机械设计基础：第6章 齿轮传动（蜗杆6.15）

1、湘潭大学机械工程学院11 16.156.15 蜗杆传动蜗杆传动形成：形成：在交错轴斜齿轮中，当小齿轮的齿数很少在交错轴斜齿轮中，当小齿轮的齿数很少（如（如z1=1）而且而且1 1很大时，很大时，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，蜗杆头数：螺旋数蜗杆头数：螺旋数z z1 1（从端面数）。（从端面数）。蜗杆蜗杆蜗杆与螺旋相似有蜗杆与螺旋相似有左左旋旋右右旋之分，常旋之分，常用为右旋。用为右旋。小齿轮称为蜗杆，而啮合件称为蜗轮。小齿轮称为蜗杆，而啮合件称为蜗轮。作用：作用：传递两交错轴之间的运动和动力，传递两交错轴之间的运动和动力，9090。22 2蜗轮蜗轮湘潭大学

2、机械工程学院6.15.1.16.15.1.1 类型类型圆柱形蜗杆圆柱形蜗杆 环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆阿基米德蜗杆端面齿形为阿基米德螺线阿基米德蜗杆端面齿形为阿基米德螺线 加工蜗轮加工蜗轮渐开线蜗杆端面齿形为渐开线。渐开线蜗杆端面齿形为渐开线。 圆弧齿圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆轴剖面内的齿廓为凹圆弧。轴剖面内的齿廓为凹圆弧。蜗杆蜗杆类型类型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湘潭大学机械工程学院 圆弧齿圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆锥蜗杆锥蜗杆环面蜗杆环面蜗杆湘潭大学机械工程学院一、蜗杆传动的特点湘潭大学机械工程学院湘潭大学机械工程学院P6.15.1.

3、2 特特点点：1) 传动平稳，振动、冲击和噪音很小。传动平稳，振动、冲击和噪音很小。蜗杆轮齿变成连续不断的螺旋齿3) 单级可获得较大的传动比，结构紧凑。单级可获得较大的传动比，结构紧凑。因为蜗杆齿数通常为14 减速用：减速用： 5ii12127070，常用：常用：15ii12125050。相对滑动速度大，摩擦损耗大，易发热，相对滑动速度大，摩擦损耗大，易发热，效率低。蜗轮用耐磨材料做，成本高。效率低。蜗轮用耐磨材料做，成本高。4)4)当当1 1 12 m/s 12 m/s时时 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1锡青铜制造。锡青铜制造。vS S 12 m/s 12 m/s时时 ZCuSn5P

4、b5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜锡青铜vS S 6 m/s 6 m/s时时 ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3铝青铜。铝青铜。vS S 2 m/s 45 其他情况其他情况 HRC45 滑动速度滑动速度 vs m/s fv v v fv v v fv v v 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 2.5

5、8 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 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湘潭大学机械工程学院 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

6、很少。当当 v v 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。 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当当v1 5 10 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。湘潭大学机械工程学院6.15.6.36.15.6.3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对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：t t1 1-t -t0 0 =

7、t =K KA A1000P1000P1 1(1-)(1-) tt=( tt=( t1 1-t -t0 0 )-)-温度差；温度差；P P1 1- -蜗杆传递的功率蜗杆传递的功率, ,KwKw；K K- -表面散热系数；一般取：表面散热系数；一般取：K=1017 W/(mm2 )A A- -散热面积散热面积, m, mmm2 2, , 指箱体外壁与空气接触而内指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按其散热面积按50%50%计算。计算。湘潭大学机械工程学院t-t-温差许用值，一般取：温差许用值，一般取： tt=7

8、090 要求要求润滑润滑油的工作温度：油的工作温度： t1 = t0+ t 90 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、循环油冷却。加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水湘潭大学机械工程学院1 1p211 112p1 112p一般蜗杆为主动，其转向是已知的,蜗轮的转向可通过画速度矢量确定。蜗轮转向的确定蜗轮转向的确定右旋蜗杆：右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速蜗轮的切向速 度度vp2

9、p2的方向与拇指指向相反。的方向与拇指指向相反。手势确定：手势确定：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：左旋蜗杆：左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。用左手判断，方法一样。2 22 2vp2vp22 2vp1vp2蜗轮蜗轮的转向的转向湘潭大学机械工程学院热平衡计算2七、蜗杆传动的散热措施自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积。 2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。3）在油池内安装冷却管路。 4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器） 。蜗杆传动的设计计算散热片溅油轮风扇过滤网集气罩湘潭大学机械工程学院热平衡计算3通水油泵过滤器冷

10、却器传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器蜗杆传动的设计计算湘潭大学机械工程学院受力分析2aF二、蜗杆传动的受力分析轮齿所受的法向力Fn，可分解为：圆周力Ft 、径向力Fr 、轴向力Fa。蜗杆传动受力方向判断coscos2n22ndTF11212dTFFat22212dTFFtatant2r2r1FFF在不计摩擦力时，有以下关系：式中： n蜗轮的法向压力角，costantannT2蜗轮的转矩，112iTT1aF1aFnF蜗杆传动的设计计算湘潭大学机械工程学院练习2aF右旋求蜗杆的旋向？Fa12tF求蜗杆的转向？1aF练 习湘潭大学机械工程学院练习：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1F

11、t2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2湘潭大学机械工程学院练习：已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试确定:各轮转向、旋向及受力。1. n4 n3 n2 Ft2 Fa1 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋湘潭大学机械工程学院本本 节节 重重 点点(1)(1)熟悉蜗杆传动的特点。熟悉蜗杆传动的特点。(2)(2)了解蜗杆传动的类型、应用、材料和结构。了解蜗杆传动的类型、应用、材料和结构。(3)(3)掌握普通圆柱蜗杆的主要参数和几何尺寸计算。掌握普通圆柱蜗杆的主要参数和几何尺寸计算。湘潭大学机械工程学院圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的

12、强度计算齿面接触强度验算公式：齿面接触强度验算公式：d1d22KT2H = 500= 500m2d1z22KT2= 500= 500H 由上式可得设计公式：由上式可得设计公式： m2d1 KT2z2 H 5005002式中式中K为载荷系数，取：为载荷系数，取：K =1.11.3m、d1应选取标准值确定。应选取标准值确定。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。222121211111EEbFnH赫兹公式赫兹公式: 湘潭大学机械工程学院锡青铜蜗轮的许用接触应力锡青铜蜗轮的许用接触应力H蜗轮材料蜗轮材料铸造方法铸造方法适用的滑动速度适用的滑动

13、速度蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度ZQSn 10-1ZQSn5-5-5砂型砂型 12 180 200金属型金属型 12 135 150Vs m/sHBS 350HRC 45金属型金属型 25 200 220砂型砂型 10 110 125当蜗轮采用青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳当蜗轮采用青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用的接触应力如下表：点蚀，其许用的接触应力如下表：湘潭大学机械工程学院当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动速度来确定。

14、动速度来确定。铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力H Mpa蜗轮材料蜗轮材料蜗杆材料蜗杆材料滑动速度滑动速度vs m/sZQAl10-3HT 150淬火钢淬火钢*渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢0.525013011012301159021090701801601202346890* 蜗杆未经淬火时需将表中蜗杆未经淬火时需将表中H值降低值降低20%。HT 150、HT 200湘潭大学机械工程学院10-5蜗杆和蜗轮的结构1蜗杆和蜗轮的结构一、蜗杆的结构由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴）。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度 较