武汉理工大学机械设计考研课件3

1、一蜗杆传动组成一蜗杆传动组成由蜗轮和蜗杆组成由蜗轮和蜗杆组成 蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆a a） 蜗杆下置蜗杆下置b b） 蜗杆上置蜗杆上置 二蜗杆传动的应用二蜗杆传动的应用蜗杆传动用于传递空间两交错轴之间的运动和转矩，两轴蜗杆传动用于传递空间两交错轴之间的运动和转矩，两轴线之间交错的夹角可以是任意的，但最常用的是两轴在空线之间交错的夹角可以是任意的，但最常用的是两轴在空间相互垂直，轴交角间相互垂直，轴交角为为9090。 三本章三本章主要内容主要内容 蜗杆蜗杆传动传动类型、特点，几何尺寸计算类型、特点，几何尺寸计算主要参数及其选择，轮齿受力分析主要参数及其选择，轮齿受力分析重点重点蜗杆传动承载能力计算蜗

2、杆传动承载能力计算 蜗轮轮齿强度、蜗杆刚蜗轮轮齿强度、蜗杆刚 度计算度计算蜗杆传动热平衡计算蜗杆传动热平衡计算控制温升，防止胶合破坏控制温升，防止胶合破坏1.1.结构紧凑，传动比大结构紧凑，传动比大( (动力传动中，动力传动中， 一般单级传动比一般单级传动比 i =8=88080，在分度传，在分度传 动中，可达动中，可达1000)1000)，2. 2. 传动平稳，振动、冲击和噪声均很传动平稳，振动、冲击和噪声均很 小，在一定的条件下具有自锁性等小，在一定的条件下具有自锁性等 蜗杆蜗杆传动缺点传动缺点在制造精度和传动比相同的情况下，在制造精度和传动比相同的情况下，蜗杆传动的摩擦发热大，效率比齿轮

3、传动低，只蜗杆传动的摩擦发热大，效率比齿轮传动低，只宜用于中、小功率的场合宜用于中、小功率的场合一蜗杆一蜗杆传动的特传动的特点点蜗杆传蜗杆传动优点动优点蜗杆传动概述蜗杆传动概述二、蜗杆传二、蜗杆传动的分类动的分类普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动n1n2圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动n1n2环面蜗杆传动环面蜗杆传动n1n2锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直面一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的线刀刃的车刀车制的(zK型蜗杆除外型蜗杆除外)。车刀。车刀安装安装位

4、置位置的不同，所加工出的不同，所加工出的蜗杆齿面在不同截面的蜗杆齿面在不同截面中的中的齿廓曲线齿廓曲线也不同也不同。 一）普通圆柱蜗杆传动一）普通圆柱蜗杆传动2 0阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线直廓直廓2 0凸廓凸廓N-NI-I1. 阿基米德蜗杆（阿基米德蜗杆（ZA）一）普通圆柱一）普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动蜗杆齿廓特点：蜗杆齿廓特点：垂直于轴线的剖面垂直于轴线的剖面上齿廓为阿基米德上齿廓为阿基米德螺旋线；螺旋线；通过蜗杆轴线的剖通过蜗杆轴线的剖面上为直线齿廓；面上为直线齿廓； 不便加工，且难于磨削，不易保证精度，用于低速、轻不便加工，且难于磨削，不易保证精度，用于低速、轻载或不太重要的传动。载或

5、不太重要的传动。蜗轮齿廓及蜗轮齿廓及蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动特点：特点：蜗轮齿廓蜗轮齿廓在中间平面上（在中间平面上（通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线 的平面的平面）蜗轮齿廓为渐开线蜗轮齿廓为渐开线蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动特点特点在中间平面上蜗杆蜗轮的啮合如齿轮、齿在中间平面上蜗杆蜗轮的啮合如齿轮、齿 条的啮合关系条的啮合关系阿基米德圆柱蜗杆传动阿基米德圆柱蜗杆传动 AA中间平面中间平面2. 渐开线蜗杆（渐开线蜗杆（ZI）蜗杆齿廓特点：蜗杆齿廓特点：蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线一）普通圆柱一）普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆可

6、以磨削，易保证加工精度，用于头数较多、转速较高和蜗杆可以磨削，易保证加工精度，用于头数较多、转速较高和较精密的传动。较精密的传动。db渐开线渐开线I-I凸廓凸廓 0直廓直廓凸廓凸廓 0 I I 蜗杆可用两把直蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床线刀刃的车刀在车床上车制。加工时，两上车制。加工时，两把车刀的刀刃平面一把车刀的刀刃平面一上一下与基圆相切，上一下与基圆相切，被切出的蜗杆齿面是被切出的蜗杆齿面是渐开线螺旋面，端面渐开线螺旋面，端面的齿廓为渐开线。的齿廓为渐开线。 3. 法向直廓蜗杆（法向直廓蜗杆（ZN）蜗杆齿廓特点：蜗杆齿廓特点：蜗杆法面齿廓为直线，端面齿廓为延伸渐开线蜗杆法面齿廓为直线，

7、端面齿廓为延伸渐开线一）普通圆柱一）普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动蜗杆加工简单，可以磨削，用于头数、精密的蜗杆传动。蜗杆加工简单，可以磨削，用于头数、精密的蜗杆传动。NN II I-I凸廓凸廓2 0直廓直廓N-Nd0延伸渐开线延伸渐开线 车制时刀刃顶面置于螺旋线的法面上，蜗杆在法向剖面上车制时刀刃顶面置于螺旋线的法面上，蜗杆在法向剖面上具有直线齿廓，在端面上为延伸渐开线齿廓。具有直线齿廓，在端面上为延伸渐开线齿廓。 二二) ) 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆的齿蜗杆的齿形分为形分为圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆轴向剖面为蜗杆轴向剖面为圆弧形齿廓，用车刀车削圆弧形齿廓，用车刀车削用轴向剖面

8、为用轴向剖面为圆弧的环面砂轮，装在圆弧的环面砂轮，装在蜗杆螺旋线的蜗杆螺旋线的法面上，法面上，阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线 III-I. . . . . . . . . . . . . . . . N-NNN 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆蜗杆与普通圆柱与普通圆柱蜗杆的区别：蜗杆的区别：1）在主剖面上蜗杆齿廓为凹弧形，与之配合的蜗轮齿廓）在主剖面上蜗杆齿廓为凹弧形，与之配合的蜗轮齿廓 为凸弧形；为凸弧形；2）凹凸弧齿廓啮合传动，也是线接触的啮合传动，接触）凹凸弧齿廓啮合传动，也是线接触的啮合传动，接触 处的综合曲率半径大，承载能力高，比处的综合曲率半径大，承载能力高，比普通圆柱普通圆柱蜗杆蜗杆 高高50

9、%150%；3）瞬时接触线与滑动速度交角大，有利于啮合面间油膜）瞬时接触线与滑动速度交角大，有利于啮合面间油膜 形成，摩擦小，效率高，蜗杆可磨削，精度高，用于形成，摩擦小，效率高，蜗杆可磨削，精度高，用于 冶金、矿山、化工、起重运输机械。冶金、矿山、化工、起重运输机械。接触线接触线 vs vt 普通圆柱蜗杆传动基本参数及几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动基本参数及几何尺寸计算 一一普通圆柱蜗杆传动的基本参数及普通圆柱蜗杆传动的基本参数及及其选择及其选择b12 d2df1d1da1pzdf2da2 R1R2b2B 阿基米德蜗杆在主剖面内相当于齿轮与齿条的啮合传动。阿基米德蜗杆在主剖面内相当于齿轮与齿条

10、的啮合传动。主要参数有：模数主要参数有：模数m m、压力角、压力角、蜗杆头数、蜗杆头数Z Z1 1、蜗轮齿数、蜗轮齿数Z Z2 2、蜗杆直径系数蜗杆直径系数q q、蜗杆分度圆柱导程角、蜗杆分度圆柱导程角等。等。 一）一）模数模数m和压力角和压力角 蜗杆轴面压力角蜗杆轴面压力角 x1=蜗轮端面压力角蜗轮端面压力角 t2=标准压力角标准压力角 =20AA蜗杆轴面模数蜗杆轴面模数mx1=蜗轮端面模数蜗轮端面模数mt2= 标准模数标准模数m中间平面中间平面 二）蜗杆分度圆直径二）蜗杆分度圆直径( (又称中圆直径又称中圆直径) ) d1和直径系数和直径系数q q 蜗杆传动中，为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合

11、，常用与蜗杆传动中，为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆具有同样参蜗杆具有同样参数的蜗轮滚刀来加工与其配对的蜗轮。这样，数的蜗轮滚刀来加工与其配对的蜗轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就必须有一种对应的蜗轮滚刀。为只要有一种尺寸的蜗杆，就必须有一种对应的蜗轮滚刀。为了减少蜗轮滚刀的数目，为便于蜗轮滚刀的标准化，了减少蜗轮滚刀的数目，为便于蜗轮滚刀的标准化，规定规定蜗蜗杆直径杆直径d1为标准值，且与为标准值，且与m搭配。搭配。 d1与与m的比值称为蜗杆直径的比值称为蜗杆直径系数，用系数，用q q表示，即：表示，即： 。mdq1注意：注意：由于由于d1与与m均为标准值，故均为标准值，故q q是是

12、d1、m两个参数的导出值，两个参数的导出值， 不一定是整数，不一定是整数， d1、m、q q之间关系见表之间关系见表6-16-1。 因此，蜗杆分度圆直径因此，蜗杆分度圆直径 :qmd1蜗杆分度圆蜗杆分度圆导程角导程角 蜗杆轮齿的切线与其端面之间的夹角蜗杆轮齿的切线与其端面之间的夹角导程导程（同一条螺旋线上相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）同一条螺旋线上相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离） ：pz=z1px蜗杆轴向齿距蜗杆轴向齿距（相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）（相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）：px= m ，效率高，效率高， 3 30 的蜗杆具有自速性。的蜗杆具有自速性。d1导程导程 pzpx d

13、1 d1导导程程角角与与导导程程的的关关系系 导程角导程角 ：pxtan = = = = =pz d1z1px d1z1md1z1mqmz1q 三）蜗杆分度圆柱导程角三）蜗杆分度圆柱导程角 三）传动比三）传动比i、蜗杆头数蜗杆头数Z Z1 1及蜗轮齿数及蜗轮齿数Z Z2 22 2蜗杆头数蜗杆头数Z Z1 1 蜗杆螺旋线数蜗杆螺旋线数对结构尺寸：对结构尺寸：i i一定时，一定时，Z Z1 1则则Z Z2 2尺寸尺寸，且加工困难，且加工困难对效率对效率Z Z1 1时，时， 其效率其效率啮啮 = =tan/tantan/tan（+v v）对自锁对自锁Z Z1 1时，时，自锁性好自锁性好Z Z1 1影

14、响影响考虑传动比考虑传动比ii则则Z Z1 1，ii时时 Z Z1 1见表见表6-26-2考虑用途考虑用途对对反行程反行程有自锁要求的传动取有自锁要求的传动取Z Z1 1=1=1考虑效率要求考虑效率要求要求要求啮啮时宜选时宜选Z Z1 1一般取一般取1 14 4Z Z1 1选选择原则择原则通常蜗杆传动是以蜗杆为主动的减速装通常蜗杆传动是以蜗杆为主动的减速装置，故传动比与齿数比相等，即：置，故传动比与齿数比相等，即：1 1传动比传动比i注意：注意：i= =n2z1n1z2d1d2i= =n2z1n1z2= u d1=qm Z1m3. 3. 蜗轮齿数蜗轮齿数Z Z2 2具体选择时，还应考虑具体选择

15、时，还应考虑i i、 z z1 1、 z z2 2匹配关系匹配关系对蜗杆刚度对蜗杆刚度MM不变时，不变时，Z Z2 2则则d d2 2，蜗杆轴跨距，蜗杆轴跨距，刚度，刚度对蜗轮加工对蜗轮加工 Z Z2 2蜗轮轮齿根切蜗轮轮齿根切影响影响避免产生根切，与单头蜗杆啮合的蜗轮，其齿数避免产生根切，与单头蜗杆啮合的蜗轮，其齿数1717增大啮合区提高平稳性，通常规定增大啮合区提高平稳性，通常规定2828（保持两对齿啮合）（保持两对齿啮合）为为防止防止蜗轮尺寸过大造成蜗杆轴跨距大蜗轮尺寸过大造成蜗杆轴跨距大降低蜗杆的弯曲刚度降低蜗杆的弯曲刚度 Z Z2max2max 80 80 。Z Z2 2 选选择择蜗

16、杆头数与蜗轮齿敷的荐用值蜗杆头数与蜗轮齿敷的荐用值 4 4 传动比传动比蜗杆头数蜗杆头数蜗轮齿数蜗轮齿数28284040141427279 913137 78 8282832322727525228288181282880803 3 4 4 2 23 31 12 2 4040 1 1 4040二二. 蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件当两轴线交错角当两轴线交错角=90=90时，导程角时，导程角应与蜗轮分度圆柱螺旋角应与蜗轮分度圆柱螺旋角等值且等值且方向相同。方向相同。mmmtx2121tx 1 = 2蜗杆传动的正蜗杆传动的正确啮合条件确啮合条件O O1 1O O1 11 11 O O

17、2 2 1= 2O O1O O1O O2O O21 12 2三三. . 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 一）一） 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸 b1 2 df1d1da1pz R1R2Bd2df2da2b2中间平面中间平面普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表-2-2注意：注意：1. 蜗杆分度圆直径：蜗杆分度圆直径：d d1 1=qm=qmZZ1 1m m2 .蜗杆传动的中心距：蜗杆传动的中心距：a=0.5=0.5（d d1 1+d+d2 2）=0.5m=0.5m（q+Zq+Z2 2） 0.5m0.5m

18、（Z Z1 1+Z+Z2 2） 分度圆直径分度圆直径d d2 2顶圆直径顶圆直径d da 2 2根圆直径根圆直径d df2f23 . 蜗轮的蜗轮的指蜗轮中间蜗轮中间平面上的值平面上的值中间平面中间平面d d2 2d df2f2d da2 2一蜗杆、蜗轮配对材料选择一蜗杆、蜗轮配对材料选择3-3-3 3 蜗杆传动的蜗杆传动的材料选择材料选择、失效形式及设计准则、失效形式及设计准则特点特点 结构细而长易变形，一般为主动件，结构细而长易变形，一般为主动件，n n1 1应力应力 循环次数循环次数N N1 1，且连续运转；，且连续运转；要求要求材料的抗变形能力强（材料的抗变形能力强（EE）；轮齿强度要高

19、）；轮齿强度要高 （B B S S）；）；冲击大冲击大 20Cr 20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi3A12CrNi3A表表 面渗碳淬火面渗碳淬火( (齿面硬度齿面硬度56 62HRC）冲击小冲击小 40 40、4545钢和钢和4040CrCr、40CrNi40CrNi、 42SiMn42SiMn表面淬火表面淬火( (齿面硬度齿面硬度4 45 55HRC）不太重要的低速中载蜗杆不太重要的低速中载蜗杆用用4545、4040等碳素钢调等碳素钢调 质处理（质处理（硬度为硬度为220 300HBS）。蜗蜗杆杆常用常用材料材料高速重高速重载蜗杆载蜗杆 一）蜗杆材料选择一）蜗杆材料选

20、择: :二）蜗轮的材料选择二）蜗轮的材料选择强度足够强度足够减摩性好（减摩性好（fV）：）： fV钢钢-青铜青铜 fV钢钢-铸铁铸铁 fV钢钢-钢钢 对材料对材料要求要求 常用常用材料材料锡青铜锡青铜ZCuSn10PI等等耐磨性最好，但价格耐磨性最好，但价格 较高用于高速或重要传动较高用于高速或重要传动铝铁青铜铝铁青铜ZcuAl10Fe3Mn2耐磨性较好，但耐磨性较好，但 价格便宜，用于中速，较重要传动价格便宜，用于中速，较重要传动灰铸铁灰铸铁(HTl50或或HT200)用于低速轻载用于低速轻载VS 4ms 选锡青铜选锡青铜作蜗轮的齿圈作蜗轮的齿圈VS 24ms 选铝铁青铜选铝铁青铜VS 2ms 选灰铸铁选灰铸铁选择方法选择方法:初估滑动速度初估滑动速度VS=（0.020.03） 3211nP青铜青铜蜗蜗轮轮二蜗杆传动的失效形式及计算准则二蜗杆传动的失效形式及计算准则一）蜗杆传动的失效形式一）蜗杆