专升本机械设计基础第12章蜗轮蜗杆

1、第第12章章 蜗杆传动蜗杆传动 12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构 12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算 设计：潘存云 12-1 蜗杆传动蜗杆传动的特点和类型的特点和类型 作用：作用： 用于传递交错轴之间的回转运动和动力。用于传递交错轴之间的回转运动和动力。 蜗杆主动、蜗轮从动

2、。蜗杆主动、蜗轮从动。9090 形成：形成：若单个斜齿轮的齿数很少若单个斜齿轮的齿数很少（如（如z1=1）而且而且1 1很很 大时，大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。 1 1 1 所得齿轮称为所得齿轮称为: :蜗杆。蜗杆。 而啮合件称为而啮合件称为: :蜗轮。蜗轮。 蜗杆蜗杆 设计：潘存云 2 2 2 蜗轮蜗轮 设计：潘存云 改进措施：改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮， 所得蜗轮蜗杆为所得蜗轮蜗杆为线接触线接触。 点接触点接触 优点：优点： 传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。传动比大、结构紧凑、传动平稳

3、、噪声小。 分度机构：分度机构：i=1000, i=1000, 通常通常i=8i=88080 缺点：缺点： 传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。 线接触线接触 设计：潘存云 设计：潘存云 类型类型 按螺旋面形按螺旋面形 状分：状分： 阿基米德蜗杆、阿基米德蜗杆、 渐开线蜗杆渐开线蜗杆 环面蜗杆环面蜗杆 按形状分有：按形状分有： 圆柱蜗杆圆柱蜗杆 环面蜗杆环面蜗杆 设计：潘存云 设计：潘存云 圆柱蜗杆圆柱蜗杆 渐开线蜗杆渐开线蜗杆 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆 设计：潘存云 阿基米德螺线阿基米德螺线 渐开线渐开线基圆基圆 2 设计：潘存云 d d 蜗杆旋向

4、：蜗杆旋向：左旋、右旋左旋、右旋( (常用常用) ) 1 1 1 1 精度等级：精度等级： 对于一般动力传动，按如下等级制造：对于一般动力传动，按如下等级制造： v1 17.5 m/s -77.5 m/s -7级精度；级精度； v1 1 3 m/s -8 3 m/s -8级精度；级精度； v1 1 1.5 m/s -940 蜗杆头数蜗杆头数z1 4 2 2、1 1 蜗轮齿数蜗轮齿数z2 2852 2854 2880 40 将分度圆柱展开得：将分度圆柱展开得： = z= z1 1 p px1x1/d /d1 1 = mz= mz1 1/d/d1 1 tgtg1 1= =l/d/d1 1 4. 蜗

5、杆的导程角蜗杆的导程角 dd1 1 l p px1 x1 1 1 d d1 1 1 1 1 1 5.5.蜗杆直径系数蜗杆直径系数q 加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相 同，为了同，为了限制滚刀的数量限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只，国标规定分度圆直径只 能取标准值，并与模数相配。能取标准值，并与模数相配。 q 为蜗杆为蜗杆: : 定义：定义： q=d =d1 1/m/m 一般取一般取: : q=8q=81818。 tgtg1 1 = = px z1 / / d1 = = z1 / / q 于是有：于是有： d1 = mq 可由表可由表1

6、2121 1计算得到。计算得到。 直径系数直径系数 见下页 = = mz1 / / d1 m 1 1.25 1.6 2 d1 18 20 22.4 20 28 (18) 22.4 (28) 35.5 m 2.5 3.15 4 d1 (22.4) 28 (35.5) 45 (28) 35.5 (45) 56 (31.5) m 4 5 6.3 d1 40 (50) 71 (40) 50 (63) 90 (50) 63 m 6.3 8 10 d1 (80) 112 (63) 80 (100) 140 (71) 90 表表121 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列

7、 mm 20 q=12.5 28 q=17.5 1.6 设计：潘存云 1 p 2 vS 1 1 1 2 p 由相对运动原理可知由相对运动原理可知: : v2 = v1 + vS 6.6.齿面间滑动速度齿面间滑动速度vS S及蜗轮转向的确定及蜗轮转向的确定 = v1 / cos vS = v2 2+ v1 2 作速度向量图，得作速度向量图，得: : v2 = v1 tg 蜗轮的转向蜗轮的转向: : v2 2 2 2 2 CW t t v1 v2 设计：潘存云 设计：潘存云 1 11 1 1 2 p 1 2 p 右旋蜗杆：右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮

8、的 切向速切向速 度度vp2 p2的方向与拇指指向相同。 的方向与拇指指向相同。 用手势确定蜗轮的转向用手势确定蜗轮的转向： 左旋蜗杆：左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。用右手判断，方法一样。 2 2 2 2 v2 v2 模型验证模型验证 因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一 种实用且简便的转向判别方法： 7.7.中心距中心距 a = r1+r2= m(q +z2)/ /2 a r1 r2 二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算 由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i , z1 z2 计算求得计算求得 m、d1 计算几何尺寸计算几何尺寸 表表

9、 12-3 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 名名 称称 计计 算算 公公 式式 蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高齿顶高 齿根高齿根高 顶圆直径顶圆直径 根圆直径根圆直径 蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙径向间隙 中心距中心距 蜗蜗 杆杆蜗蜗 轮轮 d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px= m c=0.2 m a=0.5(d1 + d2)

10、m=0.5m(q+z2) 12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构 一、一、蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的失效形式及材料选择 主要主要失效形式：失效形式： 胶合、点蚀、磨损。胶合、点蚀、磨损。 材料材料 蜗轮齿圈采用青铜：蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。减摩、耐磨性、抗胶合。 蜗杆采用碳素钢与合金钢：蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。表面光洁、硬度高。 材料牌号选择：材料牌号选择： 高速重载蜗杆：高速重载蜗杆：2020Cr,20CrMnTiCr,20CrMnTi( (渗碳淬火渗碳淬火5662HRC) ) 或或 4040Cr 42SiMn 4

11、5Cr 42SiMn 45 ( (表面淬火表面淬火4555HRC) ) 一般蜗杆：一般蜗杆：40 45 40 45 钢调质处理钢调质处理( (硬度为硬度为220220250HBS) ) 蜗轮材料蜗轮材料： vS S 12 12 m/s m/s时时 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1锡青铜制造。锡青铜制造。 vS S 12 12 m/s m/s时时 ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜锡青铜 vS S 6 6 m/sm/s时时 ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3铝青铜。铝青铜。 vS S 2 45 其他情况其他情况 HRC45 滑动速度滑动速度 vs m/s f

12、f f 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.18 10.2 0.10 0.08 4.57 0.09 5.14 0.13 7.4 0.50 0.055 3.15 0.065 3.72 0.09 5.14 1.00 0.045 2.58 0.055 3.15 0.07 4 2.00 0.035 2 0.045 2.58 0.055 3.15 3.00 0.028 1.6 0.035 2 0.045 2.58 4.00 0.024 1.37 0.031 1.78 0.04 2.29 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03

13、 0.026 1.49 0.03 1.72 10.0 0.016 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74 对动力传动，宜采用多头蜗杆对动力传动，宜采用多头蜗杆 蜗杆加工困难蜗杆加工困难 过大过大 当当 28 时，效率时，效率增加很少。增加很少。 当当 时，蜗杆具有自锁性，但效率时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。很低。 25 2.5512.50.51 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。 当当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。 三、三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平

14、衡计算 由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热， 会引起箱体内，油温升高，润滑失效，导致轮齿磨 损加剧，甚至出现胶合。因此，对连续工作的闭式 蜗杆传动必须进行热平衡计算 对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差： t = i iA A 1000P1000P1 1(1-)tg(1-)tg t t=( t-tt=( t-t0 0 ) )- -温度差；温度差； P P1 1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率； i i-表面散热系数；一般取：表面散热系数；一般取：i i=1017 W/(m2 ) A A-散热面积散热面积, , mm2 2, , 指箱体外壁与空气接触而内壁指箱体外壁与空气接触而内壁 被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其 散热面积按散热面积按50%50%计算。计算。 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 tt-温差许用值，一般取：温差许用值，一般取： tt=6070 要求油温：要求油温： t = t0+ t 90 不能满足要求时，可采取冷却措施：不能满足要求时，可采取冷却措施： 1 1）增加