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1、聊城大学 汽车学院 汽车工程系第5章 蜗杆传动学习目标：1、了解蜗杆传动的类型、应用特点，蜗轮蜗杆的结构；2、掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数；3、掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料；4、掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析及强度计算方法；5、了解蜗杆传动的效率及热平衡计算。重点内容：1、掌握蜗杆传动的失效形式及设计准则；2、掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析和设计计算。聊城大学 汽车学院 汽车工程系聊城大学 汽车学院 汽车工程系5.1 概述作用： 用于传递空间交错轴之间的回转运动和动力。一般蜗杆主动、蜗轮从动。形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋
2、。11所得齿轮称为:蜗杆。而啮合件称为:蜗轮。蜗杆22蜗轮聊城大学 汽车学院 汽车工程系改进措施：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、自锁性。分度机构：i=300, 通常i=1080缺点： 传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。线接触摩擦、磨损严重。聊城大学 汽车学院 汽车工程系机床：数控工作台、分度机构汽车：转向器冶金：材料运输矿山：开采设备起重运输：提升设备、电梯、自动扶梯应用：聊城大学 汽车学院 汽车工程系类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 环面蜗杆锥蜗杆圆柱
3、蜗杆5.1.1 蜗杆传动的类型聊城大学 汽车学院 汽车工程系普通圆柱蜗杆类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 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。聊城大学 汽车学院 汽车工程系圆弧圆柱蜗杆类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 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。聊城大学 汽
4、车学院 汽车工程系 类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆 ZK阿基米德螺线2单刀加工阿基米德蜗杆(ZA)聊城大学 汽车学院 汽车工程系类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK 阿基米德蜗杆(ZA)阿基米德蜗杆ZA双刀加工阿基米德螺线特点：便于 车削加工， 但磨削困难聊城大学 汽车学院 汽车工程系类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动
5、 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK 渐开线蜗杆(ZI)渐开线蜗杆渐开线基圆特点：便于车 削加工，可滚 铣，可平面砂 轮磨削。聊城大学 汽车学院 汽车工程系延伸渐开线类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK dx车刀对中齿厚中心法面法向直廓蜗杆(ZN)聊城大学 汽车学院 汽车工程系类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗
6、杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK 法向直廓蜗杆 (ZN) dx延伸渐开线2车刀对中齿槽中心法面特点：便于 车削加工， 直母线砂轮 磨齿。聊城大学 汽车学院 汽车工程系类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK 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，只能铣削或磨削，加工时工件作螺旋运动，刀具作旋转运动。砂轮聊城大学 汽车学院 汽车工程系类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米
7、德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK 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。环面蜗杆聊城大学 汽车学院 汽车工程系锥蜗杆类 型环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动 普通圆柱 蜗杆传动 圆弧圆柱蜗 杆传动ZC 阿基米德蜗杆ZA 渐开线蜗杆ZI 法向直廓蜗杆ZN 锥面包络圆柱蜗杆ZK 锥蜗杆传动特点： 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ZA最常用聊城大学 汽车学院 汽车工程
8、系d蜗杆旋向：左旋、右旋(常用)11精度等级：对于一般动力传动，按如下等级制造：v1 5 m/s -7级精度； v1 3 m/s -8级精度； v1 1.5 m/s -9级精度；判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。聊城大学 汽车学院 汽车工程系5.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算中间平面 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。5.2.1 主要参数中间平面正确啮合条件是中间平面内参数分别相等： 2mt2=ma1=m在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合1、正确啮合条件t2 =a1=聊城大学 汽车学院 汽车工程系压力角: =20模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。分度传动，推荐
9、用 =15动力传动，推荐：=252、模数m和压力角 第一系列1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40第二系列1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14蜗杆模数m值 GB10088-88蜗轮蜗杆轮齿旋向相同。蜗轮右旋蜗杆右旋ZA：aZI、ZN、ZK：n聊城大学 汽车学院 汽车工程系为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1只能取标准值。定义s=e的假想圆柱称为蜗杆的分度圆柱。d1esd23.蜗杆的分度圆直径d1规定比值 为蜗杆的直径系数。q=d1/m一般取:q = 8 18。
10、 m不变的话，q,d1,蜗杆刚度聊城大学 汽车学院 汽车工程系表5-2 普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配聊城大学 汽车学院 汽车工程系4、传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆头数z1 ：即螺旋线的数目蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。通常： z1=1 2 4 6dn2n1i = 传动比：z1z2= 蜗轮齿数： z2= i z1 为避免根切： z2 17一般情况： 28z280 若想得到大 i , 可取： z1=1，但传动效率低。对于大功率传动 , 可取：z1=2，或 4。聊城大学 汽车学院 汽车工程系表5-3 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值 传动
11、比i 5 715 1430 2982 蜗杆头数z1 6 4 2 1 蜗轮齿数z2 2931 2961 2961 2982 5、蜗杆的导程角将分度圆柱展开得： = z1 pa/d1 = mz1/d1 tan1=l/d1 d1lpa1 d1116、中心距a = r1+r2= m(q +z2)/2= z1/q 聊城大学 汽车学院 汽车工程系5.2.3普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算(表) 由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i , z1 z2 计算求得 m、d1 计算几何尺寸表 5-4 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名 称 计 算 公 式 蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶圆直径 根圆直
12、径 蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙 中心距 蜗 杆蜗 轮 d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px= mc=0.2 m a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)聊城大学 汽车学院 汽车工程系5.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料5.3.1 失效形式和设计准则a. 失效形式：齿面点蚀、胶合和磨损，通常发生在蜗轮。 b. 设计准则：1)闭式：按接触强度设计，按弯曲强度校核(Z290)，连续工作，要进行热平衡计算
13、。2)开式：按弯曲强度进行设计。* 蜗杆的刚度计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：聊城大学 汽车学院 汽车工程系5.3.2 常用材料材料蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。材料牌号选择（表5-5）：高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火5662HRC)或40Cr 42SiMn 45 (表面淬火4555HRC)一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220250HBS)蜗轮材料： vS 12 m/s时 ZCuSn10P1锡青铜制造。vS 12 m/s时 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜vS 6 m/s时 ZCuAl10Fe3铝青铜。vS 2 m/s时 球墨铸铁、灰铸铁。蜗
14、杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。聊城大学 汽车学院 汽车工程系5.4.1 蜗杆传动的受力分析5.4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算Ft2Fr2Fa2Ft1 Fr1Fa12法向力可分解为三个分力:圆周力 Ft轴向力 Fa径向力 Fr且有如下关系Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / d1 =2T2 / d2 = Ft2 tanT1 、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩T2= T1 i 1聊城大学 汽车学院 汽车工程系11伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗杆所受轴向力 的方向与拇指指向相同。用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：用左手判断，方法一样22ar1r212pv212p右旋蜗杆Fa1Fa1v2聊城大学 汽车学院 汽车工程系12p蜗杆传动受力方向的判定： Fr1Fr222)蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且 Ft2=-Fa1 ；4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且 Fr1=-Fr2 ；3)蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2 ； 1)蜗杆所受扭矩T1与转动方向1相同；T1T1Ft1Fa2Ft1Fa2Ft2Fa111Fa1Ft2聊城大学 汽车学院 汽车工程系Ft2Fa12Ft1Fa2 Fr2Fr1聊城大学 汽车学院 汽车工程系Fa3Fa2Ft1 F
