第十讲 蜗杆传动.ppt

机械设计基础（II）,第十讲蜗杆传动,机电工程学院任海涛renhaitao,121蜗杆传动的特点和类型,第十二章蜗杆传动,122圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,概述,123蜗杆传动的失效形式、材料和结构,125圆柱蜗杆传动的强度计算,126圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,124圆柱蜗杆传动的受力分析,概述,蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，通常两轴交错角=90。,传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。,蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。,12-1蜗杆传动的特点和类型,一、蜗杆传动的特点,二、蜗杆传动的类型,2特点传动比大：一般传动i=780;分度机构可达1000结构紧凑传动平稳，噪声小效率低成本高,1组成和应用通常二轴交角90蜗杆主动，蜗轮被动,蜗杆,蜗轮,一、蜗杆传动的特点,环面蜗杆锥蜗杆,按蜗杆整体形状分：圆柱蜗杆,二、蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,122圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,在中间平面内,1、模数m和压力角,正确啮合条件：,ma1=mt2=m,a1=t2=20,蜗杆轴向模数,蜗轮端面模数,标准模数,蜗杆轴向压力角,蜗轮端面压力角,中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。,a下标表示轴向参数,t下标表示端面参数,旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋,模数,ma1=mt2=m,从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形啮合传动类似于齿轮齿条运动,压力角,GB/T10088-88规定：阿基米德蜗杆：a=20动力传动：a=25分度传动：a=12、15,从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形啮合传动类似于齿轮齿条运动,2分度圆直径,hf,3、蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系,=90时：=,且旋向相同,z1=1、2、4,2、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及传动比i（P184）,i=n1/n2=z2/z1,但z1少，效率低,要得到大传动比时取：z1=1,z1过多,制造困难,为提高效率可取：z11,4、蜗杆直径系数q及导程角,d1=mq,q与导程角之关系：,q=d1/m,蜗杆直径系数：,螺旋线导程,轴向齿距,5中心距,由此可见，vsv1、v2,在节点C处，蜗杆速度为v1，蜗轮速度为v2，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为vs，有：,6、齿面间相对滑动速度vs,12-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,二、蜗杆和蜗轮结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,1、失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损和轮齿断裂等,由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。,材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。,碳素钢45号钢调质或淬火,蜗杆,合金钢20Cr、20CrMnTi、40Cr,铸锡青铜ZCuSn10P1适合高速,蜗轮,铸铝青铜ZCuAl9Fe3低速重载,灰铸铁HT200低速轻载,减摩性好,2、材料选择,二、蜗杆和蜗轮结构,蜗杆结构,蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。,通常为组合式,蜗轮结构,轮齿部分青铜,轮毂部分钢,12-4圆柱蜗杆传动的受力分析,1、确定蜗轮的旋转方向,2、蜗杆与蜗轮作用力判断,1、确定蜗轮的旋转方向,蜗轮的旋转方向与蜗杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。,方法：,左右手定则,左旋蜗杆用左手定则判断,右旋蜗杆用右手定则判断,用右手定则判断,1、四指弯曲与蜗杆转动方向一致。,2、拇指的指向为蜗杆所受轴向力的方向。（涡轮转向与该方向相反）,用左手定则判断,左旋蜗杆,2、蜗杆与蜗轮受力分析,圆周力Ft1,蜗杆传动的受力分析同斜齿轮相似。,齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂直的分力，分别为：,轴向力Fa1,径向力Fr1,蜗杆,蜗轮,圆周力Ft2,轴向力Fa2,径向力Fr2,各力方向：,1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。蜗轮上的圆周力Ft2起驱动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。,2、径向力Fr分别指向各自的圆心。,3、蜗杆轴向力Fa1，按“左、右手定则”来判断。蜗轮轴向力Fa2与蜗杆圆周力Ft1方向相反。,125圆柱蜗杆传动的强度计算,失效形式及设计准则,2设计准则主要考虑蜗轮开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断保证齿根疲劳强度闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核另外，还应作热平衡计算,1失效形式失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断蜗轮轮齿开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断闭式齿轮传动：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,一、齿面接触疲劳强度计算,1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）,2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮,特点：,因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，,其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导,设计公式,说明：,m2d1求出后，查表6-1选择合适的m、d1,如：m2d14800，则m8、d180,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大得多故在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义,校核公式：设计公式：,二、轮齿的弯曲强度,12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率,二、圆柱蜗杆传动的润滑,三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率,=123,与齿轮传动类似：,230.950.97,轮齿啮合的功率损耗,轴承中摩擦损耗,搅动箱体内润滑油的油阻损耗,啮合效率类似于螺旋副：,故：,设计之初，未知，可按z1初选：,z1=1时，=0.70.75,z2=2时，=0.750.82,z2=4时，=0.870.92,当时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低4m/s时蜗杆上置,有利于润滑,避免过大的搅油损失,