蜗杆传动 学习.pptx

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1、9.1 9.1 概概 述述 蜗杆传动是由蜗杆传动是由蜗杆蜗杆和和蜗轮蜗轮组成的，用于传递空间交错两组成的，用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为轴之间的运动和动力。交错角一般为9090。传动中一般。传动中一般蜗杆蜗杆是主动件是主动件，蜗轮是从动件。，蜗轮是从动件。一、蜗杆传动的组成一、蜗杆传动的组成第1页/共25页二、蜗杆传动的特点二、蜗杆传动的特点1传动比大，一般传动比大，一般 i=1080，最大可达，最大可达1000；2重合度大，传动平稳，噪声低；重合度大，传动平稳，噪声低；4 蜗杆传动的主要缺点蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低；齿面的相对滑动速度大，效率低；主要

2、用于中小功率，间断工作的场合。主要用于中小功率，间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。3结构紧凑，可实现反行程自锁；结构紧凑，可实现反行程自锁；5.蜗轮的造价较高。蜗轮的造价较高。9.1 9.1 概概 述述第2页/共25页三、蜗杆传动的类型三、蜗杆传动的类型9.1 9.1 概概 述述蜗杆传动蜗杆传动按按螺旋面形状螺旋面形状分分阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆环面蜗杆环面蜗杆按按蜗杆形状蜗杆形状分分圆柱蜗杆圆柱蜗杆锥蜗杆锥蜗杆第3页/共25页9.1 9.1 概概 述述渐开线渐开线渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)端面齿廓端面齿廓-渐开线

3、渐开线轴向截面齿廓轴向截面齿廓-曲线曲线阿基米德螺线阿基米德螺线阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)轴向截面齿廓轴向截面齿廓-直线直线端面齿廓端面齿廓-阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线渐开线蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿基米德蜗杆。渐开线蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿基米德蜗杆。第4页/共25页9.2 9.2 蜗杆传动的基本参数与尺寸计算蜗杆传动的基本参数与尺寸计算一、蜗杆传动的基本参数一、蜗杆传动的基本参数1.模数模数 m 和压力角和压力角a a在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值，且为标准值，见表见表9-1。即：即：ma1=mt

4、2=m在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合齿轮齿条的啮合传动。传动。阿基米德蜗杆的轴面阿基米德蜗杆的轴面压力角压力角 a120蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径 d1 为标准值，为标准值，见表见表9-1。d1与模数与模数 m 的比值称为的比值称为蜗杆直径系数蜗杆直径系数 q。d1=m q mz1是导出值是导出值2.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径 d1 和直径系数和直径系数 q即：即：q=d1m主平面主平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。是蜗杆的轴面是蜗杆的轴面是蜗轮的端面是蜗轮的端面第5页/共25页9.2 9.2 蜗

5、杆传动的基本参数与尺寸计算蜗杆传动的基本参数与尺寸计算正确啮合条件：正确啮合条件：ma1=mt2 12 （蜗轮、蜗杆旋向相同蜗轮、蜗杆旋向相同）a1=t24.蜗杆的头数蜗杆的头数z1、蜗轮齿数蜗轮齿数z2 z1效率效率 ，但加工困难。，但加工困难。z1 传动比传动比 i，但传动效率，但传动效率。常取：常取：z11，2，4，6。可根据传动比选取，可根据传动比选取，见表见表9-3。当有自锁要求当有自锁要求时，取时，取z1=1。z2=i z1 若若 z2太小，将使传动平稳性变差。若太小，将使传动平稳性变差。若 z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚

6、度。支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。一般：一般：z22780 3.3.蜗杆分度圆柱导程角蜗杆分度圆柱导程角第6页/共25页9.2 9.2 蜗杆传动的基本参数与尺寸计算蜗杆传动的基本参数与尺寸计算5.传动比传动比 i6.中心距中心距a(d1=mq mz1)(d2=mz2 )7.齿顶高系数齿顶高系数ha*、顶隙系数、顶隙系数c*齿顶高系数：标准：齿顶高系数：标准：ha*1，短齿：，短齿：ha*0.8。顶隙系数：顶隙系数：c*=0.2，0.15，0.35。齿顶高：齿顶高：haha*m顶隙：顶隙：c=c*m齿根高：齿根高：hfha+c=ha*m+c*m表表9-49-4第7页/共25页9.3 9.3

7、蜗杆传动的运动和受力分析蜗杆传动的运动和受力分析一、蜗杆传动的运动分析一、蜗杆传动的运动分析齿面间相对滑动速度：齿面间相对滑动速度：蜗杆传动与螺旋传动相似，蜗杆与蜗蜗杆传动与螺旋传动相似，蜗杆与蜗轮的轮齿在节点啮合处存在相对滑动，滑轮的轮齿在节点啮合处存在相对滑动，滑动速度动速度vs 方向平行于齿的斜向。设蜗杆圆方向平行于齿的斜向。设蜗杆圆周速度为周速度为v l、蜗轮圆周速度为、蜗轮圆周速度为v 2u滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传动效率等都有很大影响。一般取动效率等都有很大影响。一般取vs15m/s。第8页/

8、共25页9.3 9.3 蜗杆传动的运动和受力分析蜗杆传动的运动和受力分析二、蜗杆传动的受力分析二、蜗杆传动的受力分析1.蜗轮转向的判断蜗轮转向的判断蜗杆左右手法：蜗杆左右手法：左左旋旋左左手手，右右旋旋右右手手，四四指指转转向向 1，拇指反向；即为，拇指反向；即为v2。第9页/共25页9.3 9.3 蜗杆传动的运动和受力分析蜗杆传动的运动和受力分析2.蜗杆、蜗轮的受力分析蜗杆、蜗轮的受力分析圆周力方向圆周力方向主反从同主反从同径向力方向径向力方向指向各自轮心指向各自轮心蜗杆轴向力方向蜗杆轴向力方向左右手法左右手法则，拇指指向则，拇指指向轮齿所受的法向力轮齿所受的法向力Fn，可分解为：，可分解为

9、：切向力切向力Ft、径向力、径向力Fr、轴向力、轴向力Fa。式中：式中：n蜗轮的法向压力角，蜗轮的法向压力角，T2蜗轮的转矩，蜗轮的转矩，第10页/共25页例例1：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗杆和：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。n112n2Ft2Fa1Ft1Fa2n112Ft1Fa2n2Ft2Fa19.3 9.3 蜗杆传动的运动和受力分析蜗杆传动的运动和受力分析Fr1Fr2Fr2Fr1第11页/共25页9.3 9.3 蜗杆传动的运动和受力分析蜗杆传动的运动和受力分析

10、传动系统如图，已知轮传动系统如图，已知轮4为输出轮，转向如图，试：为输出轮，转向如图，试：1、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；2、标出各轮受力方向。、标出各轮受力方向。1234n4n3n2Fa3Fa2Ft1Fa1Ft2Ft3例例2Fa4n1Fr1Fr2Fr3Ft4Fr4第12页/共25页433221电机电机9.3 9.3 蜗杆传动的运动和受力分析蜗杆传动的运动和受力分析图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1例例31、电机转向、电

11、机转向n1；2、斜齿轮、斜齿轮2的旋向；的旋向；3、啮合点受力方向。、啮合点受力方向。n4径向力径向力Fr 的方向：略的方向：略第13页/共25页9.4 9.4 蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算一、失效形式与设计准则一、失效形式与设计准则1.主要失效形式：主要失效形式：蜗轮蜗轮齿面的齿面的胶合胶合、点蚀点蚀、磨损磨损等。等。2.设计准则设计准则主要失效形式：齿面点蚀、胶合。主要失效形式：齿面点蚀、胶合。按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算热平衡计算。闭式传动：闭式传动：开式

12、传动：开式传动：主要失效形式：齿面磨损、轮齿折断。主要失效形式：齿面磨损、轮齿折断。通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。3.常用材料常用材料蜗杆蜗杆的常用材料为的常用材料为碳钢碳钢和和合金钢合金钢，见表见表9-5。锡青铜：锡青铜：铝青铜：铝青铜：灰铸铁：灰铸铁：（见表（见表9-6）蜗轮蜗轮常用材料有：常用材料有：vs 8 m/s 的场合。（的场合。（抗胶合能力差抗胶合能力差）vs 2 m/s 的场合。的场合。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差抗胶合能力强，抗点蚀能力差）适用于齿面滑动速度适用于齿面滑动速度vs较高的传动。较高的传动。第14页/共25页二、二、蜗轮齿面接

13、触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算目的：防止目的：防止“点蚀点蚀”和和“胶合胶合”失效。失效。以节点为计算点，计算齿面接触应力以节点为计算点，计算齿面接触应力 H 。9.4 9.4 蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算K载荷系数，载荷系数，K=11.4。T2蜗轮的工作转矩（蜗轮的工作转矩（N.mm)；H2蜗轮的许用接触应力（蜗轮的许用接触应力（MPa)，见表见表9-6。式中：式中：ZE弹性系数，青铜（或铸铁）与钢制蜗杆配对时，弹性系数，青铜（或铸铁）与钢制蜗杆配对时，；校核式：校核式：设计式：设计式：第15页/共25页三、三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算9.4 9.4

14、蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算目的：目的：防止齿根折断。防止齿根折断。校核式：校核式：式中：式中：YFa2齿形系数，按蜗轮当量齿数齿形系数，按蜗轮当量齿数 查表查表8-6；螺旋角系数，螺旋角系数，设计式：设计式：注：设计中，根据由上式计算的注：设计中，根据由上式计算的 值，值，查表查表9-1确定标准的确定标准的m和和q。蜗轮的许用弯曲应力（蜗轮的许用弯曲应力（MPa)。第16页/共25页9.5 9.5 蜗杆传动的效率及热平衡计算蜗杆传动的效率及热平衡计算式中式中：h h1轮齿啮合效率；轮齿啮合效率；h h2轴承的效率；轴承的效率；h h3考虑搅油损耗的效率；考虑搅油损耗的效率；z1 一、

15、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率轮齿啮合效率：轮齿啮合效率：式中：式中：蜗杆的导程角；蜗杆的导程角；v当量摩擦角，当量摩擦角，可通过可通过vs查表查表。蜗杆头数蜗杆头数z112346传动效率传动效率0.70.80.850.90.95设计之初，可根据蜗杆头数设计之初，可根据蜗杆头数z1预估传动效率，见下表。预估传动效率，见下表。第17页/共25页第18页/共25页二、蜗杆传动的散热二、蜗杆传动的散热9.5 9.5 蜗杆传动的效率及热平衡计算蜗杆传动的效率及热平衡计算 闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算。闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算。热平衡：热平衡：在单位时间内，在单位时间内，摩擦产生的热量摩擦产生

16、的热量等于等于散发的热量散发的热量。即即Kt表面传热系数，一般取表面传热系数，一般取 Kt(8.7 17.5)W/(m2)；A 箱体的散热面积箱体的散热面积(m2)。t1润滑油的工作温度润滑油的工作温度()；式中：式中：P1蜗杆的输入功率（蜗杆的输入功率（kW)；t2环境温度环境温度()；通常取；通常取 t2 20 。工作许用温度工作许用温度 t1 t1或散热条件不符合要求时，可采用以下措施：或散热条件不符合要求时，可采用以下措施：1.增加散热片；增加散热片；2.在蜗杆轴端加轴流风扇；在蜗杆轴端加轴流风扇；3.在油池中安装冷却水管在油池中安装冷却水管；4.用循环油冷却用循环油冷却三、蜗杆传动的

17、润滑三、蜗杆传动的润滑蜗杆传动润滑油的蜗杆传动润滑油的粘度粘度及及润滑方法润滑方法可根据可根据滑动速度滑动速度和和载荷类型载荷类型选取，见选取，见表表9-8。第20页/共25页9.6 9.6 蜗轮、蜗杆的结构蜗轮、蜗杆的结构一、蜗杆的结构一、蜗杆的结构由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴蜗杆轴）。）。无退刀槽无退刀槽，加工螺旋部分时只能用，加工螺旋部分时只能用铣制铣制的办法。的办法。有退刀槽有退刀槽，螺旋部分，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度，但该结构的刚度 较前一种差。较前一种差。当蜗杆的直径较大

18、时，可以将轴与蜗杆分开制作。当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。第21页/共25页9.6 9.6 蜗轮、蜗杆的结构蜗轮、蜗杆的结构二、蜗轮的结构二、蜗轮的结构为了减摩的需要，为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮整体式蜗轮（直径小）（直径小）轮箍式蜗轮轮箍式蜗轮镶铸式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮组合式蜗轮（直径大）组合式蜗轮（直

19、径大）第22页/共25页思考与练习思考与练习1、蜗杆传动的正确啮合条件如何描述？、蜗杆传动的正确啮合条件如何描述？2、公式、公式i=n1/n2=z2/z1=d1/d2；a=m1(z1+z2)/2在蜗杆传动中表达正确么？为什么？在蜗杆传动中表达正确么？为什么？3、图示为斜齿圆柱齿轮、图示为斜齿圆柱齿轮蜗杆传动，小齿轮主动，其转向及轮齿旋向如图。蜗杆传动，小齿轮主动，其转向及轮齿旋向如图。试在图上标出：试在图上标出：（1）大齿轮的转向及轮齿旋向；）大齿轮的转向及轮齿旋向；（2）蜗杆螺旋线的合理方向；）蜗杆螺旋线的合理方向；（3）蜗轮的转向及轮齿旋向；）蜗轮的转向及轮齿旋向；（4）蜗杆蜗轮轮齿受力的方向（各用三个分力表示）。）蜗杆蜗轮轮齿受力的方向（各用三个分力表示）。4、说明蜗杆传动自锁的原理。自锁条件是什么？、说明蜗杆传动自锁的原理。自锁条件是什么？5、进行蜗杆传动的强度计算时，为什么只需计算蜗轮轮齿的强度？、进行蜗杆传动的强度计算时，为什么只需计算蜗轮轮齿的强度？6、何种工况下使用的蜗杆传动必须进行热平衡计算？、何种工况下使用的蜗杆传动必须进行热平衡计算？第23页/共25页第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页