蜗杆传动11PPT课件

1、江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制改进措施：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。点接触优点： 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、噪声小。分度机构：i i=1000, =1000, 通常i i=8=810001000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。线接触第1页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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 圆柱蜗杆二、分类锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动

2、蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 环面蜗杆锥蜗杆 锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋形成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。第2页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 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 二、分类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 普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直线刀刃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形

3、状不同。齿面的齿廓形状不同。潘存云教授研制普通圆柱蜗杆第3页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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 二、分类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传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅圆弧圆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是加工用的车刀为圆弧刀刃圆弧刀刃。传动特点：传动特点：1）传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达90%以上；以上；2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.52.5倍；倍；3）结构

4、紧凑。结构紧凑。第4页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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 二、分类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2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)第5页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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 二、分类锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱

5、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潘存云教授研制阿基米德螺线第6页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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 二、分类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 渐开

6、线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)渐开线蜗杆渐开线基圆第7页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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 二、分类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 潘存云教授研制dx延伸渐开线车刀对中齿厚中心法面车刀对中齿厚中心法面法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)第8页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆

7、传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 二、分类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 2车刀对中齿槽中心法面车刀对中齿槽中心法面第9页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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 二、分类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

8、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是一种非线性螺旋齿面蜗杆。是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加工，只能在铣不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，加工时工件作削或磨削，加工时工件作螺旋螺旋运动运动，刀具作，刀具作旋转运动旋转运动。砂轮砂轮第10页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 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 二、分类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

9、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，一般可达传动效率高，一般可达85 % 90%；（2）承载能力高，约为承载能力高，约为阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆的的24倍；倍；（3）要求制造和安装精度高。要求制造和安装精度高。潘存云教授研制环面蜗杆第11页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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 二、分类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

10、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（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，一般为传动比范围大，一般为10360； （3）承载能力和传动效率高；承载能力和传动效率高； （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第12页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制d d蜗杆旋向：蜗杆旋向：左旋、右旋左旋、右旋( (常用常用) )1 11 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

11、级制造：v v1 17.5 m/s 77.5 m/s 7级精度级精度v v1 1 3 m/s 8 3 m/s 8级精度级精度v v1 11.5 m/s 912 12 m/s m/s时 ZCuSn10P1ZCuSn10P1锡青铜制造。vS S 12 12 m/s m/s时 ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜vS S 6 6 m/sm/s时 ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3铝青铜。vS S 2 2 m/sm/s时球墨铸铁、灰铸铁。13-3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

12、常用材料二、蜗杆传动的常用材料 第21页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 三、蜗杆传动的设计准则三、蜗杆传动的设计准则 * 蜗杆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，应进行为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行* 传动系统的热平衡计算传动系统的热平衡计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行为了防止过热引起的失效，就要进行为了防止过热引起的失效，就要进行 第22页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授

13、潘存云教授研制蜗杆的结构蜗杆的结构: 通常与轴制成一体通常与轴制成一体z1=1或2时：b1 (11+0.06z2)mz1= 4时: b1 (12.5+0.09z2)mb1 蜗杆轴蜗杆轴蜗杆长度b1的确定：(1)无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。(2) 有退刀槽：加工螺旋部分时可用车制的办法。潘存云教授研制潘存云教授研制四、圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计四、圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计第23页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制蜗轮齿宽角 90130 轮圈厚度 C 1.6m+1.5 mm轮缘宽度B 0.75da 0.67 da

14、 蜗轮顶圆直径de2 da2 +2m da2 +1.5m da2 +2m 蜗杆头数Z11 2 4蜗轮的常用结构蜗轮的常用结构整体式整体式组合式组合式过盈配合过盈配合de2de2de2de2BBBBccc组合式组合式螺栓联接螺栓联接组合式铸造组合式铸造骑缝螺钉48个，孔心向硬边偏移=23mm潘存云教授研制第24页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解为三个分力：圆周力Ft轴向力Fa径向力Fr且有如下关系：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / / d1 =2T2 / / d2

15、 = Ft2 tan式中T1 、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2= T1 i 113-4蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析第25页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速 度vp2p2的方向与拇指指向相同。蜗轮由蜗杆推动，所受切向力与速度方向一致，正确判别蜗轮的转向，对进行力分析至关重要。左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。作者：潘存云教授设计：潘存云设计：潘存云1 11 112p12p2 22 2v2v2Ft2Fa1Ft2Fa1蜗轮的转向可用手势判别：模型验证第26页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教

16、授 潘存云教授研制潘存云教授研制蜗杆传动受力方向的判定 12pFt2t2Fa1Fr1Fr2r22 2(2)(2)蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且 Ft2=-=-Fa1 ；(4)(4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线， 且 Fr1=-=-Fr2 。(3)(3)蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-=-Fa2 ； (1)(1)蜗杆所受扭矩T T1 1与转动方向1 1一致；T T1 1T T1 111 1Ft1t1Ft1Fa2a2Fa2第27页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 13-5蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算蜗轮齿面的主要失效形式是胶合，其次才是点蚀和磨损，但目

17、前对胶合和磨损的计算还缺乏妥善的方法，因而通常只仿照圆柱齿轮进行H H和F F蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。由于蜗杆传动的失效多发生在蜗轮上，所以只需进行蜗轮轮齿的强度计算，而对蜗杆必要时应进行刚度校核。 一、引言 二、d1/a取值 d1/a H ，蜗杆轴刚度，但效率 d1 ， a 为此，建议在图中中间区域取值为宜。第28页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 齿面接触强度校核公式：L0 KFnH = = ZE Ea3KAT2= = ZE EZ H 由上式可得设计公式：式中T2为蜗轮转矩， KA为使用系数Z接触线长度和

18、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相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。a KAT2 H ZE EZ23 H 许用接触应力三、蜗轮齿面接触强度ZE为弹性系数minHlimHHhnSZZZn为转速系数Zh为寿命系数第29页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制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ZZC蜗杆使用系数KA工作类型 I II III I II III 载荷性质 均匀、无冲击 不均匀、小冲击 不均匀、大冲击 每小

19、时启动次数 25 2550 50 50 起动载荷 小 较 大 大 KA 1 1.15 1.2 1 1.15 1.2 ZA,ZI,ZN,ZK蜗杆第30页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 四、蜗轮齿根弯曲强度计算 2F222FdmbTKA校核计算 b b2 2 为蜗轮宽度 F F 许用弯曲应力；FminFlimFSd d2 2 为蜗轮直径五、蜗轮传动设计的几何计算计算出a,a,圆整d d1 1=d=d1 1/a/aa a或d d1 10.68a0.68a0.8750.875m= =（1.41.41.7)a/Z1.7)a/Z2 2Z Z1 1= =（7+2.4 )/u7+2.4 )/u

20、aZ2=uZ1其中d d1 1, ,m均取标准值， Z Z1 1和Z Z2 2应为整数第31页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 一、蜗杆传动的效率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。=（0.950.96）tan(tan(+v v ) )tantan 蜗杆主动时，总效率计算公式为蜗杆主动时，总效率计算公式为式中: :为蜗杆导程角; ; v v称为当量摩擦角，称为当量摩擦角， v v=tan-1 f v vf v v为当量摩擦系数为当量摩擦系数 ， 13-6蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 Z1效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗

21、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 tan tan1 1 =Z1 /q v v， f v v取值见下页表取值见下页表 第32页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制3.00 0.028 1360.035 2 0.045 235 4.00 0.024 1220.031 1470.04 217 5.00 0.022 1160.029 1400.035 2 8.00 0.018 1020.026 1290.03 143 10.0 0.016 0550.024 122 15.0 0.014 0480.020 109

22、 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 蜗轮材料蜗轮材料 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 其它其它 滑动速度滑动速度 fv v v v fv v v v fv v v v fv v v v fv v v v 0.01 0.11 6 170.12 651 0.18 10120.18 10120.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 343 0.0

23、9 509 0.09 509 0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 509 2.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs /(m/s)第33页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制蜗杆加工困难 过大当当 28 时，效率增加很少。当当 v v 时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。50%=（0.950.96）tan(tan(+v v ) )tantan 分析分析上述公式不直观，工程上常用以下估计值。闭式传动：闭式传动：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1

24、=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/(%) 在=45=45- -/2 /2 处效率曲线有极大值。f v v =tan=tanv v =0.12 =0.12对动力传动，宜采用多头蜗杆自锁极限一般取一般取 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/cSt（40 ）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

25、给油方法 油池润滑油池润滑 喷油润滑喷油润滑或或 油池润滑油池润滑 喷油压力喷油压力 MPa 0.7 2 3 表表11-5蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高一个齿高。当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。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。ra/3 一一个个齿齿高高第36页/共40页江苏科技大学专用 作者： 潘存云教授 三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平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由热平衡条件由热平衡条件HH1 1= = HH2, 2, 得：得：t1 = t0 + w w A A10001000P P1 1(1-(1-) ) 其中其中P P1 1 蜗杆传递的功率；蜗杆传