《蜗杆传动z》PPT课件.pptVIP

第十一章 蜗杆传动,11-1 蜗杆传动概述,11-2 蜗杆传动的类型,11-3 普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,11-1 蜗杆传动概述,蜗杆传动是一种传递空间两交错轴之间运动和动力的传动机构。,11-1 蜗杆传动概述,蜗杆传动的特点： 1. 传动比大，结构紧凑。一般为 i =580，在分度或手动 机构中可达300；若只传递运动可达1000。 2. 冲击载荷小，传动平稳，噪声小。 3. 相对滑动速度大，摩擦磨损严重，效率较低。 具有自锁性时，效率约为40%左右。 4. 为防止或减轻磨损及胶合，常用青铜等贵重金属制造 蜗轮，成本高。 5. 为了避免过热，需要良好的润滑条件和散热装置。 6. 反行程自锁。,蜗杆传动通常用于减速装置。,(除ZK外)其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓曲线也不同。,阿基米德蜗杆(ZA) 渐开线蜗杆 (ZI) 法向直廓蜗杆(ZN) 锥面包络蜗杆(ZK),11-2 蜗杆传动的类型,11-2 蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,蜗杆螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的,圆柱蜗杆 环面蜗杆 锥蜗杆,另外，侧隙便于控制和调整；可节约有色金属。但因不对称，正、反转承载能力和效率不同。,在中间平面，蜗杆蜗轮均为直线齿廓。同时啮合齿数多，承载能力大，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；但制造、安装精度较高。,11-3 普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,11-3 普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,一、正确啮合条件,二、传动比,三、蜗杆传动的主要参数,四、蜗杆传动的几何尺寸计算,11-3 普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,一、正确啮合条件,在中间平面中，蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等即 蜗杆螺旋角与蜗轮螺旋角旋向相同。(1=90-1， 1+2 =90),二、传动比 i,11-3 普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,国标GB10088-88对蜗杆模数作了专门规定。,由于蜗轮是用与其配对的蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1。直径d1与模数m的比值(q= d1 / m)称为蜗杆直径系数。,详细内容,国标GB10087-88规定，标准压力角=20 阿基米德蜗杆轴向压力角为标准值(20) ，其余法向压力角为标准值(20)。,三、蜗杆传动的主要参数,1. 模数,2. 压力角,3. 蜗杆分度圆直径 d1,4. 蜗杆的头数 z1,较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效 率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通 常蜗杆头数取为1、2、4、6。 (蜗杆头数与传动效率关系),11-3 普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,5. 导程角,在 m 和 d1 为标准值时，z1g,6. 蜗轮齿数 z2,蜗轮齿数主要取决于传动比，即 z2 = i z1 。 z2 不宜太小（如z226)，否则将使传动平稳性变差。 z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。一般推荐 z2 =2980。 （z1与z2的荐用值表）,7. 中心距 a,见P248表11-3，表11-4。,四、蜗杆传动的几何尺寸计算,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,一、蜗杆传动的失效形式,三、蜗杆传动的常用材料,二、蜗杆传动的设计准则,四、蜗杆传动的受力分析,五、蜗杆传动强度计算,六、普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,一、蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的失效常发生在蜗轮轮齿上。蜗杆刚度不足也是其主要失效形式。,蜗杆传动的承载能力往往受到抗胶合能力的限制。,三、蜗杆传动的常用材料,二、蜗杆传动的设计准则,为了减摩，通常蜗杆用钢材(碳钢、合金钢)，蜗轮用有色金属（铜合金）。,蜗杆传动常用材料,其材料不仅要具有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合性和耐磨性。,和齿轮一样，其失效也有点蚀、齿根折断、齿面胶合及齿面磨损等。,在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。 在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常按齿面接触疲劳强度进行设计，按齿根弯曲疲劳强度进行校核。 此外，对于闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。还需校核蜗杆的刚度。,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,原则：不仅要具有足够的强度，更重要的是要具有良好的磨合性和耐磨性。 蜗杆材料 一般用碳素钢、合金钢。 一般情况：采用40、45等碳素钢调质处理（硬度为220300HBS）。 高速重载：常用15Cr、20Cr渗碳淬火（硬度为5662HRC）； 或40、45、40Cr、42SiMn表面淬火（硬度为4555HRC）。 低速或人力传动：蜗杆可不经热处理，甚至可采用铸铁。 蜗轮材料 常用铸造锡青铜(ZCuSnl0Pl，ZCuSn5Pb5Zn5) 、铸造铝铁 青铜(ZCuAl10Fe3) 、球墨铸铁和灰铸铁(HTl5O、HT2OO) 等。蜗轮也可用尼龙或增强尼龙材料制造。 滑动速度3m/sVs25m/s的重要传动：锡青铜，其抗胶合和耐磨性好， 易于切削加工，但价格较高。 滑动速度Vs4m/s的传动：铝铁青铜，其抗胶合和耐磨性较锡青铜差一些，切削性能差，但价格便宜。 滑动速度不高(Vs2m/s)，效率要求也不高：可采用球墨铸铁和灰铸铁。,四、蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿所受法向力Fn的同样可分解为径向力Fr、周向力Ft、轴向力Fa。,蜗杆传动受力方向判断,五、蜗杆传动强度计算,在不计摩擦力时，有以下关系：,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,蜗轮齿面接触疲劳强度计算,蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,蜗杆刚度计算,蜗杆传动受力方向判断,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算, 各力方向的判断, 作用在主动轮和从动轮上的对应力大小相等，方向相反。,蜗杆所受圆周力Ft1方向与它的转向相反，蜗轮所受圆周力Ft2 方向与它的转向相同；,蜗杆轴向力Fa1的方向由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定。对于右旋蜗杆，用右手判断；对于左旋蜗杆，用左手判断。,径向力 Fr 的方向均指向各自的轴心 。,六、普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择,GB/T 10089-1988对蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12个精度等级；1级精度最高，依次降低。与齿轮公差相仿，蜗杆、蜗轮和蜗杆传动的公差也分三个公差组。 普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以69级应用最多。,11-4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率润滑与热平衡,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,一、蜗杆传动的效率,二、蜗杆传动的润滑,三、蜗杆传动的热平衡计算,四、蜗杆传动的散热措施,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,一、蜗杆传动的效率,h1单独考虑啮合摩擦损耗时的效率；,h2单独考虑轴承摩擦损耗时的效率；,h3单独考虑溅油损耗时的效率；,其中h1是对总效率影响最大，其可由下式确定：,所以 z1,效率与蜗杆头数的大致关系为： 蜗杆头数 1 2 4 6 总 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95,式中： 蜗杆的导程角； v当量摩擦角，见P264表11-18或11-19。,一般2 3 = 0.95 0.96，即总效率：,齿面间滑动速度,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,齿面间滑动速度 ：该速度 沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆周速度为 ，蜗轮圆周速度为 ，则齿面间滑动速度 为：,式中 ， 为蜗杆的分度圆直径 (mm)； 为蜗杆转速 (rmin)； 为蜗杆的导程角。,二、蜗杆传动的润滑,润滑的主要目的在于减小摩擦、磨损和散热。其润滑与齿轮传动润滑相近。,润滑油,润滑油粘度及给油方法,润滑油量,润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。,钢蜗杆配青铜蜗轮时常用润滑油,一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。 给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等。若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时，两边都要装喷油嘴，而且要控制一定的油压。,详细介绍,润滑油量的选择既要考虑充分润滑，又不致产生过大的搅油损耗。 对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,三、蜗杆传动的热平衡计算,由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，将会产生较大的热量。如果这些热量得不到及时散失，则系统温度将升高，润滑状态将变差，进而产生较大摩擦损失，甚至发生胶合。所以，必须使单位时间内的发热量等于散热量，保证油温稳定地处于规定范围内。,系统因摩擦功耗产生的热量(发热量)：,从箱壁自然冷却散发的热量(散热量)：,在热平衡条件下可得：,用于系统热平衡验算,用于结构设计,式中ad箱体表面的传热系数，可取ad (8.1517.45)W/(m2)；,S 箱体的可散热面积(m2)；t0润滑油的工作温度()；ta周围空气的温度()。,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,一般将t0限制在6070 ， 最高不超过80 。,四、蜗杆传动的散热措施,当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：,1. 加散热片以增大散热面积 2. 在蜗杆轴端加装风扇以加速空气的流通,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,3. 加循环冷却管路或冷却器,11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,电机转速为960r/min，主轴转速为1.8r/min， 蜗杆传动主要参数为：模数m = 12.5，蜗轮齿数z2=100， 蜗杆头数z1=2，直径系数q=8.96,立盘过滤机主传动系统分析,电机,带传动,减速器,联轴器,轴承,轴承,蜗杆,蜗轮,主轴,尼龙轴瓦,1、热平衡计算,蜗杆螺旋角,蜗杆转速,蜗杆线速度,蜗杆副滑动速度,摩擦角,啮合效率,总效率,散热面积,v,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,一、蜗杆的结构,二、蜗轮的结构,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,一、蜗杆的结构,当蜗杆螺旋部分的直径不大时，常和轴做成整体，称为蜗杆轴。 当蜗杆螺旋部分直径较大时，可将蜗杆与轴分开制作。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,有退刀槽，螺旋部分既可以车制，也可以铣制，但该结构的刚度 较前一种差。,虚拟现实中的蜗杆,二、蜗轮的结构,为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，常采用组合式蜗轮即齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,例题1,例题1,第十一章 蜗杆传动,例题2,例题2,第十一章 蜗杆传动,试分析下图所示蜗杆、蜗轮的转向及螺旋线旋向， 并分别画出蜗轮、蜗杆在啮合点处所受各个分力的方向，图中1轮为主动轮。,下图所示传动系统由蜗轮蜗杆和斜齿圆柱齿轮组成，已知蜗杆的螺旋线旋向和蜗轮转向，且蜗杆主动，现欲使蜗杆轴上蜗杆1和斜齿圆柱齿轮3所产生的轴向力相抵消，试确定： 轮3、轮4的螺旋线旋向和转向； 蜗杆1、轮3在啮合点处所受各分力的方向。,例题3,例题3,答案：,第十一章 蜗杆传动,例题4,例题4,在图示的传动系统中，1、2、3为斜齿圆柱齿轮，4、5为直齿圆锥齿轮，6为蜗杆，7为蜗轮。传动系统由电动机驱动，轮1转向如图所示。要求轴斜齿圆柱齿轮3和直齿圆锥齿轮4及轴上直齿圆锥齿轮5和蜗杆所产生的轴向力相抵消一部分。试画出： （1）斜齿圆柱齿轮1螺旋线方向，蜗杆的螺旋线方向； （2）蜗轮7的转向及斜齿轮3、蜗轮7在啮合点处各分力方向。,答案： （1）左旋 左旋 （2）顺时针,第十一章 蜗杆传动,例题5,例题5,第十一章 蜗杆传动,如图所示为一蜗杆-圆柱斜齿轮-直齿圆锥齿轮三级传动，蜗杆1为主动。已知蜗杆1的转向，蜗轮2螺旋线的旋向。欲使轴上两轮的轴向力相抵消，试画出： （1）轮3、轮4螺旋线的旋向和轴II、III的转向； （2）轮3、轮5在啮合点处所受各分力、的方向。,例题6,例题6,第十一章 蜗杆传动,试分析如图所示的二级蜗杆传动。已知蜗轮4的螺旋线方向为右旋，轴为