螺杆传动PPT课件

1、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=88080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37页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 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 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

2、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2页/共37页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 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

3、；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）结构紧凑。结构紧凑。第3页/共37页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 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4页/共37页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

4、传动 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潘存云教授研制阿基米德螺线第5页/共37页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 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

5、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)渐开线蜗杆渐开线基圆第6页/共37页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 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 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7页/共37页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

6、柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 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 2车刀对中齿槽中心法面车刀对中齿槽中心法面第8页/共37页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 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

7、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9页/共37页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 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

8、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10页/共37页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 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

9、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11页/共37页潘存云教授研制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，按如下等级制造：v v1 17.5 m/s 77.5 m/s 7级精度级精度v v1 1

10、 3 m/s 8 3 m/s 8级精度级精度v v1 11.5 m/s 91.5 m/s 9级精度级精度判定方法：判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。第12页/共37页潘存云教授研制潘存云教授研制中间平面1. 正确啮合条件中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：mt2t2=ma1a1=m ，t2 =a1= 取标准值在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。一、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数213.2蜗杆传动的参数与尺寸蜗杆传动的参数与尺寸第13页/共37页ZA蜗杆： a=20轴向模数m取标准值，与齿轮

11、模数系列不同。第一系列1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40第二系列1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14蜗杆模数m值 GBGB-100881008888882. 模数m和压力角 压力角ZN蜗杆： n=20法向ZI蜗杆： n=20ZK蜗杆： n=20轴向压力角与法向压力角之间的关系：推导过程见机械原理斜齿条 tann=tann /cos第14页/共37页潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d d1 1只能取标准值。蜗轮蜗杆轮

12、齿旋向相同.若 9090 1 12 21 1 1 1+1 1 9090蜗轮右旋蜗杆右旋1 1+2 2定义s s= =e e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。d d1 1e es sd d2 23.3.蜗杆的分度圆直径d d1 11 11 1tt2 2第15页/共37页潘存云教授研制蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mmm11.251.62d1182022.42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5(45)56(31.5)m456.3d140(50)71(40)50(63)90(50)63m6.3810d1(80)112(63)8

13、0(100)140(71)90摘自GB-1008588,括号中的数字尽可能不采用称比值 为蜗杆的特性系数。q=d1/m一般取: :q=818 20 q=12.5 28 q=17.51.6第16页/共37页潘存云教授研制潘存云教授研制4. 蜗杆头数z1蜗杆头数z1 即螺旋线的数目。蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。通常取 z1=1 2 4 65. 蜗杆的导程角将分度圆柱展开得 = =z z1 1pa1/d1 = =mz1/d1 tan1=l/d1 dd1 1lp pa1a11 1d d1 1=z1/q 1 11 1第17页/共37页6. 传动比 i 和齿数比 u传动比

14、z1z2 = n2n1i = 若想得到大 i , 可取： z1=1，但传动效率低。对于大功率传动 , 可取： z1=2，或 4。蜗轮齿数 z2= i z1 为避免根切 z2 26 一般情况 z2 80 80 z2过 大 蜗杆长度 刚度、啮合精度 结构尺寸= u齿数比 7. 蜗轮齿数z2表11-蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值传动比i 5 715 1430 2982 蜗杆头数z1 6 4 2 1 蜗轮齿数z2 2931 2961 2961 2982 a =(d1 +d1 )/28. 蜗杆传动的标准中心距= m(q+ z1) /2第18页/共37页二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算由蜗杆传动的功用，

15、以及给定的传动比 i , z1 z2 计算求得 m、d1 计算几何尺寸潘存云教授研制表 11-3普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名 称计 算 公 式蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径齿顶高齿根高顶圆直径根圆直径蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距径向间隙中心距蜗 杆蜗 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= mc=0.2 ma=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)第19页/共37页smvmimrnnsradmddndvvsoos

16、/15/;335 . 330,/mcos100060cos10002cos1111111111蜗杆转速，导程角，范围一般为蜗杆分度圆柱上螺旋线蜗杆角速度蜗杆分度圆柱直径一、 蜗杆传动的运动分析13.3蜗杆传动的运动分析和受力分析蜗杆传动的运动分析和受力分析第20页/共37页潘存云教授研制二、蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析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 = Ft2 tan式中T1 、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上

17、的扭矩。T2= T1 i 2第21页/共37页作者：潘存云教授右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗杆的 轴向力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：用左手判断，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22页/共37页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，

18、且 Ft1=-=-Fa2 。(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23页/共37页三、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

19、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 13.4蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算一、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式主要失效形式：失效形式： 胶合、点蚀、磨损。胶合、点蚀、磨损。第24页/共37页二、齿面接触强度计算齿面接触强度计算蜗轮弯曲验算公式接触强度校核公式：式中K为载荷系数，取K = KA Kv K 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。22222212480coscos480HHHzKTdmddKT导出公式：蜗杆传动接触强度验算公式：aFFFFaFYzKTdmY

20、mddKT56.156.12212212导出设计计算公式：第25页/共37页灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮的许用接触应力 H H MPa MPa材 料 滑动速度 vs s/(m/s)(m/s)蜗 杆 蜗 轮 0.25 0.25 0.5 1 2 3 412 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。三、蜗杆传动的常用材料及许用应力三、蜗杆传动的常用材料

21、及许用应力 13.4蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算第27页/共37页潘存云教授研制 F F 许用弯曲应力；蜗轮的许用弯曲应力 F F 蜗轮材料 铸造方法 铸锡青铜 砂铸模型 40 2940 29ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 金属模铸造 56 4056 40铸锡锌青铜 砂铸模型 26 2226 22ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5 金属模铸造 32 2632 26铸铝铁青铜 砂铸模型 80 5780 57ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3 金属模铸造 90 6490 64HT150 HT150 砂铸模型 40 2840 28HT200 HT200 砂模铸

22、造 48 3448 34灰铸铁单侧工作 双侧工作 0F0F -1F-1F 13.4蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算第28页/共37页一、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; ; 13.5蜗杆传动的效率、润滑和散热蜗杆传动的效率、润滑和散热 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 tan tan1 1 =Z1 /q 第29页/共37页二、蜗杆传动的散热 1、在箱体外表面上铸出或焊上散热片，以增加散热面积； 2、在蜗杆轴上安装风扇强行通风； 3、在箱体油池内装设蛇形管，用循环水冷却。13.5蜗