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1、机械设计Design of Machinery机电工程学院机械设计研究室7/30/20241第三篇 机械传动11.111.1蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型11.2 11.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算11.311.3普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算11.411.4圆弧圆柱蜗杆传动设计计算圆弧圆柱蜗杆传动设计计算 11.511.5普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算11.611.6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动 概述概述7/3
2、0/20242蜗杆传动蜗杆传动概述概述 作用：作用： 用于传递交错轴之间的回转运动和动力。用于传递交错轴之间的回转运动和动力。 蜗杆主动、蜗轮从动。蜗杆主动、蜗轮从动。9090形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z z1 1=1=1）而且而且1 1很很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。11 1所得齿轮称为所得齿轮称为: :蜗杆。蜗杆。而啮合件称为而啮合件称为: :蜗轮。蜗轮。蜗杆蜗杆22 2蜗轮蜗轮7/30/20243改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切改进措施：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
3、。制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为线接触。点点接触接触线接触线接触1 1）工作平稳工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。2 2）i i大大蜗杆蜗杆1 1、2 2、4 4、6 6传递动力时：传递动力时：i=8100i=8100（常用（常用15501550）传递运动时：传递运动时：i=i=几百几百 上千（单头，上千（单头，）优点：优点：齿轮齿轮z z1 117177/30/202443 3）结构紧凑结构紧凑、重量轻、噪音小。、重量轻、噪音小。4 4）自锁性能好自锁性能好( (用于提升机构用于提升机构) ) 。缺点：缺点：1 1）制造成本高，加工困难。）制造成本高，加工困难。2
4、2）滑动速度滑动速度v vs s大。大。3 3）低。低。4 4）蜗轮蜗轮需用贵重的需用贵重的减摩材料减摩材料。7/30/20245类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆圆柱蜗杆11-1 11-1 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆 锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋形成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。7/30/20246类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-
5、2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直线刀刃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。齿面的齿廓形状不同。普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆7/30/20247类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆 圆弧
6、圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是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加工用的车刀为圆弧刀刃圆弧刀刃。传动特点：传动特点：1）传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达90%以上；以上；2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.52.5倍；倍；3）结构紧凑。结构紧凑。7/30/20248类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆
7、锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德螺线阿基米德螺线2阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆单刀加工单刀加工阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)7/30/20249类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆双刀加工双刀加工阿基米德螺线阿基米德螺线7/30/202410类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆
8、柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)渐开线蜗杆渐开线蜗杆渐开线渐开线基圆基圆7/30/202411类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直
9、廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 dx延伸渐开线延伸渐开线车刀对中齿厚中心法面车刀对中齿厚中心法面法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)7/30/202412类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN) dx延伸渐开线延伸渐开线2车刀对中齿槽中心法面车刀对中齿槽中心法面7/30/202413类类型型环面蜗杆传动环面
10、蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(ZK)2近似于阿基米德螺线近似于阿基米德螺线是一种非线性螺旋齿面是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加蜗杆。不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，工，只能在铣削或磨削，加工时工件作螺旋运动，加工时工件作螺旋运动，刀具作旋转运动。刀具作旋转运动。砂轮砂轮7/30/202414类类型型环面蜗杆传动环
11、面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 环面蜗杆传动特点：环面蜗杆传动特点： 1）传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达8590%；2）承载能力高，约为承载能力高，约为阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆的的24倍；倍；3）要求制造和安装精度高。要求制造和安装精度高。环面蜗杆环面蜗杆7/30/202415类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗
12、杆传动的蜗杆传动的类型类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 锥蜗杆传动特点：锥蜗杆传动特点： 锥蜗杆锥蜗杆1）同时接触的点数较多，重合度大；）同时接触的点数较多，重合度大； 2）传动比范围大，一般为）传动比范围大，一般为10360； 3）承载能力和传动效率高；）承载能力和传动效率高； 4）制造安装简便，工艺性好。）制造安装简便，工艺性好。 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆最常用最常用7/30/202416潘存云教授研制d d蜗杆旋向：左旋、右
13、旋蜗杆旋向：左旋、右旋( (常用常用) )1 11 1判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。7/30/202417中间平面中间平面1. 正确啮合条件正确啮合条件中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：mt2t2=ma1a1=m ，t2 =a1= 取标准值在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。(一一) 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择211-2 11-2 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动的蜗杆传动的主要
14、参数及几何尺寸计算主要参数及几何尺寸计算7/30/202418ZA蜗杆：蜗杆： a=20轴向模数模数m m取标准值，与齿轮模数系列不同。取标准值，与齿轮模数系列不同。第一系列第一系列1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40第二系列第二系列1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14蜗杆模数蜗杆模数m值值 GB10088-88GB10088-882. 模数模数m和压力角和压力角 压力角压力角ZN蜗杆：蜗杆： n=20法向ZI蜗杆：蜗杆： n=20ZK蜗杆：蜗杆： n=20
15、轴向压力角与法向压力角之间的关系：轴向压力角与法向压力角之间的关系：推导过程见机械原理斜齿条 tgn=tgn /cos7/30/202419蜗轮蜗杆轮齿旋向相同蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.若若 9090 1 12 21 1 1 1+1 1 9090蜗轮右旋蜗轮右旋蜗杆右旋蜗杆右旋1 1+2 2定义定义s=es=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。d d1 1e es sd d2 23.3.蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d d1 11 11 1tt2 27/30/202420刀具数量刀具数量刀具数量刀具数量同一同一m m的蜗杆，应对直径的蜗杆，应对直径d d1 1进行限制进行限制d
16、 d1 1为标准值为标准值dd1 1p px xp px x加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但相同，但m m一定时，由于一定时，由于z z1 1和和的变化，的变化，d d1 1是变化的，是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。d d1 1m m表表11-211-27/30/202421表表112 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mmm11.251.62d1182022.42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)28(35.5)45(
17、28)35.5(45)56(31.5)m456.3d140(50)71(40)50(63)90(50)63m6.3810d1(80)112(63)80(100)140(71)90摘自摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用括号中的数字尽可能不采用称比值称比值 为蜗杆的直径系数。为蜗杆的直径系数。q=d1/m一般取一般取: :q=818 20 q=12.5 28 q=17.51.67/30/202422蜗杆直径系数蜗杆直径系数q q：d d1 1、m m为标准值为标准值q q为导出值为导出值, ,不一定为整数。不一定为整数。m m一定时，一定时，qqd d1 1蜗杆刚度蜗杆刚度z z1
18、 1一定时，一定时， qq，自锁性，自锁性 小小m m蜗杆蜗杆选用大选用大q q，保证强度和刚度，保证强度和刚度适于小适于小P P 大大m m蜗杆蜗杆选用小选用小q q，保证效率，保证效率适于大适于大P P7/30/2024234. 4. 蜗杆头数蜗杆头数z z1 1蜗杆头数蜗杆头数z z1 1 ：即螺旋线的数目。即螺旋线的数目。蜗杆转动一圈，相当于齿条移动蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z z1 1个齿，推动蜗轮转过个齿，推动蜗轮转过z z1 1个齿。个齿。通常取：通常取： z z1 1=1 =1 2 4 2 4 6 65. 5. 蜗杆的导程角蜗杆的导程角将分度圆柱展开得：将分度圆柱展开得：=
19、= z z1 1 p pa1a1/d/d1 1 = =mzmz1 1/d/d1 1 tgtg1 1= =l/d/d1 1 dd1 1lp pa1a11 1d d1 1= =z z1 1/q /q 1 11 1z z1 1加工困难加工困难制造困难制造困难7/30/2024246. 传动比传动比 i 和齿数比和齿数比 u传动比传动比 : z1z2 = -n2n1i = -若想得到大若想得到大 i , 可取：可取： z1=1，但传动效率低。但传动效率低。对于大功率传动对于大功率传动 , 可取：可取： z1=2，或或 4。蜗轮齿数：蜗轮齿数： z2= i z1 为避免根切：为避免根切： z2 26 一
20、般情况：一般情况： z2 80 80 z2过大过大 蜗杆长度蜗杆长度 刚度、啮合精度刚度、啮合精度 结构尺寸结构尺寸= u-齿数比齿数比 7. 蜗轮齿数蜗轮齿数z2表表11-1 蜗杆头数蜗杆头数z1与蜗轮齿数与蜗轮齿数z2的推荐值的推荐值传动比传动比i 5 715 1430 2982 蜗杆头数蜗杆头数z1 6 4 2 1 蜗轮齿数蜗轮齿数z2 2931 2961 2961 2982 a =(d1 +d1 )/28. 蜗杆传动的标准中心距蜗杆传动的标准中心距= m(q+ z1) /27/30/202425（二）蜗杆传动变位的特点（二）蜗杆传动变位的特点1 1、变位目的：配、变位目的：配凑中心距凑
21、中心距凑中心距凑中心距；凑传动比或提高蜗杆传动凑传动比或提高蜗杆传动凑传动比或提高蜗杆传动凑传动比或提高蜗杆传动的承载能力及传动效率的承载能力及传动效率的承载能力及传动效率的承载能力及传动效率。2 2、变位方法：与齿轮变位相同、变位方法：与齿轮变位相同, , 靠靠刀具的移位刀具的移位实现变位。实现变位。故：蜗杆尺寸不能变动，故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加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。工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。7/30/2024267/30/2024274 4、变位类型、变
22、位类型1 1）齿数不变，凑齿数不变，凑a ax0x0，正变位，正变位 x0 x12 m/s 12 m/s时时 ZCuSn10P1ZCuSn10P1锡青铜制造。锡青铜制造。v vS S 12 m/s 12 m/s时时 ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜锡青铜v vS S 6 m/s 6 m/s时时 ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3铝青铜。铝青铜。v vS S 2 m/s 2 m/s时时球墨铸铁、灰铸铁。球墨铸铁、灰铸铁。11-3 11-3 普通普通蜗杆传动的蜗杆传动的承载能力计算承载能力计算3 3、蜗杆传动的、蜗杆传动的常用材料常用材料 7/30/202433（二）（
23、二）蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析Ft2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力法向力可分解为三个分力：可分解为三个分力：圆周力：圆周力：Ft轴向力：轴向力：Fa径向力：径向力：Fr且有如下关系：且有如下关系：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / / d1 =2T2 / / d2 = Ft2 tg式中：式中：T1 、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2= T1 i 1Fr2啮合效率啮合效率7/30/202434忽略忽略F Ff f 7/30/2024351 11p212p由相对运动原理可知由相对运动原理可知: :v2 = v
24、1 + vS 齿面间滑动速度齿面间滑动速度vS S= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作速度向量图，得作速度向量图，得: :v2 = v1 tg蜗轮的转向蜗轮的转向: :v22 22 2CW蜗轮转向的确定蜗轮转向的确定 vSttv1v27/30/202436方向判定：方向判定：1 1）蜗轮转向）蜗轮转向已知：已知：n n1 1、旋向、旋向n n2 2左、右手定则：四指左、右手定则：四指n n1 1、拇指、拇指反反向：啮合点向：啮合点v v2 2nn2 22 2）各分力方向）各分力方向F Fr r：指向各自轮心指向各自轮心F Ft t蜗杆蜗杆与与n n1 1反向反向蜗轮蜗轮与与n
25、 n2 2同向同向F Fa a蜗杆蜗杆：左、右手定则左、右手定则蜗轮：蜗轮：n2n13 3）旋向判定）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同蜗轮与蜗杆旋向相同。v27/30/202437练习：练习：n1n1Fr1Fr2 Ft1x xFa2Fa1Ft2右旋右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2x xFa1Ft2n2练习练习7/30/202438右旋右旋求蜗杆的旋向？求蜗杆的旋向？Fx1求蜗杆的转向？求蜗杆的转向？练练 习习7/30/202439（三）（三） 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算齿面接触强度校核公式：齿面接触强度校核公式：L0 KFnH = Z= ZE Ea3KT2= = Z ZE EZ Z
26、 H 由上式可得设计公式：由上式可得设计公式：式中式中K K为载荷系数，取：为载荷系数，取：K K = = K KA A K Kv v K K Z Z- 接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。赫兹公式赫兹公式: : a KT2 H Z ZE EZ Z23H H -许用接触应力按下表选取。许用接触应力按下表选取。1 1）接触强度）接触强度 7/30/2024400.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6
27、3.2 2.8 2.4 2.0 影响系数影响系数Z ZZC蜗杆蜗杆使用系数使用系数KA工作类型工作类型 I II III I II III 载荷性质载荷性质 均匀、无冲击均匀、无冲击 不均匀、小冲击不均匀、小冲击 不均匀、大冲击不均匀、大冲击 每小时启动次数每小时启动次数 25 2550 50 50 起动载荷起动载荷 小小 较较 大大 大大 KA 1 1.15 1.2 1 1.15 1.2 动载系数动载系数Kv ， 当当V V2 2 3 m/s , 3 m/s , Kv=1=11.1 1.1 当当V V2 23 m/s , 3 m/s , Kv=1.1=1.11.2 1.2 齿向载荷分布系数齿
28、向载荷分布系数K ，当载荷平稳时当载荷平稳时 , ,取取K =1 =1 当载荷变化时当载荷变化时 , ,取取K =1.1=1.11.3 1.3 ZA,ZI,ZN,ZK蜗杆蜗杆7/30/202441灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮的许用接触应力灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮的许用接触应力 H H MPaMPa材材 料料 滑动速度滑动速度 vs s(m/s)(m/s)蜗蜗 杆杆 蜗蜗 轮轮 0.25 0.25 0.5 1 2 3 40.25 0.25 0.5 1 2 3 4灰铸铁灰铸铁HT150 206 166 150 127 95 HT150 206 166 150 127 95 - -灰铸铁灰铸铁HT200 2
29、50 202 182 154 155 -HT200 250 202 182 154 155 -铸铸铝铁青铜铝铁青铜ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3 - - - - 250 230 210 180 160 250 230 210 180 160 灰铸铁灰铸铁HT150 172 139 125 106 79 - -HT150 172 139 125 106 79 - -灰铸铁灰铸铁HT200 208 168 152 128 96 - -HT200 208 168 152 128 96 - -2020或或2020CrCr渗碳、淬渗碳、淬火，火，4545号钢淬火，号钢淬火，齿面硬度大于齿面硬度
30、大于4545HRCHRC4545号钢或号钢或Q275Q275铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力 H H MPaMPa蜗轮材料蜗轮材料 铸造方法铸造方法 铸锡磷铸锡磷青铜青铜ZCuSn10P1ZCuSn10P1铸锡铸锡锌铅青铜锌铅青铜ZCuSn5Pb5ZnZCuSn5Pb5Zn砂模铸造砂模铸造 150 180 150 180 砂模铸造砂模铸造 113 135 113 135 金属模铸造金属模铸造 220 268 220 268 金属模铸造金属模铸造 128 140128 140蜗杆螺旋面的硬度蜗杆螺旋面的硬度 45HRC 45HRC45HRC7/30/2024422）蜗
31、轮齿根弯曲强度）蜗轮齿根弯曲强度 计算计算 校核计算：校核计算： 设计公式：设计公式： F F-许用弯曲应力；许用弯曲应力；蜗轮的许用弯曲应力蜗轮的许用弯曲应力 F F 蜗轮材料蜗轮材料 铸造方法铸造方法 铸锡青铜铸锡青铜 砂铸模型砂铸模型 40 2940 29ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 金属模铸造金属模铸造 56 4056 40铸锡锌青铜铸锡锌青铜 砂铸模型砂铸模型 26 2226 22ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5 金属模铸造金属模铸造 32 2632 26铸铝铁青铜铸铝铁青铜 砂铸模型砂铸模型 80 5780 57ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3
32、 金属模铸造金属模铸造 90 6490 64HT150 HT150 砂铸模型砂铸模型 40 2840 28HT200 HT200 砂模铸造砂模铸造 48 3448 34灰铸铁灰铸铁单侧工作单侧工作 双侧工作双侧工作 0F0F -1F-1F 7/30/2024432）蜗轮齿根弯曲强度）蜗轮齿根弯曲强度 计算计算 校核计算：校核计算： 设计公式：设计公式： Y YFa2 Fa2 -为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮 变位系数选取变位系数选取, ,详见下页线图。详见下页线图。Y Y -为螺旋角影响系数，为螺旋角影响系数， Y Y =1-=1-/140/140 F F
33、-许用弯曲应力；许用弯曲应力；7/30/202444潘存云教授研制3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.710 11 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 80 100 400 Z Zv v 蜗轮的齿蜗轮的齿形系数形系数YFa2x2=- -0.5-0.3-0.20.30.20.10.40.50.70.80.90.6- -0.3- -0.4x=1x2=0理论根
34、切极限理论根切极限齿顶变尖极限齿顶变尖极限7/30/202445（五）普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择（五）普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择1212个等级：个等级：动力传动：动力传动：6969级级测量分度：测量分度：5 5级或以上级或以上( (四）蜗杆的刚度计算四）蜗杆的刚度计算蜗杆受力后如产生过大变形，会造成轮齿上的载荷集中，影蜗杆受力后如产生过大变形，会造成轮齿上的载荷集中，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，所以蜗杆还需进行刚度校核。见响蜗杆与蜗轮的正确啮合，所以蜗杆还需进行刚度校核。见教材教材P256。对于一般动力传动，按如下等级制造：对于一般动力传动，按如下等级制造：v v1 17.5 m
35、/s -77.5 m/s -7级精度；级精度；v v1 1 3 m/s -8 3 m/s -8级精度；级精度；v v1 11.5 m/s -945 其他情况其他情况 HRC45 HRC45 其他其他 滑动速度滑动速度 fv v v v fv v v v fv v v v fv v v v fv v v v 0.01 0.11 6 17 0.12 651 0.18 1012 0.18 1012 0.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 343 0.09 509 0.09 509
36、0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 5092.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs m/s7/30/202448 蜗杆加工困难蜗杆加工困难 过大过大当当 28 时，效率时，效率增加很少。增加很少。当当 v v 时，蜗杆具有时，蜗杆具有自锁性，但效率自锁性，但效率很低。很低。50%=（0.950.96）tgtg( (+v v ) )tgtg 分析：分析：上述公式不直观，工程上常用以下估计值。闭式传动：闭式传动：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1=4 =0.870.
37、92z1=1、2 =0.600.70开式传动：开式传动：0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% 在在=45=45- -v v/2/2 处效率曲线有极大值。处效率曲线有极大值。f v v = =tgtgv v =0.12 =0.12对动力传动，宜采用多头蜗杆对动力传动，宜采用多头蜗杆自锁极限自锁极限一般取：一般取： v v 510 1015 1525 25 载荷类型载荷类型 重重 重重 中中 （不限）（不限）（不限）（不限） （不限）（不限）（不限）（不限）900 500 350 220 150 100 80 运动粘度运动粘度 v/cSt（40 ）蜗杆传动的相对滑动蜗
38、杆传动的相对滑动速度速度vs/(m/s)给油方法给油方法 油池润滑油池润滑 喷油润滑喷油润滑或或 油池润滑油池润滑 喷油压力喷油压力 MPa 0.7 2 3 表表11-21 蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法当当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高。损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高。当当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。ra/3 一一个个齿齿高高7/30/
39、202451由于由于发热大发热大易胶合易胶合即：即：发热率发热率1 1 = = 散热率散热率 2 2摩擦功耗：摩擦功耗：冷却散去的热量：冷却散去的热量：环境温度环境温度t ta a=20=20箱内工作温度箱内工作温度散热面积，散热面积，m m2 2表面传热系数，表面传热系数，则：则：热平衡计算热平衡计算三、三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内，油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此，对连续工作的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算其中：其中：P P1 1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率；-蜗杆传递的效率；蜗杆传递的效率
40、；摩擦损耗产生的热量摩擦损耗产生的热量: :或保持工作温度所需散热面积：或保持工作温度所需散热面积： S S = m2d d ( (t0 - ta) )1000P1000P1 1(1-) (1-) 7/30/202452潘存云教授研制 当工作油温：当工作油温： t0 80 或或散热面积不足时，应散热面积不足时，应采取散热措施：采取散热措施：1 1）增加散热面积）增加散热面积-加散热片；加散热片；2 2）提高表面传热系数）提高表面传热系数- 加风扇、冷却水管、加风扇、冷却水管、 循环油冷却。循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水7/30/202453蜗杆的结构蜗杆的结构: 通常与轴制成一体
41、通常与轴制成一体z1=1或或2时：时：b1 (11+0.06z2)mz1= 4时时: b1 (12.5+0.09z2)mb1 蜗杆轴蜗杆轴蜗杆长度蜗杆长度b1的确定：的确定：11-6 11-6 圆柱圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计蜗杆与蜗轮的结构设计1)无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。2) 有退刀槽：加工螺旋部分时可用车制的办法。有退刀槽：加工螺旋部分时可用车制的办法。潘存云教授研制潘存云教授研制7/30/202454蜗轮结构蜗轮结构整体式整体式齿冠：用贵重耐磨金属齿冠：用贵重耐磨金属( (青铜青铜) )轮心：铸铁或铸钢轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）铸造（浇铸）过盈过盈螺栓（铰制孔）螺栓（铰制孔）组合式组合式7/30/202455
