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1、单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授,2004,年,2,月,第二级,第三级,第四级,第五级,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,*,第,11,章 蜗杆传动,主要内容：,1.,普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算,2.,蜗杆传动的主要失效形式及强度计算,3.,蜗杆传动的热平衡计算,重点内容：,1.,蜗杆传动的几何参数计算,2.,蜗杆传动的受力分析,3.,蜗杆传动的主要失效形式及
2、强度计算方法,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,1,潘存云教授研制,潘存云教授研制,11-1,蜗杆传动,概述,作用：,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。,90,形成：,若单个斜齿轮的齿数很少,（如,z,1,=1,）,而且,1,很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。,1,1,所得齿轮称为,:,蜗杆。,而啮合件称为,:,蜗轮。,蜗杆,2,2,蜗轮,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,2,潘存云教授研制,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。,分度机构：,i=1000,通常,i
3、=880,缺点：,传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。,线接触,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,3,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,圆柱蜗杆,11-2,蜗杆传动的,类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,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。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,4,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆的
4、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。,潘存云教授研制,普通圆柱蜗杆,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,5,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆,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。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,6,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆
5、柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德螺线,2,0,阿基米德蜗杆,单刀加工,（,3,）,阿基米德蜗杆,(ZA),武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,7,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德蜗杆,(ZA),阿基米德蜗杆,双刀加工,（,3,）,潘存云教授研制,0,0,阿基米德螺线,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,8,潘存云教授
6、研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,渐开线蜗杆,(ZI),渐开线蜗杆,渐开线,基圆,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,9,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,潘存云教授研制,d,x,延伸渐开线,车刀对中齿厚中心法面,(,双刀加工,),法向直廓蜗杆,(ZN),武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,10,潘存云教授研
7、制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,法向直廓蜗杆,(ZN),d,x,延伸渐开线,2,车刀对中齿槽中心法面,（单刀加工）,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,11,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,(ZK),2,0,近似于阿基米德螺线
8、,是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，加工时工件作,螺旋运动,，刀具作,旋转运动,。,砂轮,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,12,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,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。,潘存云教授研制,环面蜗杆,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,13,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,
9、11-2,蜗杆传动的,类型,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,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,锥蜗杆传动特点：,锥蜗杆,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,最常用,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,14,潘存云教授研制,d,1,蜗杆旋向：,左旋、右旋,(,常用,),1,1,精度等级：,对于一般动力传动，按如下等级制造：,V,1,7.5 m/s -7,级精度；,v,1,3,m/s,-8,级精度；,v,1,1.5 m/s -9,
10、级精度；,判定方法：,与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,15,潘存云教授研制,潘存云教授研制,中间平面,1.,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：,中间平面内：,m,t2,=m,a1,=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。,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,2,11-3,普通,蜗杆传动的,参数与尺寸,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,16,ZA,（,阿基米德,）蜗杆：,a,=20,轴向,模数,m,取标准值，与齿轮模数系列不同。,第一系列,1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4
11、,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,GB10088-88,2.,模数,m,和压力角,压力角,ZN,（,法向直廓,）蜗杆：,n,=20,法向,ZI,（,渐开线,）,蜗杆：,n,=20,ZK,（,锥面包络圆柱,）,蜗杆：,n,=20,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,tg,a,=,tg,n,/,cos,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,17,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定,d,1,只能取标准值。,蜗轮蜗杆
12、轮齿旋向相同,.,若,90,1,2,1,1,+,1,90,蜗轮右旋,蜗杆右旋,1,+,2,定义,s=e,的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。,d,1,e,s,d,2,3.,蜗杆的分度圆直径,d,1,1,1,t,t,2,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,18,潘存云教授研制,表,11-2,蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列,mm,m,1,1.25,1.6,2,d,1,18,20,22.4,20,28,(18),22.4,(28),35.5,m,2.5,3.15,4,d,1,(22.4),28,(35.5),45,(28),35.5,(45),56,(31.5),m,4,5,6.3,d,1,40,(50
13、),71,(40),50,(63),90,(50),63,m,6.3,8,10,d,1,(80),112,(63),80,(100),140,(71),90,摘自,GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用,称比值 为蜗杆的,特性系数,。,q=d,1,/m,一般取,:,q=,8,18,20 q=12.5,28 q=17.5,1.6,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,19,潘存云教授研制,潘存云教授研制,4.,蜗杆头数,z,1,蜗杆头数,z,1,：,即螺旋线的数目。,蜗杆转动一圈，相当于齿条移动,z,1,个齿，推动蜗轮转过,z,1,个齿。单头蜗杆传动的传动比较大、效率低，如需提高效率，应增
14、加蜗杆头数，但头数过多，加工困难。通常取：,z,1,=1 2 4 6,5.,蜗杆的导程角,将分度圆柱展开得：,=,z,1,p,a1,/d,1,=,mz,1,/d,1,tg,1,=,l,/d,1,d,1,l,p,a1,1,d,1,=,z,1,/q,1,1,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,20,6.,传动比,i,和齿数比,u,传动比,:,z,1,z,2,=,-,n,2,n,1,i,=,-,若想得到大,i,可取：,z,1,=1,，,但传动效率低。,对于大功率传动,可取：,z,1,=2,，,或,4,。,蜗轮齿数：,z,2,=,i,z,1,为避免根切：,z,2,26,一般情况：,z,2,80,z,2
15、,过大,蜗杆长度,刚度、啮合精度,结构尺寸,=,u,-,齿数比,7.,蜗轮齿数,z,2,表,11-1,蜗杆头数,z,1,与蜗轮齿数,z,2,的推荐值,传动比,i,5 715 1430 2982,蜗杆头数,z,1,6 4 2 1,蜗轮齿数,z,2,2931 2961 2961 2982,a,=(,d,1,+,d,2,)/2,8.,蜗杆传动的标准中心距,=m(q+,z,2,),/2,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,21,二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算,由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比,i,z,1,z,2,计算求得,m,、,d,1,计算几何尺寸,潘存云教授研制,表,11-3,普通圆柱蜗杆传动的
16、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,根圆直径,蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距,径向间隙,中心距,蜗 杆,蜗 轮,d,1,=,mq,d,2,=mz,2,h,a,=m h,a,=m,d,f,=1.2mq,d,f,=1.2mq,d,a1,=m(q+2)d,a1,=m(q+2),d,f1,=m(q-2.4)d,f2,=m(q-2.4),p,a1,=p,t2,=,p,x,=,m,c=0.2 m,a=0.5(d,1,+d,2,)m=0.5m(q+z,2,),武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,22,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,主要失效形式：,胶合、点蚀、磨损。,材料,蜗轮齿圈采用青铜：,减摩、耐磨性、抗胶合。,蜗杆采用碳素钢与合金钢：,表面光洁、硬度高。,材料牌号选择：,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,：,v,S,12,m/s,时,ZCuSn10P1
