第七章蜗杆传动精选文档.ppt

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1、第七章蜗杆传动本讲稿第一页，共五十四页7.1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点7.2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算7.3蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料 和结构和结构7.4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 本讲稿第二页，共五十四页 7.1 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点组成组成：蜗杆、蜗蜗杆、蜗轮和机架。轮和机架。通常两轴交通常两轴交错角为错角为90,蜗杆为主动蜗杆为主动件。件。蜗杆传动三维动画蜗杆传动三维动画蜗杆传动三维动画蜗杆传动

2、三维动画N3101.flcN3101.flc本讲稿第三页，共五十四页7.1.1蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点1.传动比大，结构紧凑。传动比大，结构紧凑。2.传动平稳，噪声小。传动平稳，噪声小。3.有自锁性。有自锁性。4.传动效率低。传动效率低。5.蜗轮造价较高。蜗轮造价较高。本讲稿第四页，共五十四页 圆柱蜗杆传动（图圆柱蜗杆传动（图7-2a）环面蜗杆传动环面蜗杆传动（图7-2b）锥面蜗杆传动（图锥面蜗杆传动（图7-2 c）。）。7.1.2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型1.根据蜗杆的外形根据蜗杆的外形 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 、环面蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆

3、传动 、锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动 。本讲稿第五页，共五十四页2.2.按蜗杆的齿廓形状按蜗杆的齿廓形状按蜗杆的齿廓形状按蜗杆的齿廓形状 圆弧齿圆柱蜗杆传动圆弧齿圆柱蜗杆传动圆弧齿圆柱蜗杆传动圆弧齿圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆I阿基米阿基米德螺旋德螺旋线线In-nI-I-I I渐开线蜗杆渐开线蜗杆基圆柱基圆柱渐开线渐开线III-IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII-IIIIII-IIIII-IIII-II圆弧齿圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆 渐

4、开线蜗杆渐开线蜗杆 法面直齿廓蜗杆法面直齿廓蜗杆 本讲稿第六页，共五十四页7.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算主平面主平面通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为主平面。平面称为主平面。在主平面上蜗轮与蜗杆的啮合相当在主平面上蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。于渐开线齿轮与齿条的啮合。规定主平面的几何参数为标准值。规定主平面的几何参数为标准值。本讲稿第七页，共五十四页7.2.1蜗杆传动的基本参数蜗杆传动的基本参数1.蜗杆头数蜗杆头数z1、蜗轮齿数、蜗轮齿数z2和传动比和传动比i蜗杆头数蜗杆头数z1：蜗杆螺旋线的数目。：

5、蜗杆螺旋线的数目。一般取一般取z1=16。当传动比大于当传动比大于40或要求自锁时取或要求自锁时取z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值。当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值。蜗轮的齿数：一般取蜗轮的齿数：一般取z22780。z2过少将产生根切；过少将产生根切；z2过大，蜗轮直径增大，过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。本讲稿第八页，共五十四页蜗杆传动的传动比：蜗杆传动的传动比：蜗杆与蜗轮转速之比。蜗杆与蜗轮转速之比。蜗杆回转一周，蜗轮被蜗杆推动转过蜗杆回转一周，蜗轮被蜗杆推动转过z1个齿，个齿，传动比为：传动比为：（1）传动

6、比的标准值传动比的标准值：5、7.560、70、80。10、20、40、80为基本传动比应优先选用。为基本传动比应优先选用。本讲稿第九页，共五十四页2 2模数模数m和压力角和压力角在主平面内蜗杆传动相当于渐开线齿轮与齿在主平面内蜗杆传动相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，为保证轮齿的正确啮合，条的啮合，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的蜗杆的轴向模数轴向模数ma1应等于蜗轮的端面模数应等于蜗轮的端面模数mt2；蜗；蜗杆的轴向压力角杆的轴向压力角a1 应等于蜗轮的端面压力应等于蜗轮的端面压力角角t2；蜗；蜗 杆分度圆导程角杆分度圆导程角 应等于蜗轮分应等于蜗轮分度圆螺旋角度圆螺旋角、且两者螺旋方向相同。、且

7、两者螺旋方向相同。正确啮合条件正确啮合条件本讲稿第十页，共五十四页主平面主平面本讲稿第十一页，共五十四页3.3.蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d d1 1和导程角和导程角 导程角导程角:在分度圆柱上，蜗杆螺旋线的切在分度圆柱上，蜗杆螺旋线的切 线与端平面的夹角线与端平面的夹角称为蜗杆的导程角。称为蜗杆的导程角。（1）导程角）导程角(7-2)pa1为蜗杆轴向齿距；为蜗杆轴向齿距；d1为蜗杆分度圆直径。为蜗杆分度圆直径。对动力传动，为提高效率，应采用较大的对动力传动，为提高效率，应采用较大的值，值，即采用多头蜗杆；即采用多头蜗杆；要求具有自锁性能的传动，则应采用要求具有自锁性能的传动，则应采用8

8、0100，若齿数少于以若齿数少于以 上数值，弯曲强度校核可不考虑。上数值，弯曲强度校核可不考虑。本讲稿第二十一页，共五十四页7.3.27.3.2蜗杆、蜗轮的材料和结构蜗杆、蜗轮的材料和结构1.蜗杆、蜗轮的材料选择蜗杆、蜗轮的材料选择蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。高速重载传动常用高速重载传动常用15Cr、20Cr、20CrMnTi等，渗碳等，渗碳淬火淬火，表面硬度表面硬度5662HRC,须经磨削。须经磨削。中速中载传动，蜗杆材料可用中速中载传动，蜗杆材料可用 45、40Cr、等，、等，表面淬火表面淬火，表面硬度表面硬度4555HRC，也须磨削。也须磨削。速度不高速度不高

9、，载荷不大的蜗杆，材料可用载荷不大的蜗杆，材料可用45钢调钢调质或正火处理质或正火处理，调质硬度调质硬度220270HBS。本讲稿第二十二页，共五十四页蜗轮材料可参考相对滑动速度蜗轮材料可参考相对滑动速度vs选择。选择。铸造锡青铜铸造锡青铜:ZCuSn10P1允许的滑动速度可达允许的滑动速度可达25m/s,ZCuSn5Pb5Zn5常用于常用于vs12m/s的场合的场合。铸造铝青铜铸造铝青铜:ZCuAl10Fe3,一般用于一般用于vs4m/s的传动。的传动。灰铸铁灰铸铁:HT150、H200，用于，用于vs2m/s的低速轻的低速轻 载传动。载传动。本讲稿第二十三页，共五十四页2.蜗杆、蜗轮的结构

10、蜗杆、蜗轮的结构（1）蜗杆）蜗杆蜗杆常和轴做成一体，称为蜗杆轴。蜗杆常和轴做成一体，称为蜗杆轴。df/d1.7时采用蜗杆齿圈套装在轴上的型式。时采用蜗杆齿圈套装在轴上的型式。车制蜗杆需有退刀槽，车制蜗杆需有退刀槽，d=df(24)mm,刚性刚性较较 差；铣削蜗杆无退刀槽差；铣削蜗杆无退刀槽,d可大于可大于df刚性好。刚性好。本讲稿第二十四页，共五十四页（2）蜗轮）蜗轮蜗轮结构分为整体式和组合式两种。蜗轮结构分为整体式和组合式两种。整体式用于铸铁蜗轮及直径小于整体式用于铸铁蜗轮及直径小于100mm的青铜的青铜蜗轮。图蜗轮。图(b)、(c)、(d)均为组合式结构。均为组合式结构。本讲稿第二十五页，

11、共五十四页小结小结7.1 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点1.蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型2.蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点7.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算1.蜗杆传动的基本参数蜗杆传动的基本参数z1、z2、i、m、d1、a。2.蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算本讲稿第二十六页，共五十四页7.3 失效形式、设计准则、材料和结构失效形式、设计准则、材料和结构7.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则闭式传动闭式传动:蜗轮的主要失效形式是胶合与点蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；蚀；按齿面接触疲劳强度设计，按齿面接触疲

12、劳强度设计，并校核齿并校核齿根弯曲疲劳强度，为根弯曲疲劳强度，为 避避 免胶合失效必须作免胶合失效必须作热平衡计算。热平衡计算。开式传动开式传动:主要失效形式是磨损。主要失效形式是磨损。按齿根弯按齿根弯曲疲劳强度设计。曲疲劳强度设计。本讲稿第二十七页，共五十四页7.3.27.3.2蜗杆、蜗轮的材料和结构蜗杆、蜗轮的材料和结构蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。蜗轮一般用蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。蜗轮一般用青铜或灰铸铁制造。青铜或灰铸铁制造。重点：蜗杆传动的几何参数及其计算；蜗杆重点：蜗杆传动的几何参数及其计算；蜗杆与蜗轮的结构；蜗轮转向的判定。与蜗轮的结构；蜗轮转向的判定。本讲稿第二十八页，共五十四

13、页作业作业P102103思考题：思考题：7-1;7-2;7-3;7-4;7-5;7-6;7-7习题：习题：7-10;7-11本讲稿第二十九页，共五十四页箭头表示蜗杆和蜗轮可见边圆周速度的方向。箭头表示蜗杆和蜗轮可见边圆周速度的方向。箭头表示蜗杆和蜗轮可见边圆周速度的方向。箭头表示蜗杆和蜗轮可见边圆周速度的方向。本讲稿第三十页，共五十四页7.4 7.4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算7.4.1 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析法向力法向力Fn切向力切向力Ft径向力径向力Fr轴向力轴向力Fa本讲稿第三十一页，共五十四页1.力的方向力的方向蜗杆：蜗杆：蜗轮蜗轮：圆周力圆周力Ft1与蜗杆转向

14、相反；与蜗杆转向相反；径向力径向力Fr1指向蜗杆中心指向蜗杆中心;轴向力轴向力Fa1的方向由的方向由左、右手定则确定。左、右手定则确定。用右手四指指向蜗用右手四指指向蜗杆转向，拇指所指杆转向，拇指所指方向就是轴向力方向就是轴向力Fa1的方向。的方向。Ft1与与Fa2、Fa1与与Ft2、Fr1与与Fr2 为作用力为作用力与反作用力。与反作用力。Ft1与与Fa2、Fa1与与Ft2、Fr1与与Fr2等值反向。等值反向。本讲稿第三十二页，共五十四页 2.各力的大小可按下式计算：各力的大小可按下式计算：（7-67-6）（7-77-7）（7-87-8）（7-97-9）T1、T2分别为作用在蜗杆和蜗轮上的转

15、矩，分别为作用在蜗杆和蜗轮上的转矩，为蜗杆传动的总效率。为蜗杆传动的总效率。本讲稿第三十三页，共五十四页K载荷系数载荷系数K=11.5,当载荷平稳相对滑动当载荷平稳相对滑动速度较小时速度较小时vS 3m/s取较小值，反之较大值，取较小值，反之较大值，严重冲击时取严重冲击时取K=1.5。H 蜗轮材料的许用接触应力（蜗轮材料的许用接触应力（MPa）。）。当蜗轮材料为锡青铜当蜗轮材料为锡青铜（b25107时应取时应取N=25107；N300MPa）时，蜗轮的主要失效形式为胶合，时，蜗轮的主要失效形式为胶合，许用应力许用应力与应力循环次数无关其值如表与应力循环次数无关其值如表7-5所示。所示。本讲稿第

16、三十四页，共五十四页7.4.3蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算 1.校核公式：校核公式：（7-12）2.设计公式为：设计公式为：（7-13）YF2为蜗轮的齿形系数，按蜗轮的实有齿数为蜗轮的齿形系数，按蜗轮的实有齿数Z2查表查表7-6。F 蜗轮材料的许用弯曲应力，蜗轮材料的许用弯曲应力，F=YN 0F。0F为蜗轮材料为蜗轮材料的基本许用弯曲应力，如表的基本许用弯曲应力，如表7-7所示。所示。YN为寿命系数为寿命系数 ，N=60n2Lh。当当N25107时，取时，取N=25107，当，当N5m/s时，常采用上置式，如图时，常采用上置式，如图7-12（c）所示，油面允许达

17、到蜗轮半径所示，油面允许达到蜗轮半径1/3处。处。本讲稿第四十页，共五十四页7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算1.单位时间内，蜗杆传动由于摩擦损耗产生单位时间内，蜗杆传动由于摩擦损耗产生的热量的热量：P1 蜗杆传动的输入功率（蜗杆传动的输入功率（kW）；）；蜗杆传动的效率。蜗杆传动的效率。本讲稿第四十一页，共五十四页 KS为散热系数，取为散热系数，取KS=(8-17)W/m2，通风，通风良好时取大值；良好时取大值；A为散热面积（）；为散热面积（）；t1为箱体内的油温，为箱体内的油温，一般取一般取t1=6080，最高不，最高不超过超过90；t0为周围空气的温度，为周围空气的温度

18、，通常通常取取t0=20。2.自然冷却时单位时间内经箱体外壁散逸到自然冷却时单位时间内经箱体外壁散逸到周围空气中的热量：周围空气中的热量：本讲稿第四十二页，共五十四页3.由热平衡条件由热平衡条件Q1=Q2得油温得油温：（7-16）4.避免超温的措施避免超温的措施（1）在箱体壳外铸出散热片，增加散热面积）在箱体壳外铸出散热片，增加散热面积A。（2）在蜗杆轴上装风扇提高散热系数，）在蜗杆轴上装风扇提高散热系数，此时此时 Ks2028W/m2。本讲稿第四十三页，共五十四页（3）加冷却装置。在箱体油池内装蛇形冷却管）加冷却装置。在箱体油池内装蛇形冷却管 或用循环油冷却。或用循环油冷却。本讲稿第四十四页

19、，共五十四页 例例7-17-1设计用于带式运输机的一级闭式蜗杆传动，设计用于带式运输机的一级闭式蜗杆传动，蜗杆轴输入功率蜗杆轴输入功率P1=4kW,转速转速n1=960r/min,传动比传动比i=20,连续单向运转，载荷平稳，一连续单向运转，载荷平稳，一班制，预期寿命班制，预期寿命10年。年。本讲稿第四十五页，共五十四页本讲稿第四十六页，共五十四页本讲稿第四十七页，共五十四页本讲稿第四十八页，共五十四页本讲稿第四十九页，共五十四页本讲稿第五十页，共五十四页本讲稿第五十一页，共五十四页小结小结7.4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算7.4.1 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析1.力的方向

20、力的方向2.力的大小力的大小7.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算1.校核公式校核公式：2.设计公式：设计公式：本讲稿第五十二页，共五十四页 7.4.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 1.校核公式：校核公式：2.设计公式：设计公式：7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算7.5.1蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率7.5.2蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑7.5.3蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算重点：蜗杆传动受力分析。重点：蜗杆传动受力分析。本讲稿第五十三页，共五十四页作业作业P103习题习题7-12本讲稿第五十四页，共五十四页