机械设计11蜗杆传动ppt课件

1、 第第11章章 蜗杆传动蜗杆传动11-1 11-1 蜗杆传动概述蜗杆传动概述11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型11-3 11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸11-4 11-4 普通蜗杆传动的承载才干计算普通蜗杆传动的承载才干计算11-6 11-6 圆柱蜗杆与蜗轮的构造设计圆柱蜗杆与蜗轮的构造设计11-5 11-5 蜗杆传动的效率、光滑和热平衡计蜗杆传动的效率、光滑和热平衡计算算11-1 11-1 蜗杆传动蜗杆传动 概述概述 作用：作用： 用于传送交错轴之间的回转运动和动力。用于传送交错轴之间的回转运动和动力。 蜗杆自动、蜗轮从动。蜗杆自动、蜗轮从动。9090

2、构成：假设单个斜齿轮的齿数很少如构成：假设单个斜齿轮的齿数很少如z1=1而且而且1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完好的螺旋。很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完好的螺旋。111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222蜗轮蜗轮改良措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，改良措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮， 所得蜗轮蜗杆为线接触。所得蜗轮蜗杆为线接触。点接触点接触优点：优点： 传动比大、构造紧凑、传动平稳、噪声小。传动比大、构造紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：分度机构：i=1000, i=1000, 通常通常i=880i=880缺

3、陷：缺陷： 传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，本钱传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，本钱高。高。线接触线接触类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆圆柱蜗杆11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆 锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋构成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆类似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗

4、杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿面普通是在车床上用直线刀刃普通圆柱蜗杆的齿面普通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，加工出的蜗杆的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓外形不同。齿面的齿廓外形不同。普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆 圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是圆弧圆

5、柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是加工用的车刀为圆弧刀刃。加工用的车刀为圆弧刀刃。传动特点：传动特点：1传动效率高，普通可达传动效率高，普通可达90%以上；以上；2承载才干高，约为普通圆柱蜗杆的承载才干高，约为普通圆柱蜗杆的1.52.5倍；倍；3构造紧凑。构造紧凑。类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德螺线阿基米德螺线2

6、阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆单刀加工单刀加工阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆双刀加工双刀加工阿基米德螺线阿基米德螺线类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动

7、 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)渐开线蜗杆渐开线蜗杆渐开线渐开线基圆基圆类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 dx延伸渐开线延伸渐开线车刀对中齿厚中心法面车刀对中

8、齿厚中心法面法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN) dx延伸渐开线延伸渐开线2车刀对中齿槽中心法面车刀对中齿槽中心法面类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传

9、动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(ZK)2近似于阿基米德螺线近似于阿基米德螺线是一种非线性螺旋齿面是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加蜗杆。不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，工，只能在铣削或磨削，加工时工件作螺旋运动，加工时工件作螺旋运动，刀具作旋转运动。刀具作旋转运动。砂轮砂轮类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动

10、 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 环面蜗杆传动特点：环面蜗杆传动特点： 1传动效率高，普通可达传动效率高，普通可达8590%；2承载才干高，约为阿基米德蜗杆的承载才干高，约为阿基米德蜗杆的24倍；倍；3要求制造和安装精度高。要求制造和安装精度高。环面蜗杆环面蜗杆类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗

11、杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 锥蜗杆传动特点：锥蜗杆传动特点： 锥蜗杆锥蜗杆1同时接触的点数较多，重合度大；同时接触的点数较多，重合度大； 2传动比范围大，普通为传动比范围大，普通为10360； 3承载才干和传动效率高；承载才干和传动效率高； 4制造安装简便，工艺性好。制造安装简便，工艺性好。 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆最常用最常用d d蜗杆旋向：左旋、右旋蜗杆旋向：左旋、右旋( (常用常用) )1111精度等级：精度等级：对于普通动力传动，按如下等级制造：对于普通动力传动，按如下等级制造：v17.5 m/s -7v17.5 m/s -7级精度；级精度

12、；v1 3 m/s -8v1 3 m/s -8级精度；级精度；v11.5 m/s -9v112 m/s vS 12 m/s时时 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1锡青铜制造。锡青铜制造。vS 12 m/s时时 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜锡青铜vS 6 m/s时时 ZCuAl10Fe3铝青铜。铝青铜。vS 2 m/s时时球墨铸铁、灰铸铁。球墨铸铁、灰铸铁。11-4 11-4 普通蜗杆传动的承载才干计算普通蜗杆传动的承载才干计算蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发热严重和磨损加剧。二、蜗杆传动的常用资料二、蜗杆传动的常用资料 三、蜗杆传动的设计准那么三、蜗杆传动的设计准那么 * 蜗杆

13、的刚度计算蜗杆的刚度计算 * 蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算* 蜗轮的齿面接触疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进展：为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进展：* 传动系统的热平衡计算传动系统的热平衡计算 为了防止蜗杆刚度缺乏引起的失效，应进展：为了防止蜗杆刚度缺乏引起的失效，应进展：为了防止过热引起的失效，就要进展：为了防止过热引起的失效，就要进展： 四、圆柱蜗杆传动的受力分析四、圆柱蜗杆传动的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa122法向力可分解为三个分力：法向力可分解为三个分力：圆周力：圆周力：FtFt轴向力：轴向力：FaF

14、a径向力：径向力：FrFr且有如下关系：且有如下关系：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / d1 =2T2 / d2 = Ft2 tg式中：式中：T1 、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2= T1 i 22111p212p由相对运动原理可知由相对运动原理可知: :v2 = v1 + vS 齿面间滑动速度齿面间滑动速度vSvS= 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: :v22222CW蜗轮转向确实定蜗轮转向确实定 vSttv1v21

15、11112p12p右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，那么蜗轮右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，那么蜗轮的的 切向速切向速 度度vp2的方向与拇指指向一样。的方向与拇指指向一样。用手势确定蜗轮的转向：用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：用右手判别，方法一样。左旋蜗杆：用右手判别，方法一样。2222v2v2蜗轮的转向蜗轮的转向因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种适用且简便的转向判别方法：ar1r2蜗杆传动受力方向的断定蜗杆传动受力方向的断定 12pFt2Fa1Fr1Fr2222)2)蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且 Ft2=- Ft2=-Fa1 Fa1 ；4)4

16、)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线， 且且 Ft1=-Fa2 Ft1=-Fa2 ； ；3)3)蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2 Ft1=-Fa2 ； 1)1)蜗杆所受扭矩蜗杆所受扭矩T1T1与转动方向与转动方向11一致；一致；T1T1T1T11111Ft1Ft1Fa2Fa2五、五、 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算齿面接触强度校核公式：齿面接触强度校核公式：L0 KFnH = ZEa3KT2= ZEZ = ZEZ H H 由上式可得设计公式：由上式可得设计公式：式中式中K K为载荷系数，取：

17、为载荷系数，取：K = KA Kv K K = KA Kv K Z- Z- 接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮类似，仍以赫兹公式为根底。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。222121211111EEbFnH赫兹公式赫兹公式: a KT2H H ZEZZEZ23H -H -许用接触应力按下表选取。许用接触应力按下表选取。1接触强度接触强度 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影响系数影响系数ZZZC蜗杆蜗杆运用系数运用系

18、数KAKA任务类型任务类型 I II III I II III 载荷性质载荷性质 均匀、无冲击均匀、无冲击 不均匀、小冲击不均匀、小冲击 不均匀、大冲击不均匀、大冲击 每小时启动次数每小时启动次数 50 50 起动载荷起动载荷 小小 较较 大大 大大 KA 1 1.15 1.2 动载系数动载系数Kv Kv ， 当当V2 3 m/s , Kv=11.1 V2 3 m/s , Kv=11.1 当当V23 m/s , Kv=1.11.2 V23 m/s , Kv=1.11.2 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K K ，当载荷平稳时，当载荷平稳时 , ,取取K =1 K =1 当载荷变化时当载荷变化时

19、 , ,取取K =1.11.3 K =1.11.3 ZA,ZI,ZN,ZK蜗杆蜗杆2蜗轮齿根弯曲强度蜗轮齿根弯曲强度 计算计算 53.12212FFaFYYmddKT校核计算：校核计算： 设计公式：设计公式： 32221253.1mmYYzKTdmFaFF-F-许用弯曲应力；许用弯曲应力；蜗轮的许用弯曲应力蜗轮的许用弯曲应力FF蜗轮资料蜗轮资料 铸造方法铸造方法 铸锡青铜铸锡青铜 砂铸模型砂铸模型 40 2940 29ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 金属模铸造金属模铸造 56 4056 40铸锡锌青铜铸锡锌青铜 砂铸模型砂铸模型 26 2226 22ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn

20、5Pb5Zn5 金属模铸造金属模铸造 32 2632 26铸铝铁青铜铸铝铁青铜 砂铸模型砂铸模型 80 5780 57ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3 金属模铸造金属模铸造 90 6490 64HT150 HT150 砂铸模型砂铸模型 40 2840 28HT200 HT200 砂模铸造砂模铸造 48 3448 34灰铸铁灰铸铁单侧任务单侧任务 双侧任务双侧任务0F0F -1F -1F2蜗轮齿根弯曲强度蜗轮齿根弯曲强度 计算计算 53.12212FFaFYYmddKT校核计算：校核计算： 设计公式：设计公式： 32221253.1mmYYzKTdmFaFYFa2 -YFa2 -为蜗轮

21、齿形系数，按当量齿数以及蜗为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮轮 变位系数选取变位系数选取, ,详见下页线图。详见下页线图。Y -Y -为螺旋角影响系数，为螺旋角影响系数， Y =1- Y =1-/140/140F-F-许用弯曲应力；许用弯曲应力；3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.710 11 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 80 100 400 Z

22、v 蜗轮的齿形系数蜗轮的齿形系数YFa2x2=-0.5-0.3-0.20.30.20.10.40.50.70.80.90.6-0.3-0.3-0.4-0.4x=1x2=0实际根切极限实际根切极限齿顶变尖极限齿顶变尖极限一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。=0.950.96tg(+v )tg(+v )tg tg 蜗杆自动时，总效率计算公式为：蜗杆自动时，总效率计算公式为：式中式中: :为蜗杆导程角为蜗杆导程角; ; vv称为当量摩擦角，称为当量摩擦角， v=arctg f v v=arctg f vf v为当

23、量摩擦系数为当量摩擦系数 ， 11-5 11-5 蜗杆传动的效率、光滑和热平衡计蜗杆传动的效率、光滑和热平衡计算算 Z1效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头数蜗杆头数Z1 总总 效效 率率 0.70 0.80 0.90 0.95 tg1 =Z1 /q tg1 =Z1 /q vv， f v f v取值见下页表取值见下页表 3.00 0.028 136 0.035 2 0.045 235 4.00 0.024 122 0.031 147 0.04 217 5.00 0.022 116 0.029 140 0.035 2 8.00 0.018 102 0.026 129 0

24、.03 143 10.0 0.016 055 0.024 122 15.0 0.014 048 0.020 109 24.0 0.013 045当量摩擦系数和当量摩擦角当量摩擦系数和当量摩擦角 蜗轮资料蜗轮资料 锡青铜锡青铜 无锡青铜无锡青铜 灰铸铁灰铸铁 蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度 HRC45 其他情况其他情况 HRC45 HRC45 其他其他 滑动速度滑动速度 fv v fv v fv v fv v fv v 0.01 0.11 6 17 0.12 651 0.18 1012 0.18 1012 0.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 7

25、58 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 343 0.09 509 0.09 509 0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 5092.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs m/s 蜗杆加工困难蜗杆加工困难 过大过大当当 28 28 时，效率时，效率 添加很少。添加很少。当当 v v 时，蜗杆具有自时，蜗杆具有自锁性，但效率锁性，但效率 很低。很低。50%50%=0.950.96tg(+v )tg(+v )tg tg 分析：分析：上述公式不直观，工程上常用以下估计值。闭

26、式传动：闭式传动：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1=4 =0.870.92z1=1、2 =0.600.70开式传动：开式传动：0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率% 在在=45=45-/2 /2 处效率曲线有极大值。处效率曲线有极大值。f v =tgv =0.12对动力传动，宜采用多头蜗杆对动力传动，宜采用多头蜗杆自锁极限自锁极限普通取：普通取： 25 510 1015 1525 25 载荷类型载荷类型 重重 重重 中中 不限不限不限不限 不限不限不限不限900 500 350 220 150 100 80 运动粘度运动粘度 v/cSt4

27、0 蜗杆传动的相对滑动蜗杆传动的相对滑动速度速度vs/(m/s)给油方法给油方法 油池光滑油池光滑 喷油光滑喷油光滑或或 油池光滑油池光滑 喷油压力喷油压力 MPa 0.7 2 3 表表11-21 蜗杆传动的光滑油粘度荐用值及给油方法蜗杆传动的光滑油粘度荐用值及给油方法当当vs 510 m/svs 510 m/s时，采用油池浸油光滑。为了减少搅时，采用油池浸油光滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高。油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高。当当vs 1015 m/svs 1015 m/s时，采用压力喷油光滑。时，采用压力喷油光滑。当当v1 4 m/sv1 4 m/s时

28、，采用蜗杆在上的构造。时，采用蜗杆在上的构造。ra/3 一一个个齿齿高高三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低，发热量大，假设不及时散热，会引起箱体内，油温升高，光滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此，对延续任务的闭式蜗杆传动必需进展热平衡计算由热平衡条件：由热平衡条件：H1= H2, H1= H2, 得：得：ta = ta + ta = ta + d Sd S1000P1(1-) 1000P1(1-) 其中：其中：P1-P1-蜗杆传送的功率；蜗杆传送的功率；d-d-外表散热系数；普通取：外表散热系数；普通取：d=8.1517.45 d=8.1517.45 W/(m2 )W/(m2 )S-S-散热面积散热面积, m2, , m2,