机械设计基础 第8章 蜗杆传动.ppt

第第8 8章章 蜗杆传动蜗杆传动机械设计基础 蜗杆传动 8-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 8-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 8-3 蜗杆传动设计基础蜗杆传动设计基础 8-4 蜗杆传动的计算蜗杆传动的计算 8-5 热平衡热平衡2021/9/231一、蜗杆传动及其特点一、蜗杆传动及其特点机械设计基础 蜗杆传动2 2 特点特点传动比大：一般传动传动比大：一般传动 i i=7=7 80;80;分度机构可达分度机构可达10001000结构紧凑结构紧凑传动平稳，噪声小传动平稳，噪声小效率低效率低成本高成本高1 1 组成和应用组成和应用通常二轴交角通常二轴交角 9090蜗杆主动，蜗轮从动蜗杆主动，蜗轮从动蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮8-1 蜗杆传动的特点和类型动画动画2021/9/232二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型机械设计基础 蜗杆传动环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆 按蜗杆整体形状分：按蜗杆整体形状分：圆柱蜗杆圆柱蜗杆2021/9/233圆柱蜗杆圆柱蜗杆机械设计基础 蜗杆传动渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI(ZI蜗杆蜗杆)法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN(ZN蜗杆蜗杆)锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆(ZK(ZK蜗杆蜗杆)圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆(ZC(ZC蜗杆蜗杆)按螺旋面形状分按螺旋面形状分阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA(ZA蝇杆蝇杆)2轴面呈齿条（直廓）阿基米德螺旋线刃面过轴面渐开线dbIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII凸廓直廓刃面切于基圆柱面凸廓2021/9/234一、正确啮合条件一、正确啮合条件机械设计基础 蜗杆传动正确啮合条件：正确啮合条件：mxmx1 1=mt=mt2 2=m =m x x1 1=t t2 2=1 1=2 2;旋向相同旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋;主平面主平面(中间平面中间平面):):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面;8-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸2021/9/235啮合特点啮合特点机械设计基础 蜗杆传动几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算受力上，与斜齿轮相似受力上，与斜齿轮相似;从整体看，蜗杆蜗轮从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类齿面间的相对运动类似于螺旋传动似于螺旋传动;从主平面看，蜗杆齿从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形，啮合传动类轮齿形，啮合传动类似于齿轮齿条运动似于齿轮齿条运动;d1Bpda2a2da2d2df 2Ldf1da1hahfh2021/9/2361 1 模数模数机械设计基础 蜗杆传动mx1=mt2=m从主平面看，蜗从主平面看，蜗杆齿形是标准齿杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮形是渐开线齿轮齿形齿形啮合传动类似于啮合传动类似于齿轮齿条运动齿轮齿条运动d1p二、主要参数及几何尺寸二、主要参数及几何尺寸2021/9/2372 2 压力角压力角机械设计基础 蜗杆传动GB/T 10088-88GB/T 10088-88规定：规定：阿基米德蜗杆：阿基米德蜗杆：a=20a=20动力传动：动力传动：a=25a=25分度传动：分度传动：a=12a=12、1515从主平面看，蜗杆从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形开线齿轮齿形啮合传动类似于齿啮合传动类似于齿轮齿条运动轮齿条运动d1Bp22021/9/2383 3 导程角导程角机械设计基础 蜗杆传动根据正确啮合条件，根据正确啮合条件，1 1=2 2（蜗轮的螺旋角）（蜗轮的螺旋角）从整体看，蜗杆蜗轮从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类齿面间的相对运动类似于螺旋传动似于螺旋传动蜗杆的导程角相当于蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角螺纹的螺旋升角pz1pz1pd12021/9/2394 4 分度圆直径分度圆直径机械设计基础 蜗杆传动蜗轮分度圆直径同齿轮蜗轮分度圆直径同齿轮d d2 2=mz=mz2 2蜗杆分度圆标准化，蜗杆分度圆标准化，以限制刀具数以限制刀具数d d1 1与模数相匹配与模数相匹配d1Bpa2da2d2df 2df1da1hahfhda22021/9/23105 5 中心距中心距机械设计基础 蜗杆传动反映功率大小反映功率大小ad1Bpde22da2d2df 2df1da1hahfh2021/9/23116 6 蜗杆尺寸计算公式蜗杆尺寸计算公式 2021/9/23128-3 蜗杆、蜗轮的失效形式及选材机械设计基础 蜗杆传动一、失效形式及设计准则一、失效形式及设计准则1 1 失效形式失效形式失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断蜗轮轮齿蜗轮轮齿;开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断;闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀;由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上;2 2 设计准则设计准则主要考虑蜗轮主要考虑蜗轮开式齿轮传动：开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断保证齿根疲劳强度保证齿根疲劳强度闭式齿轮传动：闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀齿面胶合、点蚀按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核另外，还应作热平衡计算另外，还应作热平衡计算2021/9/2313材料要求：材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度;1 1 蜗杆的材料蜗杆的材料高的强度、刚度及光洁度高的强度、刚度及光洁度;碳碳 钢钢 45 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火;合金钢合金钢 20Cr 20Cr、20CrMnTi(20CrMnTi(渗碳淬火渗碳淬火)、40Cr(40Cr(表面淬火表面淬火););2 2 蜗轮的材料蜗轮的材料 减摩、抗胶合、抗点蚀减摩、抗胶合、抗点蚀;铸锡青铜铸锡青铜 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 适合高速适合高速;铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl9Fe3 ZCuAl9Fe3 低速重载低速重载;灰铸铁灰铸铁 HT200 HT200 低速轻载低速轻载;机械设计基础 蜗杆传动二、选材二、选材2021/9/2314三、蜗杆结构三、蜗杆结构机械设计基础 蜗杆传动通常为整体式通常为整体式蜗杆轴蜗杆轴2021/9/2315四、蜗轮结构四、蜗轮结构机械设计基础 蜗杆传动通常为组合式通常为组合式2021/9/2316一、受力分析一、受力分析机械设计基础 蜗杆传动作用力的大小：作用力的大小：受力分析类似斜齿传动受力分析类似斜齿传动;蜗杆、蜗轮旋向相同蜗杆、蜗轮旋向相同;蜗杆三个分力：蜗杆三个分力：F Fr1r1,F,Ft1t1,F,Fa1a1蜗轮三个分力：蜗轮三个分力：F Fr2r2,F,Ft2t2,F,Fa2a2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft28-4 蜗杆传动的强度计算2021/9/2317径向力径向力的判断方法：指向各自圆心的判断方法：指向各自圆心;圆周力圆周力的判断方法：利用转向判断的判断方法：利用转向判断;轴向力轴向力的判断方法：的判断方法：蜗杆左、右手方法蜗杆左、右手方法:主动轮为右旋，握主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；若主动轮为左旋，用上轴向力的方向；若主动轮为左旋，用左手左手;作用力的方向作用力的方向机械设计基础 蜗杆传动蜗轮的转向：蜗轮的转向：与与F Fa1a1反向反向;Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft22021/9/2318二、轮齿表面的接触强度计算二、轮齿表面的接触强度计算机械设计基础 蜗杆传动校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：特点：特点：强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）;中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮;蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似;说明：说明：1 z1 z1 1、z z1 1的选择：的选择：z z1 1 根据传动比选择；根据传动比选择；z z2 2 2626 28;28;2 2 载荷系数载荷系数K K：据经验选择：据经验选择;3 3 许用接触应力许用接触应力;2021/9/2319三、轮齿的弯曲强度计算三、轮齿的弯曲强度计算机械设计基础 蜗杆传动说明：说明：由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多;故在受强烈冲击、故在受强烈冲击、z z2 2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义;校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：2021/9/2320一、目的及对象一、目的及对象机械设计基础 蜗杆传动二、计算方法二、计算方法热平衡时，单位时间内：发热量热平衡时，单位时间内：发热量 =散热量散热量;单位时间内的发热量单位时间内的发热量(由于摩擦损耗引起由于摩擦损耗引起)：Q Q1 1=1000P=1000P1 1(1-h)(1-h)单位时间内的散热量：单位时间内的散热量：Q Q2 2=h=ht tA(t-tA(t-t0 0)Q Q1 1=Q=Q2 2，则温升，则温升对象对象 连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动目的目的 控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合使用时控制：使用时控制：油温油温t t一般限制在一般限制在60-60-7070，不超过，不超过8080温升温升D Dt t50-6050-608-5 热平衡计算2021/9/2321三、提高散热能力方法三、提高散热能力方法机械设计基础 蜗杆传动增大散热面积；增大散热面积；提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇;箱内装冷却水管箱内装冷却水管;2021/9/2322