浙大机械设计考研辅导课件第六章 蜗轮蜗杆

1、浙江大学专用 第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动6-1 概述概述6-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算6-3 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6-4 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6-6 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6-5 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算6-7 新型蜗杆传动新型蜗杆传动浙江大学专用 6-1 概述概述作用：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。蜗杆主动、蜗轮从动。909

2、0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。11 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22 2蜗轮蜗轮浙江大学专用 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、噪声小。分度机构：分度机构：i=1000, i=1000, 通常通

3、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。线接触线接触浙江大学专用 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 阿基米德螺线阿基米德螺线渐开线渐开线基圆基圆2浙江大学专用 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：v1 1

4、7.5 m/s -7 7.5 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 蜗杆的螺旋角蜗杆的螺旋角dd1 1lp px1x11 1d d1 11 11 1浙江大学专用 圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算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

5、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 6-3 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)

6、pa1=pt2= px= mc=0.2 ma=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)浙江大学专用 1 11p212p由相对运动原理可知由相对运动原理可知: :v2 = v1 + vS 一、一、蜗杆传动的运动分析蜗杆传动的运动分析= 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v22 22 2ttv1v2vS6-3 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1 1浙江大学专用 1 11 112p12p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，则蜗轮的

7、切向速切向速 度度vp2p2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 22 2v2v2蜗轮蜗轮的转向的转向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：ar1r2浙江大学专用 二、二、圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12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：Ft轴向力：轴向力：Fa径向力：径向力：Fr且有如下关系：且有如下关系：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1

8、/ / 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 2浙江大学专用 6- 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蜗杆传动的失效形式主要主要失效形式：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：20Cr,20CrM

9、nTi20Cr,20CrMnTi( (渗碳淬火渗碳淬火5662HRC) ) 或或 40Cr 42SiMn 4540Cr 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

10、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 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

11、 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03 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浙江大学专用 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。252.5512.50.51 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当当v1

12、 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。浙江大学专用 三、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 式中：式中：P - P - 输入功率，输入功率，kWkW； k - k - 平均散热系数，平均散热系数，W/m2W/m2；A - A - 有效散热面积，有效散热面积，m2m2； - - 传动效率；传动效率；t2 - t2 - 环境温度，环境温度，；t1 - t1 - 润滑油的工作温度，润滑油的工作温度，一般，一般t1

13、t175758585，不超过不超过9090。 PPs10001()Pk Attc()12tPkAtt1210001() 原因：效率低，发热量大，散热不充分会使油温温升过高对闭原因：效率低，发热量大，散热不充分会使油温温升过高对闭式式，粘度降低，润滑失效，出现严重磨损和胶合。，粘度降低，润滑失效，出现严重磨损和胶合。内容：蜗杆传动正常连续工作时，单位时间产生的热量应等于内容：蜗杆传动正常连续工作时，单位时间产生的热量应等于或或小于箱体单位时间散发的热量，保证温升稳定在允许范围内。小于箱体单位时间散发的热量，保证温升稳定在允许范围内。分析过程：分析过程：单位时间发热量：单位时间发热量： （W W）单位时间散发热量：单位时间散发热量： （W W）热平衡时，热平衡时，PsPsPcPc，则热平衡条件为：，则热平衡条件为：（）浙江大学专用 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）增加散热面积）增加散热面积-加散热片；加散热片；2 2）提高表面传热系数）提高表面传热系数- 加风扇、冷却水管、