第六章-蜗杆传动PPT课件

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=580,2、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=0.70.75,z1=2=0.750.82,7、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=2780（z227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VS3m/s铝青铜:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，强度高，价格低VS2m/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5862HRC表面淬火(45，40Cr，40CrNi)、硬度4550HRC一般低速中载碳钢(40，45)调质，硬度200300HBS,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