机械设计CH11-蜗杆传动.ppt

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1、第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 蜗杆传动的类型11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 蜗杆传动是一种在空间蜗杆传动是一种在空间交错轴间交错轴间传传递动力与运动的机构。递动力与运动的机构。蜗杆传动的主要特点有：蜗杆传动的主要特点有：1 1传动比大，可为传动比大，可为i i=580=580，结构紧凑；，结构紧凑；2 2啮合齿数多，传动平稳，噪声低；啮合齿数多，传动平稳，噪声低；3 3蜗杆传动可实现自锁；蜗杆传动可实现自锁；4 4发热量大，效率较低，自锁时效率通常低于发热量大，效率

2、较低，自锁时效率通常低于50%50%。5.5.常需耗用有色金属。常需耗用有色金属。第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 蜗杆传动的类型11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计螺旋角螺旋角与与导程角导程角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圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动环面蜗杆环面蜗杆传动传动锥蜗杆锥蜗杆传动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1 1、圆柱蜗杆传动、圆柱蜗杆传动阿基米德阿基米德

3、ZA蜗杆蜗杆法向直廓法向直廓ZN蜗杆蜗杆渐开线渐开线ZI蜗杆蜗杆圆弧圆柱圆弧圆柱ZC蜗杆蜗杆2 2、环面蜗杆传动、环面蜗杆传动3 3、锥蜗杆传动、锥蜗杆传动第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 蜗杆传动的类型11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计中间平面（主平面）中间平面（主平面）垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面中间平面。蜗杆蜗轮在其中间平面内，相当于齿轮与齿条的啮合传动。蜗杆蜗轮在其中间平面内，相当于齿轮与齿条的啮合传动。正

4、确啮合条件正确啮合条件旋向相同旋向相同1）模数）模数m和压力角和压力角a a中间平面上的模数中间平面上的模数（ma1，mt2）和压力角（和压力角（a aa1，a at2）为标准值。）为标准值。2）蜗杆的分度圆直径）蜗杆的分度圆直径d1蜗轮的对偶法加工蜗轮的对偶法加工：为了保证蜗：为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆具有相同尺寸的蜗轮滚刀来加工与杆具有相同尺寸的蜗轮滚刀来加工与其相配的蜗轮。其相配的蜗轮。主要参数及选择主要参数及选择由于所用滚刀的几何参数与蜗杆相同，故不同尺寸由于所用滚刀的几何参数与蜗杆相同，故不同尺寸的蜗杆，必须采用不同直径的滚刀。的蜗杆

5、，必须采用不同直径的滚刀。为了减少滚刀的型为了减少滚刀的型号，便于刀具的标准化，将蜗杆分度圆圆直径号，便于刀具的标准化，将蜗杆分度圆圆直径d1定为标定为标准值准值，即对应于每一标准模数，即对应于每一标准模数m规定了一定数量的蜗杆规定了一定数量的蜗杆分度圆直径分度圆直径d1，并把，并把d1与与m的比值称为蜗杆的比值称为蜗杆直径系数直径系数q。q为为导出值导出值蜗杆的标准模数与分度圆直径：蜗杆的标准模数与分度圆直径：3）导程角）导程角g g当当m一定时，一定时，q增大，则增大，则d1变大，蜗杆的刚度及强度变大，蜗杆的刚度及强度相应提高，因此相应提高，因此m较小时，较小时，q选较大值；选较大值；当当

6、q取较小值时，取较小值时，增大，效率增大，效率提高，故提高，故在蜗杆轴刚在蜗杆轴刚度允许的情况下，应尽可能选较小的度允许的情况下，应尽可能选较小的q值值；为了满足各种需要，对同一为了满足各种需要，对同一m，允许，允许q值在一定的范值在一定的范围内变动，以便选用不同的标准蜗杆直径围内变动，以便选用不同的标准蜗杆直径d1。模数模数m/mm分度圆直分度圆直径径d1/mm蜗杆蜗杆 头数头数z1直径直径 系数系数qm2d1/mm3模数模数m/mm分度圆直分度圆直径径d1/mm蜗杆蜗杆 头数头数z1直径直径 系数系数qm2d1/mm32.5(22.4)1,2,48.9601406.3(50)1,2,47.

7、9361 985281,2,4,611.200175631,2,4,610.0002 500(35.5)1,2,414.200221.9(80)1,2,412.6983 475451(自锁自锁)18.0002811121(自锁自锁)17.7784 4453.15(28)1,2,48.889277.88(63)1,2,47.8754 03235.51,2,4,611.270352.2801,2,4,610.0005 120(45)1,2,414.286446.5(100)1,2,412.5006 400561(自锁自锁)17.7785561401(自锁自锁)17.5008 9604(31.5)1

8、,2,47.87550410(71)1,2,47.1007 100401,2,4,610.000640901,2,4,69.0009 000(50)1,2,412.500800(112)1,2,411.20011 200711(自锁自锁)17.7501 1361601(自锁自锁)16.00016 0005(40)1,2,48.0001 00012.5(90)1,2,47.20014 062501,2,4,610.0001 2501121,2,48.96017 500(63)1,2,412.6001 575(140)1,2,411.20021 875901(自锁自锁)18.0002 250200

9、1(自锁自锁)16.00031 2504）蜗杆的头数）蜗杆的头数z1（即齿数）（即齿数）较少的蜗杆头数（如：单较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。从制造方面从制造方面，头数越多，蜗杆制造精度要求也越高；，头数越多，蜗杆制造精度要求也越高；从提高效率看从提高效率看，头数越多，效率越高；若自锁，应选择单头，头数越多，效率越高；若自锁，应选择单头从提高传动比方面从提高传

10、动比方面，应选择较少的头数。，应选择较少的头数。5）传动比）传动比 i6）蜗轮齿数）蜗轮齿数z2蜗轮齿数蜗轮齿数z2=i z1。z2不宜太小不宜太小（如（如z280)，否则在模数一定时，蜗轮直，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。弯曲刚度。分度机构除外。分度机构除外。一般圆柱蜗杆传动减速装置的传动比一般圆柱蜗杆传动减速装置的传动比i的公称值：的公称值：5，7.5，10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，70，80。7）标准中心距）标准中心距蜗杆传动的变位蜗杆传动的变位特点：特

11、点：为保持刀具的标准化，蜗杆不变位，仅对蜗轮变位。为保持刀具的标准化，蜗杆不变位，仅对蜗轮变位。变位目的：变位目的：1）凑中心距）凑中心距齿数不变齿数不变中心距变中心距变2）凑传动比）凑传动比齿数变齿数变中心距不变中心距不变凑中心距，如凑中心距，如c图，齿数不变，中心距变大图，齿数不变，中心距变大凑传动比，如凑传动比，如e图，中心距不变，齿数变少图，中心距不变，齿数变少几何参数计算几何参数计算第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 蜗杆传动的类型11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计

12、蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析在不计摩擦力时：在不计摩擦力时：注意各力的注意各力的对应关系：对应关系：Fa2=-Ft1；Fa1=-Ft2；Fr1=-Fr2转向关系判断转向关系判断F Ft2t2F Fr1r1F Fr2r2F Fx1x1F Fx2x2n1n1n2n2F Ft1t1蜗杆传动的相对滑动蜗杆传动的相对滑动v vs s由于相对滑动速度由于相对滑动速度v vs s比蜗杆圆周速度比蜗杆圆周速度v v1 1还要大，因此还要大，因此,在蜗杆传动在蜗杆传动齿廓之间产生很大的相对滑动齿廓之间产生很大的相对滑动，引起，引起磨损磨损和和发发热热，导致，导致效率较低效率较低。蜗杆传动的常用材料蜗杆传

13、动的常用材料蜗杆蜗杆：常用：常用碳钢碳钢或或合金钢合金钢（保证强度保证强度）蜗杆传动用材料不但有强度要求，还应该具备良好的蜗杆传动用材料不但有强度要求，还应该具备良好的跑跑合性合性、减摩性减摩性和和耐磨性能耐磨性能。对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，常用对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，常用4040、4545等钢等钢经调质或正火处理，经调质或正火处理，220220230HBS230HBS；对高速重载蜗杆常用对高速重载蜗杆常用15Cr15Cr、20Cr20Cr、20MnTi20MnTi和和20MnVB20MnVB等经等经渗碳淬火，渗碳淬火，565663HRC63HRC，也可用，也可用4545、4

14、0Cr40Cr、40CrNi40CrNi等经表面等经表面淬火，淬火，454550HRC50HRC。蜗轮蜗轮：常用：常用有色金属有色金属或或铸铁铸铁（保证减磨保证减磨）蜗轮材料：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。蜗轮材料：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。低速轻载传动（低速轻载传动（v vs s2m/s4m/s4m/s时，为减少搅时，为减少搅油损失或便于喷油润滑，才将蜗杆油损失或便于喷油润滑，才将蜗杆上置上置，其浸油深度约为，其浸油深度约为蜗轮外径的蜗轮外径的1/31/3。蜗杆传动的安装与维护蜗杆传动的安装与维护蜗杆传动安装要求精度高。应蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴使蜗

15、轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如右图所示。线。如右图所示。为保证传动的正确啮合，工作时为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。方式。蜗杆传动的维护很重要，注意周围的通风散热情况。蜗杆传动的维护很重要，注意周围的通风散热情况。第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 蜗杆传动的类型11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。蜗杆螺旋

16、部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。有退刀槽，螺旋部分可车制，也可用铣制加工，但有退刀槽，螺旋部分可车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。该结构的刚度较前一种差。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。蜗杆的结构蜗杆的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜齿圈用青铜，轮芯轮芯用铸铁

17、或碳素钢用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮整体式蜗轮配合式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮蜗轮的结构蜗轮的结构o整体式蜗轮整体式蜗轮o配合式蜗轮配合式蜗轮o拼铸式蜗轮拼铸式蜗轮o螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮本章小结本章小结o参数计算及其选择参数计算及其选择o受力分析及旋向判断受力分析及旋向判断o相对滑移较大相对滑移较大o习题习题n已知蜗杆传动：已知蜗杆传动：z1=2,m=4mm,d1=40mm,z2=48,n1=90r/min,P1=10kWfv=0.08,a a=20n求：求：（1 1）蜗轮转向；）蜗轮转向；（2 2）啮

18、合效率；）啮合效率；（3 3）蜗轮受力的）蜗轮受力的 大小与方向。大小与方向。传动类型的选择传动类型的选择传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高速级。在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高速级。圆柱齿轮和斜齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮高，圆柱齿轮和斜齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速场合。且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速场合。直齿圆锥齿轮仅用于直齿圆锥齿轮仅用于v v5m/s5m/s的的场场合，高速合，高速时时可采用曲面可采用曲面齿齿由工作条件确定选用开式传动或闭式传动。由工作条件确定选用开式传动或闭式传动。蜗杆的圆周速度蜗杆的圆周速度v v4m/s4m/s4m/s时采用上置式蜗杆传动。时采用上置式蜗杆传动。联合使用齿轮、蜗杆传动时，有齿轮传动在高速级和蜗联合使用齿轮、蜗杆传动时，有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形势。前者结构紧凑，后者传动杆传动在高速级两种布置形势。前者结构紧凑，后者传动效率较高。效率较高。