《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(9-11) 第11章蜗杆传动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(9-11) 第11章蜗杆传动（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学目标,重点难点,教学内容,思考练习,第十一章 蜗杆传动,教学目标,教学目标： 1. 明确蜗杆传动的特点及应用； 2. 掌握普通圆柱蜗杆传动的基本参数，正确啮合条件； 3. 具有普通圆柱蜗杆传动设计的能力 4. 具有蜗杆传动的失效分析和维护的能力。,首页,重点：蜗杆、蜗轮各部分尺寸计算。 难点：蜗杆传动的设计。,首页,重点难点,11.1 蜗杆传动的类型、特点及应用 11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.3 蜗杆传动的失效形式和受力分析 11.4 蜗杆和蜗轮的材料和结构 11.5 蜗杆传动的维护 小结 思考与习题,首页,教学内容,11.1 蜗杆传动的类型、特点及应用,返回,蜗杆传动的特
2、点、类型及应用,蜗杆传动用于传递空间两交错轴之间的运动和动力。蜗杆与蜗轮两轴的交错角通常为90。蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中，通常用于减速装置。 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成（图11-1）。在一般情况下，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的每个轮齿可在分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。,返回,返回,蜗轮是用与蜗杆形状相同的蜗轮滚刀按展成法切制的
3、，按照蜗杆形状的不同，可将蜗杆传动分为圆柱蜗杆传动（图11-2）、环面蜗杆传动（图11-3）和锥蜗杆传动（图11-4）三种类型。,11.1.1 蜗杆传动的类型,蜗杆传动的特点、类型及应用,图11-2 圆柱蜗杆传动 图11-3 环面蜗杆传动 图11-4 锥蜗杆传动,1圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆传动按蜗杆齿廓曲线的不同，有五种类型： 阿基米德蜗杆（ZA）传动蜗杆端面齿形为阿基米德螺线，轴面齿廓为直线； 渐开线蜗杆（ZI）传动蜗杆端面齿形为渐开线； 法向直廓蜗杆（ZN）传动蜗杆端面齿形为延伸渐开线，法面齿廓为直线； 锥面包络蜗杆（ZK）传动蜗杆端面齿形近似于阿基米德螺旋线； 圆弧蜗杆（ZC）传动蜗杆轴面
4、齿形为圆弧。 上述五种蜗杆传动都有各自的特点，前四种属于普通圆柱蜗杆传动。国家标准推荐采用ZI蜗杆和ZK蜗杆。本章着重阐述阿基米德圆柱蜗杆传动（图11-5）。 2环面蜗杆传动 环面蜗杆传动的主要特征是蜗杆包围蜗轮，齿廓接触面积大，易于润滑油膜形成，传动效率高，承载能力为普通圆柱蜗杆传动的24倍，但制造工艺复杂，适于大功率的传动。,返回,蜗杆传动的特点、类型及应用,图11-5阿基米德蜗杆（ZA）,返回,3锥蜗杆传动 锥蜗杆传动的主要特征是啮合齿数多，重合度大，传动平稳，承载能力大。蜗轮可以采用淬火钢制造，因而节约了贵重金属。,蜗杆传动的特点、类型及应用,返回,1传动比大 在蜗杆传动中，传动比为蜗
5、轮齿数与蜗杆线数之比：,11.1.2 蜗杆传动的特点,蜗杆传动的特点、类型及应用,（11-1）,通常蜗轮齿数z2=3280，而蜗杆线数z1=1、2、4、6，故蜗杆传动的传动比大，而且结构紧凑。 2传动平稳 因为蜗杆是一个与梯形螺纹相同或相似的连续螺杆，所以与蜗轮的啮合也是连续的，使得传动平稳，无噪声。 3效率较低 普通圆柱蜗杆传动在啮合处有较大的相对滑动速度，因而摩擦损耗大，发热和磨损严重，传动效率低，在自锁时效率仅为0.40.5。为了减摩耐磨，蜗轮常采用贵重的青铜材料制造，蜗杆则多淬硬后进行磨削，成本较高。,返回,4能够自锁 如果蜗杆分度圆柱上的螺旋导程角很小时，蜗杆传动具有自锁性，即只能由
6、蜗杆带动蜗轮，而蜗轮上无论作用多大的力都无法推动蜗杆转动，因此在需要反向自锁的机械中，通常采用具有自锁性的蜗杆，以保证安全生产，如起重机械等。,11.1.3 蜗杆传动的选用,蜗杆传动的特点、类型及应用,选用蜗杆传动的类型，要考虑传动的工作要求和使用条件，以及制造工艺和生产成本。 1要求自锁的低速、轻载的传动，可选用单头阿基米德圆柱蜗杆（ZA）传动； 2载荷较小、速度较低、精度要求不高或不太重要的传动，如果要求蜗杆的加工工艺简单，可选用阿基米德圆柱蜗杆（ZA）传动； 3速度高、传动较精密、蜗杆头数较多的传动，如果要求蜗杆的加工工艺简单，可选用渐开线蜗杆（ZI）传动、法向直廓蜗杆（ZN）传动、锥面
7、包络蜗杆（ZK）传动；,返回,4要求传动效率高、蜗杆不磨削的大功率传动，可选用环面蜗杆传动； 5重载、高速及要求传动效率高、精度要求高的重要传动，可选用圆弧蜗杆（ZC）传动、环面蜗杆传动。,蜗杆传动的特点、类型及应用,11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,返回,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,返回,11.2.1 蜗杆传动的正确啮合条件,图11-6 圆柱蜗杆传动的几何尺寸,返回,图11-6所示为阿基米德圆柱蜗杆传动的啮合情况。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面，称为蜗杆传动的中间平面。中间平面对于蜗杆是轴面；对于蜗轮则是端面。蜗杆传动的计算与加工均以中间平面上的参数和尺寸为基准。在中间平面内，蜗
8、杆与蜗轮的啮合可视为齿条与渐开线齿轮的啮合。因此，蜗杆传动的正确啮合条件是：蜗杆的轴面模数ma1和轴面压力角a1，应该分别等于蜗轮的端面模数mt2和端面压力角t2；当交错角为90时，蜗杆的分度圆柱导程角应该等于蜗轮的螺旋角，且两角旋向相同。即,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,（11-2）,11.2.2 主要参数和几何尺寸,1模数m和压力角 在中间平面内，蜗杆和蜗轮的模数（ma1和mt2）及压力角（a1和t2）取标准值。我国规定的动力蜗杆传动模数m的标准值见表11-1；标准压力角=20。,返回,2蜗杆分度圆直径d1和直径系数q 由于蜗轮常用形状与蜗杆相仿的滚刀范成切齿，为使蜗轮滚刀尺寸的标准化和系
9、列化，国家标准将蜗杆分度圆直径d1也确定为标准值，并与蜗杆传动的模数m相匹配，见表11-1。 表11-1 动力蜗杆传动的m、d1的标准值（=90）,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,返回,同时将分度圆直径和模数的比值称为蜗杆直径系数q，即： （11-3） 3.蜗杆分度圆柱导程角 如图11-7所示，将蜗杆的分度圆柱面展成平面，蜗杆的轴向齿距pa1=m,则蜗杆分度圆柱导程角为 (11-4) 在z1一定时，q小则大，可提高传动效率。,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,图11-7 蜗杆分度圆柱导程角与齿距的关系,返回,4蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 蜗杆头数z1少，能获得较大的传动比，便于制造；但导程角小，传动
10、效率低，发热量大。蜗杆头数z1多，导程角大，传动效率高，但z1过多时制造困难。要求反行程自锁时，一般取z1=1；在动力传动中，一般取z1=2、4、6。 蜗轮齿数z2根据传动比和蜗杆头数决定。用于动力传动时，为增加传动的平稳性，蜗轮齿数z2不宜少于28。z2越多，蜗轮尺寸越大，蜗杆轴就要加长，使轴的刚度降低，蜗轮齿数z2不宜多于100。一般常取z2=3280。对于多头蜗杆，应尽量使z1和z2互为质数，有利于蜗轮齿面均匀磨损。 5传动比i 若蜗杆的转速为n1，蜗轮的转速为n2，对于减速蜗杆传动,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,（11-5）,返回,需要注意的是，蜗杆传动的传动比不等于蜗轮与蜗杆的直径之
11、比。蜗杆传动减速装置传动比的公称值为：5，7.5，10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，70，80。其中，10，20，40，80为基本传动比。 例11-1 已知某蜗杆传动，m=8mm，q=10，z1=2，z2=43，ha*=1，c*=0.2。试求蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸。 解： 按表11-2计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸。 蜗杆主要几何尺寸 蜗杆分度圆直径 d1=mq=810=80mm 蜗杆齿顶圆直径 da1= d1+2ha=（q+2）m=（10+2）8=96mm 蜗杆齿根圆直径 df1= d1-2hf=（q-2.4）m=（10-2.4）8=60.8mm 蜗杆导程角 蜗杆轴向
12、齿距 pa1=m=3.14168=25.133mm 蜗轮主要几何尺寸 蜗轮分度圆上螺旋角 =111836,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,返回,蜗轮分度圆直径 d2=mz2=843=344mm 蜗轮喉圆直径 da2=d2+2ha=（z2+2）m=(43+2) 8=360mm 蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf=（z2-2.4）m=(43-2.4) 8=324.8mm 蜗杆传动中心距,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,11.3 蜗杆传动的失效形式和受力分析,返回,蜗杆传动的失效形式和受力分析,返回,蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相同，有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损等。 在闭式蜗杆传动中，蜗杆
13、和蜗轮齿面间的相对滑动速度大，摩擦发热大，润滑油粘度下降，润滑条件恶化，最容易发生胶合。 在开式蜗杆传动和润滑油不清洁的闭式蜗杆传动中，磨损是主要失效形式。 若蜗轮齿数较多（z280），偶尔也会出现轮齿的弯曲折断。 因为蜗杆材料的强度通常高于蜗轮材料，所以蜗杆传动的失效总是发生在蜗轮上。对于蜗杆而言，主要应当控制蜗杆轴的变形。 为避免和减缓蜗杆传动的失效，应采取选配合适的蜗杆和蜗轮材料、提高制造和安装精度、供给充足的具有抗胶合性能的润滑油、改善散热条件等措施。,11.3.1 蜗杆传动的失效形式,返回,蜗杆传动的受力分析与斜齿轮相似，如图11-8所示，作用在齿面上的法向力Fn1仍可以分解为圆周力
14、Ft1、径向力Fr1和轴向力Fa1。而且，Ft1与Fa2、Fr1与Fr2、Fa1与Ft2数值相等、方向相反。可以推得,11.3.2 蜗杆传动的受力分析,图11-8 蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动的失效形式和受力分析,返回,（11-6）,式中 d1 、d2分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径，mm; 蜗杆和蜗轮在中间平面内的压力角，=20； T1、T2分别为蜗杆和蜗轮所传递的转矩，单位为Nmm，可按下式计算：,蜗杆传动的失效形式和受力分析,（11-7） （11-8）,式中 P1蜗杆所传递的功率，kW； n1蜗杆轴的转速，r/min； 蜗杆传动的效率，见本章第5节。,返回,在蜗杆传动中，圆周力的方向：对主动
15、蜗杆，与其啮合点运动方向相反，对从动蜗轮，与其啮合点运动方向相同；径向力的方向：对蜗杆和蜗轮，均由啮合点指向各自的轴心；轴向力的方向：对蜗杆按“右旋用右手、左旋用左手、四指与n1转向相同、拇指即指轴向”的法则判定，对蜗轮，可按与蜗杆圆周力的方向相反的规律判定。,例11-2 在图11-9（a）所示的蜗杆传动中,已知蜗杆1右旋和n1的转向(),求蜗杆和蜗轮所受各力的方向、蜗轮的旋向和转向；已知蜗杆头数z1=1, 蜗轮的齿数z2=38,蜗杆所传递的功率P1=4kW，蜗杆轴的转速n1 =960r/min；蜗杆传动的效率=0.4，蜗轮的转速n2和所传递转矩T2。,图11-9 蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动
16、的失效形式和受力分析,返回,解：（1）受力分析 因为主动蜗杆为右旋，采用“右手法则”，四指与n1转向相同、拇指即指轴向力Fa1的方向（），径向力Fr1指向蜗杆轴线（），圆周力Ft1与其啮合点运动方向相反（垂直向外）；蜗轮径向力Fr2与Fr1相反（），轴向力Fa2与Ft1相反（垂直向内），圆周力Ft2与Fa1相反（），因此蜗轮的转向为逆时针。根据正确啮合条件，蜗轮也为右旋。受力分析如图11-9（b）所示。 （2）转速和转矩计算 由式（11-1） 由式（11-7） 由式（11-8） T2=T1 i=39792380.4=604838Nmm,蜗杆传动的失效形式和受力分析,11. 4 蜗杆与蜗轮的材料和结构,返回,蜗杆与蜗轮的材料和结构,返回,根据蜗杆传动的主要失效形式，蜗杆与蜗轮材料的组合应具
