17,普通圆柱蜗杆传动设计计算,一、蜗杆传动失效形式、设计准则及材料选择,1.失效形式,与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断,vs、发热 主要为：胶合、磨损、点蚀,蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上,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,2. 设计准则,闭式传动：,18,普通圆柱蜗杆传动设计计算,3.材料,vs,1) 蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料,铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差,铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合,HT、QT：v
8、s2m/s,大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）,2) 蜗杆,碳钢,合金钢,硬面蜗杆：首选 淬火磨削,调质蜗杆：缺少磨削设备时选用,19,普通圆柱蜗杆传动设计计算,二、蜗杆传动受力分析,(蜗杆主动),啮合效率,忽略Ff,20,普通圆柱蜗杆传动设计计算,方向判定：,1）蜗轮转向,已知：n1、旋向n2,左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n2,2）各分力方向,Fr：指向各自轮心,蜗杆与n1反向,蜗轮与n2同向,蜗杆：左、右手定则,蜗轮：,3）旋向判定,21,普通圆柱蜗杆传动设计计算,练习,已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图，试确定各轮转向、旋向及受力。,1. n4 n3 n2 Ft
9、2 Fa1,2. Fr4 Fa3 Fa2 Ft1 n1,22,普通圆柱蜗杆传动设计计算,三、蜗杆传动强度计算,蜗轮齿强度低于蜗轮齿,1.接触强度计算,23,普通圆柱蜗杆传动设计计算,参数说明：,1）T2蜗轮转矩,N mm,2）K载荷系数,K=KAKKV,3）ZE弹性系数,4）Z接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,设计时：,（蜗杆主动）,5） 许用接触应力,b300MPa，,表11-7,24,普通圆柱蜗杆传动设计计算,2.弯曲强度计算,难于精算,弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关,-校核式,-设计式,参数说明：,1）YFa2蜗轮齿形系数，图11-19,25,普通圆柱蜗杆传动设计计算,3.蜗杆的
10、刚度计算,参数说明：,dn 蜗杆齿根圆直径,2） 蜗杆两端支承间跨距，初选 =0.9d2,3） 许用最大挠度,4.精度等级,12个等级：,测量分度：5级或以上,26,圆弧圆柱蜗杆传动设计计算,一、传动特点,1.传动比范围大,2.易形成润滑油膜,3.传动效率高 (蜗杆主动),4.不易于安装,二、主要参数及选择,1.齿形角,推荐值：,2.变位系数 x2,推荐值：x2=0.51.5,3.齿廓圆弧半径 ,推荐值： =（55.5）m,27,圆弧圆柱蜗杆传动设计计算,三、强度计算,圆弧圆柱蜗杆传动的失效形式、设计准则及受力分析与普通圆柱蜗杆传动大体相同,根据以知知条件P、n1、i或n2a,主要几何参数表1
11、1-10,几何尺寸计算表11-11,1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,参数说明：,1） 蜗轮齿面接触应力,bm2蜗轮平均齿宽,YZ蜗杆齿齿形系数表11-13,28,圆弧圆柱蜗杆传动设计计算,2） 蜗轮齿面接触疲劳极限,K0蜗轮与蜗杆的配对材料系数表11-14,f h寿命系数表11-15,f n速度系数表11-16,f W载荷系数 f W =1 (载荷平稳时),2. 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,参数说明：,Ft2max蜗轮平均圆上的最大圆周力,1) C FLim蜗轮齿根应力系数极限值表11-17,2) C Fmax蜗轮齿根应力系数,蜗轮齿弧长,29,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,一、蜗杆
12、传动的效率,Z1,啮合效率与蜗杆头数 z1 的近似关系: 蜗杆头数 z1 1 2 4 6 总效率 0.7 0.8 0.9 0.95,g 蜗杆的导程角；,v当量摩擦角表1118或11-19(根据vs),滑动速度：,滑动速度，则v 为什么？,=123 = (0.950.96),30,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,二、蜗杆传动的润滑,1. 目的：减摩、散热,2. 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(表1121),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 1/61/3,三、蜗杆传动的热平衡,1. 由于 低，运转中产生热量多
13、，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,2. 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。,31,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,油温：,d 表面传热系数，一般取 d ( 8.15 17.45 ) W/(m2),S箱体的散热面积(m2),t0润滑油的工作温度() ，通常取 t060 70 （ 80 ）,P1传动的输入功率（kW),ta环境温度()，通常取 ta 20 ,32,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,蜗杆传动的散热措施,自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：,1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积,2
14、）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通,33,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,3）在油池内安装冷却管路,4）采用压力喷油循环润滑,传动箱内装循环冷却管路,传动箱外装循环冷却器,34,圆柱蜗杆和蜗轮结构设计,一、蜗杆的结构,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,当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作,35,圆柱蜗杆和蜗轮结构设计,为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,36,圆柱蜗杆和蜗轮结构设计,整体式蜗轮,配合式蜗轮,拼铸式蜗轮,螺栓联接式蜗轮,
