机械设计第八版课件(高等教育出版社)

1、第九章 蜗杆传动 9-1 概 述 9-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸 9-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 9-5 蜗杆传动的承载能力计算 9-6 圆弧圆柱蜗杆传动简介 9-4 蜗杆传动的受力分析、效率和润滑 主讲主讲：胡昌军胡昌军 主讲主讲：胡昌军胡昌军 9-1概述 蜗杆传动用于传递两交错轴之间的运动和动力。交错角一般为90。 9-1 概 述 1）传动比大，一般 i =1080，最大可达1000； 2）重合度大，传动平稳，噪声低； 4）齿面的相对滑动速度大，效率低； 主要用于中小功率，间断工作的场合。 广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。 （虚拟现实中的蜗杆传动） 一、蜗杆传动的特点：

2、 3）结构紧凑，可实现反行程自锁； 二、蜗杆传动的类型 主讲主讲：胡昌军胡昌军 其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 加工出的蜗杆的齿廓形状不同。 蜗杆传动的类型 蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳； 齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高； 重合度大；承载能力和效率较高。 阿基米德蜗杆（ ZA蜗杆）（图92a） 渐开线蜗杆 （ZI蜗杆）（图92b） 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）（图92c） 普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 （图91a） （图91b） （图91c） 本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。 三、蜗杆传动

3、的精度等级 分为12个精度等级，常用59级，精度等级的选择参见表91。 蜗杆传动概述 主讲主讲：胡昌军胡昌军 普通圆柱蜗杆传动的三种类型 蜗杆传动的类型2 主讲主讲：胡昌军胡昌军 9-2蜗杆传动的参数与 尺寸1 9-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸 1. 模数 m 和齿形角 a 在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值。 2. 蜗杆分度圆直径 d1 和直径系数 q 蜗杆分度圆直径 d1 为标准值，见表92。 详细内容 主平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。 是蜗杆的轴面 是蜗轮的端面 ZA蜗杆传动在主平面内，相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。 蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在主平面内确定。 即

4、 mx1= mt2 = m 即：q = d1md1与模数 m 的比值称为蜗杆直径系数 q。 阿基米德蜗杆的轴面齿形角 x120 法向直廓蜗杆的法向齿形角 n120 d1 = q m 是导出值 一、蜗杆传动的主要参数 主平面 （见表92） 主讲主讲：胡昌军胡昌军 （Z1与Z2的荐用值表） (蜗杆头数与传动效率关系) 蜗杆传动的参数与尺寸2 4. 蜗杆的头数 z1、蜗轮齿数 z2 3. 蜗杆分度圆柱导程角g q z d mz d mz 1 1 1 1 1 tang z1g效率 ，但加工困难。 正确啮合条件： d1(分度圆周长) g m z1m mx1= mt2 12 （蜗轮、蜗杆旋向相同） x1=

5、 t2 z1 传动比 i，但传动效率 。 常取，z11，2，4，6。 可根据传动比选取，见表93。 z2= i z1 。 如 z2 太小，将使传动平稳性变差。如 z2 太大，蜗轮直径 将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 一般 z23280 主要参数与几何尺寸 d1 主讲主讲：胡昌军胡昌军 蜗杆传动的参数与尺寸3 5. 传动比 i 1 2 2 1 z z n n i 6. 中心距 mzqdda)( 2 1 )( 2 1 221 1 2 d d 中心距的常用值见P199。 二、蜗杆传动的变位 变位：即加工蜗轮时，改变刀具的位置。而蜗杆相当于刀具。 故，只是蜗轮变位，而蜗杆不变位。即蜗

6、轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。 但是，变位以后，蜗杆的节圆改变，而蜗轮的节圆永远与分度圆重合。 主要参数与几何尺寸 ( d1= q m z1m) ( d2= z2 m ) (图93) 主讲主讲：胡昌军胡昌军 变位的目的：调整中心距和传动比 调整中心距所需变位系数： m aa zq m a x )( 2 1 2 常取 0.5x0.5 三、蜗杆传动的几何尺寸见表94和图94。 主要参数与几何尺寸 蜗杆传动的参数与尺寸4 主讲主讲：胡昌军胡昌军 适用于齿面滑动速度 较高的传动。 9-3 失效形式、材料和结构 9-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 一、失效形式和设计准则 1. 主要失效形式： 蜗轮齿面的

7、点蚀、胶合、过度磨损和疲劳断齿等。 二、蜗杆传动的常用材料 蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢，见表95。 按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿 根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。 2. 设计准则 闭式传动： 开式传动：通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。 锡青铜： 铝青铜： 灰铸铁： （见表96） 蜗轮常用材料有： s s 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差） s 2 m/s 的场合。 （抗胶合能力强，抗点蚀能力差） 主讲主讲：胡昌军胡昌军 失效形式、材料和结构2 三、蜗杆和蜗轮的结构 由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），图95。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的

8、办法。 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但刚度较前一种差。 虚拟现实中的蜗杆 当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 2. 蜗轮的结构 1. 蜗杆的结构 整体式： 组合式： 用于铸铁蜗轮和小尺寸的青铜蜗轮。 用于大尺寸的青铜蜗轮。 主讲主讲：胡昌军胡昌军 失效形式、材料和结构3 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： 整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮 组合式蜗轮 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 主讲主讲：胡昌军胡昌军 9-

9、4受力分析、效率和润滑 2x F 一、蜗杆传动的受力分析 轮齿所受的法向力Fn，可分解为：切向力Ft 、径向力Fr 、轴向力Fx。 蜗杆传动受力方向判断 gacoscos 2 n2 2 n d T F 1 1 21 2 d T FF xt 2 2 21 2 d T FF tx atan t2r2r1 FFF 在不计摩擦力时，有以下关系： 式中： n蜗轮的法向压力角， gaacostantan n T2蜗轮的转矩， 112 iTT 1x F 1x F n F 9-4 蜗杆传动的受力分析、效率和润滑 主讲主讲：胡昌军胡昌军 受力分析练习 蜗杆传动强度计算 2x F 右旋 求蜗杆的旋向？ Fx1 2

10、t F 求蜗杆的转向？ 1x F 练 习 主讲主讲：胡昌军胡昌军 受力分析、效率和润滑2 三、蜗杆传动的效率 321 式中：1啮合效率； 2轴承的效率； 3考虑搅油损耗的效率； 二、相对滑动速度： 2 2 2 1 21 sincos s gg 蜗杆传动的受力分析、效率和润滑 主讲主讲：胡昌军胡昌军 四、蜗杆传动的润滑 目的：减摩、散热。 润滑油粘度及给油方式 润滑油 一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法，见表910。 详细介绍 蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。给油方法： 油池润滑： 喷油润滑 蜗杆传动的受力分析、效率和润滑

11、)tan( tan 1 g g )tan 1 1 ( d mz g Z1 啮合效率1与蜗杆头数 z1 的近似关系见表99。 式中：g蜗杆的导程角； 当量摩擦角，见表98。滑动速度，则 为什么？ 受力分析、效率和润滑3 主讲主讲：胡昌军胡昌军 9-5蜗杆传动的承载能 力计算1 一、蜗轮齿面的接触疲劳强度计算 目的：防止“点蚀”和“胶合”失效。 强度条件： H H 以节点为计算点，计算齿面接触应力 H 。 校核式：gcos 47. 9 2 21 2 dd KT ZE H H 式中：ZE弹性系数，见表86； T2蜗轮的工作转矩（N.mm)； 蜗轮的许用接触应力（MPa)，见表911。 H （917）

12、 K载荷系数， KKKK Av KA工作情况系数，见表97； 动载荷系数，见P205； v K 齿向载荷分布系数，见P205； K 9-5 蜗杆传动的承载能力计算 主讲主讲：胡昌军胡昌军 承载能力计算2 设计式：qm 3 2 2 2 cos47.9 H E z Z KT g （918） 注：1）gcos47.9 的值根据 z1 查表912。 将 d1mq 和 d2mz2 代入校核式整理得 2）设计中，根据由上式计算的 值，查表92确定标准的m和q。qm 3 蜗杆传动的承载能力计算 主讲主讲：胡昌军胡昌军 蜗轮的齿根弯曲疲 劳强度计算 二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 目的：防止“疲劳断齿”。 强度

13、条件： F F 校核式： YY mdd KT FF 21 2 64.1 F 式中：YF齿形系数，按当量齿数 查表913。 3 cos z z 螺旋角系数， g Y 140 1 Y 蜗轮的许用弯曲应力（MPa)，见表911 。 F 设计式： qm 3 YY z KT F F2 2 64.1 （920） （921） 注：设计中，根据由上式计算的 值，查表92确定标准的m和q。qm 3 蜗杆传动的承载能力计算 （注： ） 主讲主讲：胡昌军胡昌军 静强度计算和热平衡 四、蜗杆传动的热平衡 由于 低，运转中产生热量多，导致温度升高，破坏润滑状态，从而 使摩擦增大，甚至发生胶合。 为控制温升，需进行热平衡

14、计算。 热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。 蜗杆传动的承载能力计算 三、蜗轮轮齿的静强度计算 对于工作中有短时过载或尖峰载荷的蜗杆传动，需计算其静强度。 静强度计算公式与疲劳强度的相应公式相同，只是许用应力有所不同。 静强度计算的许用应力确定见P120。 主讲主讲：胡昌军胡昌军 热平衡计算2 即 011 11000tthAP 75.1 100 33.0 a A（a传动的中心距） 有散热片时： hA P tt )1 (1000 1 01 油的温升： 6070 h表面传热系数，一般取 h( 12 18 ) W/(m2)； A 箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算， t1润滑油的工作温度()； 通常取 t1 20 式中：P1传动的输入功率（kW)； t0环境温度()。 摩擦产生的热量散发的热量 蜗杆传动的承载能力计算 主讲主讲：胡昌军胡昌军 热平衡计算3 *