机械设计课件蜗杆传动.ppt

《机械设计课件蜗杆传动.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计课件蜗杆传动.ppt（99页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第11章章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 蜗杆传动概述及蜗杆传动概述及蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型11-2普通蜗杆传动的主要参数与几何尺寸计算普通蜗杆传动的主要参数与几何尺寸计算11-3 普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算11-4圆弧圆柱蜗杆传动设计计算圆弧圆柱蜗杆传动设计计算11-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计11-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算新疆大学专用 作者：潘存云教授 教学目标（学习要求）教学目标（学习要求）1.熟悉蜗杆传动的特点、类型和应用；2.理解圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸的计算；了解引入蜗

2、杆直径系数q的含义和重要性；3.理解蜗杆传动的失效形式和设计准则；4.掌握蜗杆传动的受力分析、了解蜗杆蜗轮的材料和结构。5.能套用书上公式进行强度及热平衡计算（了解其原理、目的、计算方法）。新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制11-1 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：形成：若单个斜齿轮的齿数很少若单个斜齿轮的齿数很少（如（如z1=1）而且而且1 1很很大时，大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。11 1

3、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 及及 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制改进措施：改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为所得蜗轮蜗杆为线接触线接触。点接触点接触线接触线接触新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 蜗杆的形状象个圆柱形螺纹的螺杆蜗杆的旋向：右旋蜗杆和左旋蜗杆（一般为右旋）蜗杆的头数：单头蜗杆(蜗杆上只有一条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿)；双头蜗杆(蜗杆上有两条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮

4、转过两个齿)。蜗轮形状象斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好地啮合。新疆大学专用 作者：潘存云教授 蜗杆传动的主要优点蜗杆传动的主要优点是：是：传动比大、结构紧凑；传动比大、结构紧凑；传动平稳、噪声较小；传动平稳、噪声较小；当蜗杆的导程角当蜗杆的导程角 小于轮齿小于轮齿间的当量摩擦角间的当量摩擦角 时，蜗杆传动具有自锁性。时，蜗杆传动具有自锁性。蜗杆传动的主要缺点是：传动效率较低；蜗杆和蜗轮齿面间相对滑动速度较大，磨损较快且易胶合。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高。应用:P 750KW（通常50KW），Vs 35 m/s（通常15 m/s）。由于 i 大，

5、可用于机床分度机构、仪器仪表中。用于传递交错轴交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直空间垂直为什么？为什么？主要用于中小功率，间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备。新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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 蜗杆传动的类型蜗杆传动的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

6、是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。新疆大学专用 作者：潘存云教授 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 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。潘存云教授研制普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制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 锥蜗杆传动

7、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。新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制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 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

8、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)新疆大学专用 作者：潘存云教授 普通圆柱蜗杆用直线切削刃在车床上加工，按刀具安装位置不同，切出的蜗杆又可分为阿基米德蜗杆(ZA)、渐开线蜗杆(ZI)和法向直廓蜗杆等。阿基米德蜗杆的螺旋面在车床上加工，车刀刀刃平面通过蜗杆轴线，车刀切削刃夹角2=40。切出的蜗杆，在轴平面I-I上具有直线齿廓，法向剖面n-n齿廓为外凸曲线；而在垂直于蜗杆轴线的截面上的齿廓曲线为阿基米德螺

9、旋线，故称为阿基米德蜗杆。这种蜗杆加工和测量都比较方便，故应用广泛。但导程角过大时加工困难。难以用砂轮磨削出精确齿形，故传动精度和传动效率较低。新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制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 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潘存云教授研制阿基米德螺线阿基米德螺线新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研

10、制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 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新疆大学专用 作者：潘存云教授 渐开线蜗杆是将车刀切削刃平面与蜗杆的基圆柱相切加工的，被切出的蜗杆在轴平面上具有凸廓曲线，而在垂直于蜗杆轴线的截面上的齿廓为渐开线，故称为渐开线蜗杆。可以磨削，故传动精度和传动效率较高，适用于成批生产和大功率、高速精密这种蜗杆传动。新疆大学专

11、用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制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 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 潘存云教授研制dx延伸渐开线延伸渐开线车刀对中齿厚中线法面车刀对中齿厚中线法面法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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 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

12、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车刀对中齿槽中线法面车刀对中齿槽中线法面新疆大学专用 作者：潘存云教授 当蜗杆导程角 较大时，为了使车刀获得合理的前角和后角，车制时车刀刀刃平面放在蜗杆螺旋线的法平面上，这样切出的蜗杆，在法向剖面上齿廓为直线，故称为法向直廓蜗杆。而在垂直于蜗杆轴线的截面上的齿廓曲线为延伸渐开线，因而又称为延伸渐开线蜗杆。这种蜗杆切削性能较好，有利于加工多头蜗杆，且可用砂轮磨齿，常用于机床的多头精密蜗杆传动。新疆大学专用 作

13、者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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 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，只能是铣削或磨削，工，只能是铣削或磨削，加工时工件作加工时工件作螺旋运动螺旋运动，刀具作刀具作旋转运动旋转运动。砂轮砂轮新疆

14、大学专用 作者：潘存云教授 圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆(ZK)新疆大学专用 作者：潘存云教授 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 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。潘存云教授研制环面蜗杆环面蜗杆新疆大

15、学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制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 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新疆

16、大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制d d蜗杆旋向：蜗杆旋向：左旋、右旋左旋、右旋(常用常用)1 11 1精度等级：精度等级：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/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 -91.5 m/s -9级精度；级精度；判定方法：判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制中间平面中间平面1.正确啮合条件正确啮合条件中间平面

17、：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：mt2=ma1=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、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数211-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸新疆大学专用 作者：潘存云教授 ZA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 10,12.5,16,20,25,31.5,4

18、0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 /cos新疆大学专用 作者：潘存云教授 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，规定为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d d1 1只能取标准值。只能取标准值。蜗轮蜗杆轮齿旋向相同蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.若若

19、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 2新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制表表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(28)35.5(45)56(31.5)m456

20、.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=17.51.6(11-1)新疆大学专用 作者：潘存云教授 由上式可知，d1越小(或q越小)导程角越大，传动效率也越高，但蜗杆的刚度和强度越小。通常，转速高的蜗杆可取较小的d1 值，蜗轮齿数z2较多时可取较大的d1 值。由式（11-2）可得蜗杆的分度圆直径 d1 为上式说明

21、蜗杆的分度圆直径d1的大小取决于模数m、蜗杆头数z1及导程角三个参数。即使模数m相同，由于头数 z1 和导程角不同，仍然会有许多直径不同的蜗杆。由于切制蜗轮的滚刀必须与蜗杆的形状相当（尺寸相同），因此对同一模数的蜗杆，有一个分度圆直径就需要一把蜗轮 滚 刀，这 样 刀 具 品 种 的 数 量 势 必 太 多。为 了 减 少 刀 具 数 量 并 便 于 标 准 化、系 列 化，国标GB10085-88 准中，对每一个模数 m 规定了只有一个或几个蜗杆分度圆直径 d1的标准值相对应(见表 11-2)。新疆大学专用 作者：潘存云教授 刀具数量刀具数量刀具数量刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制

22、d1为标准值d1m 表11-2讨论蜗杆直径系数讨论蜗杆直径系数q qd1、m为标准值q为导出值,不一定为整数。m一定时，qd1蜗杆刚度z1一定时，q，自锁性 小m蜗杆选用大q，保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q，保证效率适于大P（功率）新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制4.蜗杆头数蜗杆头数z1蜗杆头数蜗杆头数z1：即螺旋线的数目。即螺旋线的数目。蜗蜗杆杆转转动动一一圈圈，相相当当于于齿齿条条移移动动z1个个齿齿，推推动动蜗蜗轮轮转转过过z1个齿。个齿。通常取：通常取：z1=1 2 4 65.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：=z z1

23、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 1(11-2)（可由传动比和效率来选定）（可由传动比和效率来选定）新疆大学专用 作者：潘存云教授 图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线。若将蜗杆分度圆直径为d1的圆柱 面展成平面，并设为蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角，px为轴向齿距，则蜗杆的导程角为制造困难2.传递动力时:头数z1 采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(),z1,采用单头蜗杆=15-30 越小传动效率越低,要求反行程自锁时0，正变位x12 12 m/s m

24、/s时时 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1锡青铜制造。锡青铜制造。vS S 12 12 m/s m/s时时 ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜锡青铜vS S 6 6 m/sm/s时时 ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3铝青铜。铝青铜。vS S 2 2 m/sm/s时时球墨铸铁、灰铸铁。球墨铸铁、灰铸铁。2、蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）铸锡青铜：vs1226m/s铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs2m/s新疆大学专用 作者：潘存云教授 铸造锡青铜，抗胶合，耐磨性能

25、好，易切削加工，但价格贵，一般用于高速(v26 ms)重要场合。铝铁青铜，具有足够强度，并耐冲击，价格也低，但切削性能和抗胶合性能较差，故不适于高速，常用于Vs=6m/s场合。灰铸铁主要用于低速、轻载的场合。*为了防止变形,常对蜗轮进行时效处理；*蜗轮材料的选择主要依据是齿面滑动速度Vs,而不是按1）蜗杆传动效率 2）配对蜗杆的齿面硬度 3）蜗杆传动的载荷大小来选择。新疆大学专用 作者：潘存云教授 三、蜗杆传动的设计准则三、蜗杆传动的设计准则 对于闭式蜗杆传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。对于开式蜗杆传动，或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数z2大于80时，通常只须按齿根

26、弯曲疲劳强度进行设计。由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作（传动系统）的热平衡计算，以免发生过热引起的胶合失效。蜗杆的刚度计算，防止蜗杆刚度不足引起的失效新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制四、四、圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解为三个分力：法向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、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上

27、的扭矩。分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2=T1 i 2新疆大学专用 作者：潘存云教授 圆周力：轴向力：(蜗杆主动)啮合效率忽略Ff，Fn径向力：(11-7)-(11-10)新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制1 11p212p由相对运动原理可知由相对运动原理可知:v2=v1+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 vSttv1v2新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制1 11 112

28、p12p右旋蜗杆：右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速切向速 度度vp2p2的方向与拇指指向相同。的方向与拇指指向相同。用手势确定蜗轮的转向用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。用右手判断，方法一样。2 22 2v2v2蜗轮的转向蜗轮的转向因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：ar1r2新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制蜗杆传动受力方向的判定蜗杆传动受力方向的判定 12pFt2Fa1Fr1Fr22 22)2)蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且蜗轮切向力指向与其转动方向一

29、致，且 Ft2=-=-Fa1；4)4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且且 Ft1=-=-Fa2；3)3)蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-=-Fa2；1)1)蜗杆所受扭矩蜗杆所受扭矩T T1 1与转动方向与转动方向1 1一致；一致；T T1 1T T1 11 11 1Ft1Ft1Fa2Fa2新疆大学专用 作者：潘存云教授 方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：n2n

30、13）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同。v2新疆大学专用 作者：潘存云教授 练习：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴 为输出，轴转向如图，欲使轴受力最小试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa1 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋新疆大学专用 作者：潘存云教授 五、五、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齿面接触强度校核公式校核公式：L0 KFnH=Z=ZE Ea3KT2=Z=ZE EZ Z H 由上式可得由上式可得设计公式设计公式：式

31、中式中K为载荷系数，取：为载荷系数，取：K=KA Kv 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 Z23 H -许用接触应力按下表选取。许用接触应力按下表选取。1）接触强度）接触强度 (11-11)(11-12)新疆大学专用 作者：潘存云教授 方法：以赫兹公式为计算基础，计算节点处的接触应力 仿照斜齿圆柱齿轮的计算方法进行推导与整理 式中：ZE材料的弹性影响系数 Z接触系数，查图11-14K裁荷系

32、数，K=KAKKv KA使用系数，查表11-5 K裁荷分布系数 Kv动载系数 K=1 裁荷平稳 K=1.31.6 裁荷变化较大，或有冲击振动 Kv=1.01.1 V23m/s H许用接触应力。H=H.KHN N=60jn2Lh 新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 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

33、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 233 m/s,m/s,Kv=1.1=1.11.2 1.2 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数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蜗杆蜗杆新疆大学专用 作者：潘存云教授 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

34、的许用接触应力 H H MPa MPa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 4 45 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 50

35、9 0.09 509 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/s新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制 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）tg(tg(+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

36、.750.82z1=4 =0.870.92z1=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/2/2 处效率曲线有极大值。处效率曲线有极大值。f v v=tg=tgv 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 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

37、相对滑动蜗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，约为损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高一个齿高。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 一一个个齿齿高高新

38、疆大学专用 作者：潘存云教授 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由热平衡条件：由热平衡条件：H H1 1=H=H2,2,得：得：ta=ta+d d S S1000P1000P1 1(1-)(1-)其中：其中：P P1 1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率；d d-表面散热系数；一般取：表面散热系数；一般取：d d=8.1517.45 W/(m2)S S-散热面积散热面积,m,m2 2,指箱体外壁与空气接触而内壁被指箱体外壁与空

39、气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按面积按50%50%计算。计算。摩擦损耗产生的热量摩擦损耗产生的热量:1 1=1000P=1000P1 1(1-)(1-)箱璧散发的热量箱璧散发的热量:2 2=d d S(tS(t0 0-t-ta a)-蜗杆传递的效率；蜗杆传递的效率；t t0 0-工作油温，一般取：工作油温，一般取：6070 t ta a-工作环境温度，一般取：工作环境温度，一般取：20 保持工作温度所需散热面积：保持工作温度所需散热面积：S S=m2d d(t0-ta)1000P1000P1 1(1-)(1-)(1

40、1-23)(11-24)新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 当工作油温：当工作油温：t0 80 或散热面积不足时，应采或散热面积不足时，应采取散热措施：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、循环油冷却。加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水新疆大学专用 作者：潘存云教授 蜗杆轴端加装风扇，则总的功率损耗为：风扇消耗的功率 (11-26)(11-25)风扇叶轮的圆周速度DF风扇叶轮的外径,mm；nF风扇叶轮的转速，r/min。由摩擦消耗的功率

41、所产生的热量为：(11-27)散发到空气中的热流量为：(11-28)新疆大学专用 作者：潘存云教授 S S1 1 、S S2 2 分别为风冷面积及自然冷却面积；风冷时的表面传热系数，表11-22选取；新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制蜗杆的结构蜗杆的结构:通常与轴制成一体通常与轴制成一体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：12-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计圆柱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。2)有退刀槽：加工螺旋部分时只能用铣制的办

42、法。潘存云教授研制潘存云教授研制新疆大学专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制蜗轮齿宽角蜗轮齿宽角 90130 轮圈厚度轮圈厚度 C 1.6m+1.5 mm轮缘宽度轮缘宽度B 0.75da 0.67 da 蜗轮顶圆直径蜗轮顶圆直径de2 da2+2m da2+1.5m da2+2m 蜗杆头数蜗杆头数Z11 2 4蜗轮的常用结构：蜗轮的常用结构：整体式整体式组合式组合式过盈配合过盈配合de2de2de2de2BBBBccc组合式组合式螺栓联接螺栓联接组合式铸造组合式铸造骑缝螺钉骑缝螺钉48个，孔心向硬边偏移个，孔心向硬边偏移=23mm潘存云教授研制新疆大

43、学专用 作者：潘存云教授 蜗轮整体式齿冠：用贵重耐磨金属(青铜)轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）过盈配合配合螺栓（铰制孔）组合式采用组合结构时，齿圈和轮芯间可用过盈联接，为工作可靠起见，并沿接合面圆周装上 48个螺钉。为了便于钻孔，应将螺孔中心线向材料较硬的一边偏移23mm。这种结构用于尺寸不大而工作温度变化又较小的地方。齿圈与轮芯也可用铰制孔螺栓来联接(图 11-25b)，由于装拆方便，常用于尺寸较大或磨损后需要更换齿圈的场合。对于成批制造的蜗轮，常在铸铁轮芯上浇铸出青铜齿圈(图 11-25d)。新疆大学专用 作者：潘存云教授 第十一章蜗杆传动第十一章蜗杆传动11.1知识要点知识要点本章小结本章

44、小结1.掌握蜗杆传动的特点及应用场合，理解蜗杆传动常见分类方法；掌握蜗杆传动的特点及应用场合，理解蜗杆传动常见分类方法；2.掌握蜗杆传动的几何尺寸计算；掌握蜗杆传动的几何尺寸计算；3.了解蜗杆传动常用材料、结构形式及润滑方式；了解蜗杆传动常用材料、结构形式及润滑方式；4.掌握蜗杆传动的受力分析，转向判断；掌握蜗杆传动的受力分析，转向判断；5.掌握普通圆柱蜗杆传动的强度计算；掌握普通圆柱蜗杆传动的强度计算；6.了解对闭式蜗杆传动进行热平衡计算的必要性。了解对闭式蜗杆传动进行热平衡计算的必要性。新疆大学专用 作者：潘存云教授 本章重点本章重点1.1.蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算,失

45、效形式、受力分析；失效形式、受力分析；2.2.普通圆柱蜗杆传动的强度计算和热平衡计算。普通圆柱蜗杆传动的强度计算和热平衡计算。本章难点本章难点1.1.蜗杆传动的主要参数及尺寸计算、受力分析；蜗杆传动的主要参数及尺寸计算、受力分析；2.2.蜗杆传动的材料选择和强度计算。蜗杆传动的材料选择和强度计算。11.211.2思考题思考题1.蜗杆传动的主要特点是什么？它适用于哪些场合？蜗杆传动的主要特点是什么？它适用于哪些场合？2.为什么蜗杆传动的效率低？为什么蜗杆传动的效率低？3.蜗杆传动与齿轮传动相比，在失效形式方面有何异同？为什么蜗杆传动与齿轮传动相比，在失效形式方面有何异同？为什么？它对蜗杆传动材料

46、的选择有何影响？它对蜗杆传动材料的选择有何影响？新疆大学专用 作者：潘存云教授 4.4.蜗杆传动蜗杆传动 为什么要引入直径系数为什么要引入直径系数q?q?它对蜗杆传动的强度、它对蜗杆传动的强度、刚度、啮合效率有何影响？刚度、啮合效率有何影响？5.5.闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？蜗杆的热平衡校核闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？蜗杆的热平衡校核计算不满足要求时可采取哪些措施？计算不满足要求时可采取哪些措施？新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 11.3练习练习新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授 新疆大学专用 作者：潘存云教授