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机械设计讲稿 第六章 蜗杆传动第六章 蜗杆传动教学基本要求：(1) 了解蜗杆传动的特点及应用。(2) 掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数选择原则。(3) 掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料及选择原则。(4) 重点掌握蜗杆传动的受力分析及其强度计算。(5) 重点掌握蜗杆传动效率和热平衡计算的方法，掌握提高传动效率和散热能力的措施。本章重点：(1) 蜗杆传动的失效形式，计算准则及常用材料(2) 圆柱蜗杆传动的受力分析和承载能力计算（3）蜗杆传动的效率，润滑及热平衡计算教案：6-1 蜗杆传动的特点和类型一、 特点传递相错轴间的运动和动力，常用传动比大、准确恒定，传动平稳、噪声小（蜗杆的齿连续啮合）可以实现自锁效率低，=1，=（0.70.75）；=2，=(0.750.82)； =34，=(0.820.92)齿面间滑动速度大,发热量大（热平衡计算）技术数据：=4000 r/min, =69 m/s, =1000 kW, =700 kNm二、 类型按蜗杆的形状分（一）、圆柱蜗杆圆柱蜗杆1、阿基米德蜗杆（ZA）加工方法：梯形直刃车刀加工，刀刃在轴截面内（与加工普通梯形螺纹时相同）齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓曲线为阿基米德螺线轴剖面内齿廓为直线，轴面齿形角（直齿条齿廓） 蜗轮：中间平面内齿廓为渐开线特 点：加工简便，应用最广；不便磨削，精度较低2、渐开线蜗杆（ZI）加工方法：两把梯形直刃刀加工，刀具切削刃面与蜗杆基圆柱相切齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓为渐开线轴剖面内齿廓为凸齿廓；法面齿形角 基圆柱切面内齿廓为直线特 点：可滚切、可磨削，制造精度较高3、延伸渐开线蜗杆（ZN）加工方法：直刃车刀切削刃在蜗杆螺旋线的法面内齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓曲线为延伸渐开线轴剖面内齿廓为凸齿廓 蜗杆齿法面齿廓直线，法面齿形角特 点：可车、用指状铣刀或盘铣刀加工；磨削困难4、锥面包络圆柱蜗杆加工方法：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内齿 形：蜗杆：轴垂面内齿廓曲线为近似阿基米德螺线轴剖面内齿廓为凸齿廓 蜗杆齿法面齿廓凸齿廓特 点：不能车、可磨获得高精度，应用日趋广泛5、圆弧圆柱蜗杆加工方法：凸圆弧形切削刃车刀加工齿 形：蜗杆：轴剖面内凹弧形蜗轮：端面齿廓凸圆弧（范成法加工）特 点：效率90%以上，承载能力比普通蜗杆高50150%，广泛应用于各类减速机中。（二）、环面蜗杆 加工方法：平面二次保络 齿 形：蜗杆轴面和蜗轮端面均为直线齿廓 蜗轮节圆在蜗杆节弧面上 特 点：润滑角近似90o,利于润滑油模形成对制造和安装精度要求高（三）、锥蜗杆 蜗杆节锥面上分布等导程螺旋线齿蜗轮类似螺旋锥齿轮（用与锥蜗杆一致的锥滚刀在滚齿机上加工） 特点：同时接触点数多、重合度大、承载大 传动比达10360；三、 圆柱蜗杆精度精度等级：GB10089-88规定，圆柱蜗杆分精度分12级，112精度降低精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度（P141表6-1）6-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、主要参数与选择1、模数m与齿形角（1）中间平面：过蜗杆轴线、垂直蜗轮轴线的平面（2）模 数：中间平面内，蜗轮与蜗杆的啮合相当于齿轮和齿条啮合 （3）基准蜗杆齿形角：阿基米德蜗杆（ZA）: 延伸渐开线蜗杆（ZN）: 渐开线蜗杆（ZI）: 法面齿形角与轴面齿形角间关系：中间平面蜗轮蜗杆啮合关系2、蜗杆分圆直径直径：（直径系数：）分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆相同（相差仅径向间隙）。因此，对应同一模数, 由于齿数或导程角不同, 刀具直径不同, 即理论上同一模数对应无数把刀 。*为限制滚刀数目, 国家标准规定每一个模数对应有限个值。（P143表62-2）3、齿数（P143表6-3）按传动比与效率要求选定机构紧凑，加工方便，i大,效率低：效率高、蜗杆加工困难 原则：要求传动比大时，取小的z1（避免z2大，蜗轮太大）； 要求传递功率大，效率高时，取大的z1（避免功率损失大，发热量大）=1，2，4，6（易于分度）=2781z1=2时，27 啮合区减小；80 d2不变时，z2 ,m,齿根弯曲强度低m不变时，z2 ，d2，蜗杆支撑跨距大，刚度低）设计时参考 表6-3选取4、主要尺寸 蜗杆 蜗轮 （，） （取标准值）二、蜗杆传动变位1、变位目的：(1)凑中距 (2)提高承载能力和传动效率2、变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变； 3、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合 蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合4、变位系数：中心距 变位系数 蜗杆传动变位图6-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料一、 效形式和设计准则1、 蜗杆：齿的强度较高，仅计算蜗杆轴的强度和刚度计算2、 蜗轮：闭式传动：齿面胶合、磨损、点蚀（断齿很少）按齿面接触强度设计（抗点蚀为主，降低许用应力考虑磨损、胶合影响）；校核齿根弯曲强度开式传动：按齿根弯曲强度设计3、热平衡计算：闭式蜗杆传动校核热平衡二、 杆的常用材料要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力蜗杆：高速重载合金钢渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度5862HRC表面淬火(45，40Cr，40CrNi) 、硬度4550HRC一般低速重载碳钢(40，45)调质，硬度200300HBS蜗轮：锡青铜(ZCuSn10Pb1 、ZcuSn5Pb5Zn5)，耐磨好，价格高，用于3 m/s的传动铝青铜(ZCuAl19Mn2、ZCuAl10Fe3)，耐磨差，强度高，价格低，用于4 m/s的传动铸铁 ，耐磨差，强度低，价格最低，用于2 m/s的传动，有自锁要求时6-4蜗杆传动的受力分析、转向判定及滑动速度一、 受力分析数值：蜗轮扭矩：方向：指向各自的轮心 主动轮左旋（右旋）用左手（右手），四指握指蜗杆回转方向，拇指指向为蜗杆轴向力方向关系： ，二、 转向判定1、圆周力2、主动轮左右手定则三、 滑动速度 m/s（vs大，发热量大，易磨损、胶合）6-5 蜗杆传动承载能力计算一、 计算载荷二、 蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮的计算方法推导整理）（中间平面上，蜗杆蜗轮相当于齿轮齿条啮合，按齿条与蜗轮的当量斜齿轮啮合计算）1、 接触应力计算式（1）（2）接触线长（3）（4）（钢蜗杆铜蜗轮或铸铁蜗轮）（5）接触应力2、接触强度条件式校核式： 设计式： 式中：三、蜗轮齿根弯曲强度计算（视蜗轮为斜齿轮，按斜齿轮的计算方法近似计算）验算式：设计式： mm3四、蜗杆轴的刚度计算Ft1蜗杆的圆周力Fr1蜗杆的径向力L 蜗杆轴支撑跨距，初步计算可取L=0.9d2y 许用挠度，y=d1/1000,mm6-6 蜗杆传动的效率与热平衡计算1、闭式蜗杆传动效率总效率：2、热平衡计算（连续工作的闭式蜗杆传动）发热功率： 散热功率： 热平衡条件： 式中: 油温 环境温度 输入功率 散热系数 散热面积，内表面浸油或被溅油，外表面与流通空气接触的箱体外表面积 油的允许温度 (7585)3、若应采取的