第9章蜗杆传动.pptx

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1、3）结构紧凑、重量轻、噪音小。4）自锁性能好(用于提升机构)。缺点：1）蜗轮需用贵重的减摩材料。制造成本高，加工困难。2）滑动速度vs大。低。3）制造和安装精度要求高第1页/共29页9.1 9.1 蜗杆传动的材料和失效形式蜗杆传动的材料和失效形式1 1、齿面相对滑动速度、齿面相对滑动速度9.1.1 9.1.1 蜗杆传动的材料蜗杆传动的材料12p1作速度向量图，得作速度向量图，得:v22 v111p2v1v2vs第2页/共29页v vs s减摩性减摩性 、强度、强度不能都用硬材料不能都用硬材料1 1、蜗轮、蜗轮指齿冠部分材料：指齿冠部分材料：减摩材料减摩材料铸锡青铜：铸锡青铜：v vs s122

2、6m/s1226m/s铸铝青铜：铸铝青铜：v vs s10m/s10m/s，抗胶合能力差，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差耐磨性差,用于用于v vs s小场合小场合HTHT、QTQT：v vs s2m/s2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2 2、蜗杆、蜗杆材料材料碳钢碳钢合金钢合金钢热处理热处理硬面蜗杆：硬面蜗杆：首选首选 淬火淬火磨削磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。选用。2 2、蜗杆传动的材料、蜗杆传动的材料第3页/共29页9.1.2 9.1.2 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

3、准则失效形式：与齿轮传动类似：胶合、点蚀、磨损、折断失效形式：与齿轮传动类似：胶合、点蚀、磨损、折断v vs s、发热、发热 主要为：主要为：胶合胶合、磨损磨损、点蚀点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮蜗轮上。上。蜗杆传动的设计准则：蜗杆传动的设计准则：另外，若蜗杆较长，还应进行蜗杆刚度计算。另外，若蜗杆较长，还应进行蜗杆刚度计算。闭式传动：润滑良好时，多因齿面点蚀而失效。闭式传动：润滑良好时，多因齿面点蚀而失效。润滑不良时，将发生齿面胶合失效。润滑不良时，将发生齿面胶合失效。设计准则：按齿面接触强度进行设计，设计准则：按齿面接触强度进行设计，再按齿根弯曲强度进行较

4、核。再按齿根弯曲强度进行较核。同时，同时，为保证散热，还应进行热平衡计算为保证散热，还应进行热平衡计算。开式传动：多发生齿面磨损和轮齿折断，开式传动：多发生齿面磨损和轮齿折断，设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。第4页/共29页9.2 9.2 蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的受力分析和强度计算(蜗杆主动蜗杆主动)蜗杆传动总效率蜗杆传动总效率忽略忽略F Ff f圆周力：圆周力：轴向力：轴向力：径向力：径向力：9.2.1 9.2.1 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析蜗杆头数蜗杆头数z z1 1 1 2 3 41 2 3 4总效率总效率 0.7 0.8 0.

5、85 0.9 0.7 0.8 0.85 0.9效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：第5页/共29页方向判定：方向判定：1 1）蜗轮转向）蜗轮转向已知：已知：n n1 1、旋向、旋向n n2 2左、右手定则：四指左、右手定则：四指n n1 1、拇指、拇指反反向：啮合点向：啮合点v v2 2nn2 22 2）各分力方向）各分力方向F Fr r：指向各自轮心指向各自轮心F Ft t蜗杆蜗杆与与n n1 1反向反向蜗轮蜗轮与与n n2 2同向同向F Fa a蜗杆蜗杆：左、右手定则左、右手定则蜗轮：蜗轮：n2n13 3）旋向判定）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同蜗轮与蜗杆旋向相同。v2第6

6、页/共29页练习：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮为输入，大锥齿轮轴轴为输出，轴为输出，轴转向如图。转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋蜗轮右旋n n4 4输出输出1 12 23 34 4蜗杆蜗杆右旋右旋第7页/共29页9.2.2 9.2.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对蜗轮蜗轮蜗轮蜗轮接触强度计算接触强度计算校核式设计式第8页/

7、共29页参数说明：参数说明：1 1）T T2 2蜗轮转矩蜗轮转矩,N,N mmmm2 2）K K使用系数使用系数,表表9.29.2（同齿轮传动）（同齿轮传动）3 3）Z ZE E弹性系数弹性系数,表表9.39.3，P195P195（蜗杆主动）（蜗杆主动）4 4）K KHNHN寿命系数寿命系数,P195,P1955)5)基本许用接触应力，表基本许用接触应力，表9.49.4，9.59.5，P196P196第9页/共29页 由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算齿根弯曲应力是比较困难的。所以通常采用条件性计算：将蜗轮近似地视为斜齿轮，按斜齿轮弯曲强度计算。9.2.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算第10页

8、/共29页 F F 蜗轮的许用弯曲应力，P197,P197,表9.79.7Y YFaFa蜗轮齿形系数，由蜗轮的当量齿数z zv2v2=z z2 2/cos/cos3 3 和 蜗轮的变位系数从教材表9.69.6中查得。Y Y螺旋角影响系数，Y Y=1-=1-/140/140弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。参数说明：参数说明：第11页/共29页9.2.4 蜗轮的刚度校核 由蜗杆的结构和受力情况可知，对蜗杆传动除了进行蜗轮轮齿部分的强度计算外，还应对蜗杆进行刚度计算。蜗杆的刚度计算通常是把蜗杆看作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段，校核其弯曲刚度，即：第12页/共29页

9、9.3.1 9.3.1 蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率与齿轮类似：与齿轮类似：1 1、啮合、啮合 1 1：近似按螺旋副计算：近似按螺旋副计算（蜗杆主动）（蜗杆主动）（蜗轮主动）（蜗轮主动）v v当量摩擦角，与当量摩擦角，与v vs s有关。有关。（p199p199，表，表9.89.8）9.3 9.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第13页/共29页说明：说明：1 1）v vs sv v v v 油膜易形成油膜易形成 1 12 2）为影响为影响 1 1的主要因素的主要因素：1 1时，时，1 1 max max此后，此后，1 1一般取一般取后：后：缓慢缓慢 大时，加

10、工困难大时，加工困难2 2、2 2 搅油效率：搅油效率：3 3、3 3 轴承效率：轴承效率：蜗杆头数z1 1 2 3 4总效率 0.7 0.8 0.85 0.9 0.7 0.8 0.85 0.9效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：0 10 20 30 40 50 20406080100效率%f v v=tg=tgv v=0.12=0.12自锁极限第14页/共29页若润滑不良若润滑不良 效率效率显著降低显著降低 早期胶合或磨损早期胶合或磨损润滑对蜗杆传动而言，至关重要。润滑对蜗杆传动而言，至关重要。蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。蜗杆传动所采用

11、的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。蜗杆传动的相对滑动蜗杆传动的相对滑动 速度速度vs/(m/s)0102.5055101015152525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)运动粘度运动粘度v40/cSt90050035022015010080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润滑时的喷油压力喷油润滑时的喷油压力/MPa0.7239.3.2 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑第15页/共29页润滑方式的选择：润滑方式的选择：当v1510 m/s时，采用时，采用油池浸油润滑油池浸油润滑。润滑油量的选择既要考

12、虑充分的润滑，又润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。不致产生过大的搅油损耗。当v1 5 m/s时，时，蜗杆置于上方蜗杆置于上方（上置式）。（上置式）。浸油深度约为蜗轮外径的浸油深度约为蜗轮外径的1/3 当v144 5 m/s时，时，蜗杆置于下方蜗杆置于下方（下置式）。（下置式）。浸油深度应为蜗杆的一个齿高，但浸油深度应为蜗杆的一个齿高，但油油 面不应超过轴承最低滚动体的中心。面不应超过轴承最低滚动体的中心。给油方法包括：给油方法包括：油池润滑油池润滑、喷油润滑喷油润滑等。等。油池润滑油池润滑第16页/共29页当vs 1015 m/s时，采用时，采用压力喷油润滑压力喷油润

13、滑。喷油嘴要对准蜗杆。喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。啮入端，而且要控制一定的油压。压力喷油润滑压力喷油润滑第17页/共29页9.3.3 9.3.3 蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算由于由于发热大发热大易胶合易胶合即：即：发热率发热率QQ1 1=散热率散热率QQ2 2摩擦功耗：摩擦功耗：冷却散去的热量：冷却散去的热量：环境温度环境温度t t0 0=20=20箱内工作温度箱内工作温度散热面积散热面积表面传热系数，表面传热系数，则：则：热平衡计算热平衡计算第18页/共29页不能满足要求时，可采取冷却措施：不能满足要求时，可采取冷却措施：1 1）A A加散热片加散热片；2 2）

14、K KS S加风扇加风扇、冷却水管冷却水管、循环油冷却循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水第19页/共29页 散热片风扇散热片风扇第20页/共29页1 1、z z1 1、z z2 2、i、u 表表9.109.10蜗杆蜗杆头数头数z z1 1：蜗杆上蜗旋线的数目。：蜗杆上蜗旋线的数目。z z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6等等z z1 1加工困难加工困难传递动力：传递动力：（传动平稳性，避免根切）传动平稳性，避免根切）(z(z2 2d d2 2蜗杆轴长蜗杆轴长刚度刚度)一般取一般取z z2 2=3280=3280 z z1 1zz2 2：互质互质均匀磨损均匀磨损蜗杆主动时蜗杆主动时

15、:9.4 9.4 圆柱蜗杆传动的结构设计圆柱蜗杆传动的结构设计基本齿廓基本齿廓中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。9.4.1 9.4.1 蜗杆传动的基本参数蜗杆传动的基本参数第21页/共29页2 2、模数、模数mm、压力角正确啮合条件：正确啮合条件：轴向轴向 端面端面标准值标准值(与齿轮不同与齿轮不同,表表9.11)9.11)蜗杆导程角蜗杆导程角刀具基准齿形的压力角：刀具基准齿形的压力角：阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向压力角阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向压力角法向直廓蜗杆：法向压力角法向直廓蜗杆：法向压力角第22页/共29页3 3、蜗

16、杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d d1 1（中圆直径）、（中圆直径）、蜗杆导程角刀具数量刀具数量刀具数量刀具数量同一同一mm的蜗杆，应对直径的蜗杆，应对直径d d1 1进行限制进行限制d d1 1为标准值为标准值dd1 1p px xp px x加工蜗轮时的滚刀与尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸加工蜗轮时的滚刀与尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸相同，但相同，但mm一定时，由于一定时，由于z z1 1和和 的变化，的变化，d d1 1是变化的，是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。d d1 1mm 表表9.119.11第23页/共29页蜗杆导程角蜗杆导程角 制造困难制造困难传递传递

17、动力动力时时:头数头数z z1 1 采用采用多头蜗杆多头蜗杆传递传递运动运动时时:保证自锁保证自锁(),(),z z1 1,采用采用单头蜗杆单头蜗杆第24页/共29页蜗杆直径系数蜗杆直径系数q qd d1 1、mm为标准值为标准值qq为导出值为导出值,不一定为整数。不一定为整数。mm一定时，一定时，qqd d1 1蜗杆刚度蜗杆刚度z z1 1一定时，一定时，qq，自锁性，自锁性 小小mm蜗杆蜗杆选用大选用大q q，保证强度和刚度，保证强度和刚度适于小适于小P P 大大mm蜗杆蜗杆选用小选用小q q，保证效率，保证效率适于大适于大P P4 4、中心距、中心距a a第25页/共29页9.4.2 9

18、.4.2 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名名 称称计计 算算 公公 式式蜗杆分度圆直径，蜗轮分度圆直径蜗杆分度圆直径，蜗轮分度圆直径齿顶高齿顶高齿根高齿根高顶圆直径顶圆直径根圆直径根圆直径蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距径向间隙径向间隙中心距中心距蜗蜗 杆杆蜗蜗 轮轮d1=mq d2=mz2 ha=m ha=m df=1.2mq df=1.2mq da1=m(q+2)da1=m(q+2)df1=m(q-2.4)df2=m(q-2.4)pa1=pt2=px=mc=0.2 ma=0.5(d1+d2)m=0

19、.5m(q+z2)第26页/共29页圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计11、蜗杆的结构、蜗杆的结构 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。蜗杆通常与轴制成一体蜗杆通常与轴制成一体 蜗杆轴蜗杆轴 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但有退刀槽，螺旋部分可用车制，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。9.4.3 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计第27页/共29页2 2、蜗轮、蜗轮整体式整体式齿冠：用贵重耐磨金属齿冠：用贵重耐磨金属(青铜青铜)轮心：铸铁或铸钢轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）铸造（浇铸）过盈过盈螺栓（铰制孔）螺栓（铰制孔）组合式组合式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第28页/共29页感谢您的观看！第29页/共29页