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第六章蜗杆传动 东北大学机械工程与自动化学院巩云鹏 目录 6 1蜗杆传动的特点和类型 6 2蜗杆传动的主要参数与几何尺寸 6 3蜗杆传动的失效形式 设计准则 常用材料 6 4蜗杆传动的受力分析 转向判定与滑动速度 6 5蜗杆传动的承载能力计算 6 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 6 1蜗杆传动的特点和类型 一 特点 3 传动比大 准确恒定 一般i 5 80 2 重合度大 传动平稳 噪声低 连续啮合 6 齿面间滑动速度大 发热磨损大 需热平衡计算 5 可实现自锁 效率低于40 4 传动效率低 z1 1 0 7 0 75 z1 2 0 75 0 82 7 技术数据 n1 4000r min v1 69m s P 1000kW T2 700kNm 1 传递空间交错轴间运动与动力常用 二 类型 6 1蜗杆传动的特点和类型 6 1蜗杆传动的特点和类型 齿型 轴垂面 阿基米德螺线轴面 直廓 x1 20 直齿条齿廓 特点 加工方便 应用广 不能磨削 精度低 加工 直刃车刀 切削刃过轴线 6 1蜗杆传动的特点和类型 加工 两把梯形直刃刀加工 切削刃面与蜗杆基圆柱相切 齿形 轴垂面 渐开线 轴剖面 凸齿廓基圆柱切面 直齿廓 特点 可滚切 磨削 制造精度高 6 1蜗杆传动的特点和类型 加工 直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内 齿形 蜗杆 轴垂面 延伸渐开线 轴剖面 凸齿廓法面 直廓 齿形角 n 20 特点 可车 指状铣刀 盘铣刀加工 磨削困难 6 1蜗杆传动的特点和类型 加工 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 近似阿基米德螺线轴剖面 凹齿廓齿法面 凸齿廓特点 不能车 可铣 可磨获得高精度 应用广泛 6 1蜗杆传动的特点和类型 加工 凸圆弧车刀车削加工齿形 蜗杆轴剖面 凹圆弧蜗轮端面齿廓 凸圆弧特点 凸凹接触高承载 普蜗50 高效90 应用广泛 6 1蜗杆传动的特点和类型 结构不对称 正反向受力 承载 效率不同 三 精度等级 6 2蜗杆传动的特点和类型 1 精度等级 GB10095 88规定 1 12级 12级最低 2 精度选择 传动功率 使用条件 蜗轮圆周速度 表6 1 6 2蜗杆传动的主要参数和尺寸 一 主要参数与选择 1 模数m和齿形角 1 中间平面 过蜗杆轴线 垂直蜗轮轴线的平面px1 pt2 2 啮合关系 齿条 齿轮啮合mx1 mt2 m ax1 at2 a 2 1 3 基准蜗杆齿形角 阿基米德蜗杆 ZA ax1 20 渐开线蜗杆 ZI an1 20 延伸渐开线蜗杆 ZN an1 20 法面与轴面齿形角的关系 6 2蜗杆传动的主要参数和尺寸 一 主要参数与选择 2 蜗杆的分度圆直径d1 限制d1的目的 为了限制滚刀的数目蜗轮滚刀的形状 尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同 半径相差径向间隙 标准规定每一模数 仅对应有限数目的标准蜗杆分度圆直径d1 蜗杆模数与分度圆直径 6 2蜗杆传动的主要参数和尺寸 一 主要参数与选择 3 蜗杆的头数z1 z2 按传动比与效率要求选定表6 3 选取原则 1 i大 取z1小 避免z2过大 蜗轮尺寸大 蜗杆支撑跨距大 z1小 机构紧凑 加工方便 效率较低 z1大 效率越高 加工困难 通常蜗杆头数取为1 2 4 6 2 传递功率大 选大z1 效率高 避免发热 减低功率损失 3 z1 1 2 4 6 4 z2 27 80 z2 27接触线长稳定 两对齿啮合 6 2蜗杆传动的主要参数和尺寸 一 主要参数与选择 4 主要尺寸 蜗杆蜗轮 标准中心距系列 括号内数字尽可能不用 40 50 63 80 100 125 160 180 200 225 280 315 355 400 450 500 参数选择小结 二 蜗杆传动变位 6 2蜗杆传动的主要参数与几何尺寸 2 变位特点 刀具相对蜗轮轮坯径向移动 刀具参数不变 4 变位系数 中心距变位系数 1 变位目的 1 凑中距 2 提高承载能力和传动效率 蜗杆传动变位特点 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 6 3蜗杆传动的失效形式 设计准则 常用材料 一 失效形式与设计准则 1 蜗杆 蜗杆轴强度 刚度不足 蜗杆连续螺旋齿 强度高 很少失效 2 蜗轮 胶合 点蚀 磨损 条件性设计 1 闭式传动 按接触强度设计 降低许用应力考虑磨损 胶合 校核弯曲强度 2 开式传动 磨损 断齿 按弯曲强度设计 3 系统过热 热平衡计算 闭式蜗杆 1 失效形式 2 设计准则 二 常用材料 要求 强度足够 良好的减摩性 耐磨性 抗胶合能力 6 3蜗杆传动的失效形式 设计准则 常用材料 蜗轮材料 锡青铜 ZCuSn10Pb1等 耐磨好 价格高 用于VS 3m s铝青铜 ZCuAl19Mn2等 耐磨差 强度高 价格低VS 2m s铸铁 耐磨差 强度低 价格低 有自锁要求传动 蜗杆材料 高速重载 合金钢渗碳淬火 15Cr 20Cr 20CrMnTi 硬度58 62HRC表面淬火 45 40Cr 40CrNi 硬度45 50HRC一般低速中载 碳钢 40 45 调质 硬度200 300HBS 一 轮齿受力分析 6 4蜗杆传动受力分析和载荷计算 1 大小与相互关系 3 转向判定 6 4蜗杆传动受力分析和载荷计算 6 4蜗杆传动受力分析与载荷计算 二 载荷计算 6 5蜗杆传动承载能力计算 一 蜗轮齿面接触强度计算 按齿轮方法推导 1 计算模型 中间平面 齿条与齿轮啮合 斜齿 2 接触应力计算 6 5蜗杆传动承载能力计算 一 蜗轮齿面接触强度计算 按齿轮方法推导 2 接触应力计算 6 5蜗杆传动承载能力计算 6 5蜗杆传动承载能力计算 蜗轮材料的基本许用接触应力表6 7 铝铁青铜 灰铸铁 强度高 抗点蚀 易胶合 磨损失效 H 与速度有关 由表中直接选取 ZN 1 锡青铜 抗胶合能力强 易点蚀 H 与寿命有关 需要计入寿命影响 6 5蜗杆传动承载能力计算 二 蜗轮齿根弯强度计算 按斜齿轮近似计算 1 计算模型 按斜齿轮近似计算 2 弯强度计算式 6 5蜗杆传动承载能力计算 三 蜗杆刚度计算 略 1 闭式蜗杆传动效率 四 蜗杆传动效率与热平衡计算 1 2 3 1 1 啮合效率 v 当量摩擦角 根据滑动速度vs选取 p194表6 10 蜗杆分度圆导程角 d1 蜗杆分度圆直径 n1 蜗杆的转速r min 6 5蜗杆传动承载能力计算 z1 1 z1 2 z1 4z1 6 0 7 0 8 0 9 0 95 估算总效率 1 2 3 2 蜗杆传动润滑 目的 提高效率 控制温升 减少磨损 避免胶合 润滑油 高粘矿物油 重载频繁启动蜗杆 加抗磨 抗胶合添加剂 润滑方式选择 表6 11蜗杆传动的润滑方式 6 5蜗杆传动承载能力计算 润滑油粘度 按力 速度因子 H v1查图6 16定油粘度润滑油牌号 查表6 12润滑油油量 下置 侧置蜗杆 浸油深一个蜗杆齿高上置蜗杆 浸油深1 3蜗轮外径 6 5蜗杆传动承载能力计算 3 闭式蜗杆热平衡计算 6 5蜗杆传动承载能力计算 4 蜗杆传动散热措施 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流通 6 5蜗杆传动承载能力计算 4 蜗杆传动散热措施 3 加冷却管路或压力喷油循环润滑冷却 传动箱内装循环冷却管路 传动箱外装循环冷却器 6 6蜗轮蜗杆结构 一 蜗杆的结构 蜗杆螺旋部分的直径不大 所以常和轴做成一个整体 当蜗杆螺旋部分的直径较大时 可以将轴与蜗杆分开制作 无退刀槽 加工螺旋部分时只能用铣制的办法 有退刀槽 螺旋部分可用车制 也可用铣制加工 但该结构的刚度较前一种差 6 6蜗轮蜗杆结构 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2 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 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 本章小结 1 蜗轮蜗杆传动的特点与应用2 主要参数及尺寸计算 m z1 z2 d1 d2 a x2 3 正确啮合条件4 蜗杆传动变为特点5 失效形式与设计准则6 受力分析7 了解承载能力计算式及其简化过程8 热平衡计算及提高散热能力的措施 本章结束