第10章蜗杆传动.pptx

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1、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 特点特点传动比大：一般传动传动比大：一般传动 i=780;分度机构可分度机构可达达1000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 组成和应用组成和应用通常二轴交角通常二轴交角 90蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆蜗轮第1页/共29页二、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：圆柱蜗杆圆柱蜗杆第2页/共29页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蜗杆蜗杆)法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(Z

2、N蜗杆蜗杆)锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆(ZK蜗杆蜗杆)圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆(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第3页/共29页10-2 基本参数和几何尺寸基本参数和几何尺寸一、正确啮合条件二、主要参数及几何尺寸机械设计基础 蜗杆传动第4页/共29页一、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：mx1=mt2=m x1=t2=1=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

3、、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通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面平面第5页/共29页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，蜗杆蜗从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动动类似于螺旋传动从主平面看，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，啮开线齿轮齿形，啮合传动类似于齿轮合传动类似于齿轮齿条运动齿条运动d1Bpd

4、a2a2da2d2df 2Ldf1da1hahfh第6页/共29页二、主要参数及几何尺寸二、主要参数及几何尺寸机械设计基础 蜗杆传动1 模数2 压力角3 导程角4 分度圆直径5 中心距d1p2da2d2df 2df1da1hahfh第7页/共29页1 1 模数模数机械设计基础 蜗杆传动mx1=mt2=m具体见表具体见表10-1（GB/T 10088-88）从主平面看，从主平面看，蜗杆齿形是标蜗杆齿形是标准齿条齿形，准齿条齿形，蜗轮齿形是渐蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形开线齿轮齿形啮合传动类似啮合传动类似于齿轮齿条运于齿轮齿条运动动d1p第8页/共29页2 2 压力角压力角机械设计基础 蜗杆传动GB/

5、T 10088-88规定：规定：阿基米德蜗杆：阿基米德蜗杆：a a=20动力传动：动力传动：a a=25分度传动：分度传动：a a=12、15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d1Bp2第9页/共29页3 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=2（蜗轮的螺旋角）（蜗轮的螺旋角）从整体看，蜗杆蜗从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动动类似于螺旋传动蜗杆的导程角相当蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角

6、于螺纹的螺旋升角pz1pz1pd1第10页/共29页4 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d2=mz2蜗杆分度圆标准蜗杆分度圆标准化，以限制刀具化，以限制刀具数数d1与模数相匹配与模数相匹配见表见表10-1d1Bpa2da2d2df 2df1da1hahfhda2第11页/共29页5 5 中心距中心距机械设计基础 蜗杆传动其余几何尺寸见表其余几何尺寸见表10-2反映功率大小反映功率大小ad1Bpde22da2d2df 2df1da1hahfh第12页/共29页10-3 运动学及效率运动学及效率一、齿数和传动比二、滑动速度三、传动效率机械设计基

7、础 蜗杆传动第13页/共29页一、齿数和传动比一、齿数和传动比机械设计基础 蜗杆传动z2=i12 z1,(通常通常2970)从整体看，蜗杆从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相蜗轮齿面间的相对运动类似于螺对运动类似于螺旋传动旋传动蜗杆的齿数即蜗蜗杆的齿数即蜗杆的头数，杆的头数，z1=1,2,4、6，取小，取小 i ，,自锁性自锁性好好d1v2,va1?第14页/共29页二、滑动速度二、滑动速度机械设计基础 蜗杆传动润滑、散热不良时：易产生磨润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合损、胶合 充分润滑时：有利于油膜的形充分润滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大，成，滑动速度越大，摩擦系数摩擦系数越小，提高了传动效

8、率越小，提高了传动效率相对滑动速度很大产生的利弊：相对滑动速度很大产生的利弊：d1v2,va1v1v2vs第15页/共29页三、传动效率三、传动效率机械设计基础 蜗杆传动轴承及搅油损失效率轴承及搅油损失效率 2：滚动轴承：滚动轴承：2=0.980.99滑动轴承：滑动轴承：2=0.970.98设计之初，设计之初，未知，可按未知，可按 z1 初选：初选：z1=1 时，时，=0.70.75 z1=2 时，时，=0.750.82 z1=4 时，时，=0.850.92 啮合效率啮合效率 1类似于螺旋副：类似于螺旋副：d1v2,va1提示：提示：设计完成后，需验设计完成后，需验算算 ，若与初选值，若与初选

9、值相差太远，则需重相差太远，则需重选选再设计。再设计。第16页/共29页10-4 蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗杆、蜗轮的材料及结构材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度一、蜗杆的材料一、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号钢号钢 调质或淬火调质或淬火合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi(渗碳淬火渗碳淬火)、40Cr(表面淬表面淬火火)二、蜗轮的材料二、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 适合高速适合高速铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重

10、载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载机械设计基础 蜗杆传动第17页/共29页三、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第18页/共29页四、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第19页/共29页10-5 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算一、失效形式及设计准则二、受力分析三、轮齿表面的接触强度计算四、轮齿的弯曲强度计算机械设计基础 蜗杆传动第20页/共29页一、失效形式及设计准则一、失效形式及设计准则机械设计基础 蜗杆传动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

11、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1 失效形式失效形式失效：失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断胶合、磨损、点蚀、齿根折断蜗轮轮齿蜗轮轮齿开式齿轮传动：开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断闭式齿轮传动：闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀齿面胶合、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第21页/共29页二、受力分析二、受力分析机械设计基础 蜗杆传

12、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：Fr1,Ft1,Fa1蜗轮三个分力：蜗轮三个分力：Fr2,Ft2,Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft2第22页/共29页径向力径向力的判断方法：的判断方法：指向各自圆心指向各自圆心圆周力圆周力的判断方法：的判断方法：利用转向判断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，握紧右手，四指弯主动轮为右旋，握

13、紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇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上轴向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，用左力的方向；若主动轮为左旋，用左手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：与蜗轮的转向：与F Fa1a1反向反向Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft2第23页/共29页三、轮齿表面的接触强度计算三、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

14、轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）中中间间平平面面内内相相当当于于齿齿条条与与齿齿轮轮啮啮合合，蜗蜗轮轮类类似似于于斜斜齿齿轮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v说明：1 z1、z1的选择：z1 查表10-3,根据传动比选择；z226282 载荷系数K：据经验选择,见p2443 许用接触应力：表10-4、10-5第24页/共29页四、轮齿的弯曲强度计算四、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大得多故在受强烈冲击、故在受强烈冲击、z

15、2特多或开式传动中计算弯曲强度才特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义有意义校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：第25页/共29页10-6 热平衡计算热平衡计算一、目的及对象二、计算方法三、提高散热能力方法机械设计基础 蜗杆传动第26页/共29页一、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)：Q1=1000P1(1-)单位时间内的散热量：单位时间内的散热量：Q2=htA(t-t0)Q1=Q2，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v使用时控制：v油温t一般限制在6070，不超过80v温升Dt5060第27页/共29页三、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第28页/共29页感谢您的观看！第29页/共29页