机设第7章蜗杆传动ppt课件

1、第第7章章 蜗杆传动蜗杆传动7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型7-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数普通圆柱蜗杆传动的主要参数7-3 普通蜗杆传动的承载能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算7-5 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计7-4 普通圆柱蜗杆传动的效率、普通圆柱蜗杆传动的效率、及几何尺寸计算及几何尺寸计算润滑及热平衡计算润滑及热平衡计算本章学习的基本要求：本章学习的基本要求：熟练掌握的内容熟练掌握的内容 1 1蜗杆传动的特点及应用，蜗杆传动主要参数的合蜗杆传动的特点及应用，蜗杆传动主要参数的合理选择及理选择及 几何尺寸的计算；几何尺寸的计算； 2 2蜗杆传动受力分析，蜗轮转向

2、判断；蜗杆传动受力分析，蜗轮转向判断； 3 3蜗杆传动的失效形式、材料选择及强度计算；蜗杆传动的失效形式、材料选择及强度计算； 4 4蜗杆传动的润滑、效率计算及热平衡计算。蜗杆传动的润滑、效率计算及热平衡计算。本章的重点：本章的重点： 蜗杆直径系数蜗杆直径系数q q 的含义，蜗杆的受力分析及蜗轮转的含义，蜗杆的受力分析及蜗轮转向判断。向判断。作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。作用：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。 9090构成：若单个斜齿轮的齿数很少如构成：若单个斜齿轮的齿数很少如z1=1z1=1而且而且11很很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈

3、完整的螺旋。大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。111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222蜗轮蜗轮优点：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, 通常通常i = 8 80i = 8 80缺陷：缺陷： 摩擦损失较大，效率低、蜗轮齿圈用青铜制摩擦损失较大，效率低、蜗轮齿圈用青铜制 造，成本高。造，成本高。普通：普通：= 0.7 0.8， 自锁：自锁：0.4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 圆柱蜗杆圆柱蜗杆锥

4、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 环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型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 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直线刀刃普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用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。普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型类类型

5、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 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 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圆弧刀刃。是加工用的车刀为圆弧刀刃。传动特点：传动特点：1 1传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达90%90%以上；以上；2 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1.5 2.51.5 2.5倍；倍；3 3结构紧凑。结构紧凑。7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动

6、 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 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)(ZA)阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆双刀加工双刀加工阿基米德螺线阿基米德螺线7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型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 7-1 7-1 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

7、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 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)(ZI)渐开线蜗杆渐开线蜗杆渐开线渐开线基圆基圆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 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 dx延伸渐开线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)(ZN)7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆

8、柱蜗杆传动 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 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(ZK)(ZK)2近似于阿基米德螺线近似于阿基米德螺线是一种非线性螺旋齿面蜗是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加工，杆。不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，加工只能在铣削或磨削，加工时工件作螺旋运动，刀具时工件作螺旋运动，刀具作旋转运动。作旋转运动。砂轮砂轮7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型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

9、传动 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 环面蜗杆传动特点：环面蜗杆传动特点： 1 1传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达8590%8590%；2 2承载能力高，约为阿基米德蜗杆的承载能力高，约为阿基米德蜗杆的2 42 4倍；倍；3 3要求制造和安装精度高。要求制造和安装精度高。环面蜗杆环面蜗杆7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型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 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆

10、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 锥蜗杆传动特点：锥蜗杆传动特点： 锥蜗杆锥蜗杆1 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 2传动比范围大，一般为传动比范围大，一般为10 36010 360； 3 3承载能力和传动效率高；承载能力和传动效率高； 4 4制造安装简便，工艺性好。制造安装简便，工艺性好。 7-1 7-1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型中间平面中间平面中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。 在中间平面内，在中间平面内，( (普普) )蜗

11、杆传动相当于齿轮齿条的啮蜗杆传动相当于齿轮齿条的啮合传动。故设计时，均取中间平面上的参数和尺寸为基合传动。故设计时，均取中间平面上的参数和尺寸为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。准，并沿用齿轮传动的计算关系。27-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算ZA蜗杆：蜗杆： a=20轴向轴向由蜗杆传动正确啮合的条件，得：由蜗杆传动正确啮合的条件，得：1. 模数模数m和压力角和压力角 压力角压力角ZN蜗杆：蜗杆： n=20法向法向ZI蜗杆：蜗杆： n=20ZK蜗杆：蜗杆： n=20 ma1= mt2 = m a1= t2 （一主要参数及其选择（一主要参数及其

12、选择由于蜗杆传动在中间平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合7-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算2. 2. 蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d1d1和导程角和导程角 蜗杆的螺旋面和分度圆柱面的交线是一条螺旋蜗杆的螺旋面和分度圆柱面的交线是一条螺旋线，将分度圆柱展开得：线，将分度圆柱展开得：tan=pz /d1tan=pz /d1= z1 pa /d1 = mz1 / d1d1pad111pz7-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 tan= mz1 / d1 d1 = mz1 / tan 可见，对每

13、一个模数可见，对每一个模数m m ，当，当z1z1和和不同时，可有很不同时，可有很多不同多不同d1d1。q = d1 / m - 蜗杆的直径系数蜗杆的直径系数 为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化d1 = m q m z1tg= z1 / q 7-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算需配备很多蜗轮滚刀需配备很多蜗轮滚刀-表表7-1 7-1 z1z2 = -3. 3. 蜗杆传动的传动比蜗杆传动的传动比 i i传动比传动比 : : -d1d2 d1= m q , d2= m z2z1= q tan= d1

14、/m tann2n1i = -n2n1i = -z1z2 = -= -d2 / md1 /m tan= -d2d1 tan7-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算4. 4. 蜗杆的头数蜗杆的头数Z1Z1但但 tan= Z1 / tan= Z1 / q q Z1 Z1 , Z1 ,蜗杆的加工愈困难。蜗杆的加工愈困难。 常取常取 z1 = 1 z1 = 1、2 2、4 4、6 6。7-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算n2n1i = -z1z2 = -z1 iz2= i z1 为保证传动的平稳性：为保

15、证传动的平稳性： Z2 28 常限制：常限制： Z2 80 5. 5. 蜗轮的齿数蜗轮的齿数Z2Z2Z2不能太少不能太少Z2不能太多：不能太多：m弯曲强度弯曲强度 d2蜗杆长度蜗杆长度蜗杆的刚度蜗杆的刚度Z2，d2(=m Z2) 不变时不变时Z2，m不变时不变时通常取：通常取：Z2=28 80Z1、Z2的荐用值见表的荐用值见表7-27-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算a =(d1 + d1 )/26. 6. 蜗杆传动的标准中心距蜗杆传动的标准中心距= m(q + z2) / 2 -表表7-1( (二二) ) 蜗杆传动变位的特点蜗杆传动变位的特

16、点目的：目的：特点：特点： 拼凑中心距或提高传动的承载能力及传动效率拼凑中心距或提高传动的承载能力及传动效率 蜗杆传动的几何尺寸及其计算公式见表蜗杆传动的几何尺寸及其计算公式见表7-37-3、表、表7-47-47-2 7-2 （普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（普蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算( (三三) ) 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆相当于齿条不变位蜗杆相当于齿条不变位蜗轮相当于齿轮变位蜗轮相当于齿轮变位 7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算（一失效形式、设计准则及常用材料（一失效形式、设计准则及常用材料1 1、失效形式：、失效形

17、式：2 2、设计准则、设计准则闭式传动：闭式传动： 按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核，并作热平衡计算度校核，并作热平衡计算开式传动：开式传动： 按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计胶合、点蚀、磨损胶合、点蚀、磨损蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。蜗杆采用碳素钢或合金钢：表面光洁、硬度高。蜗杆采用碳素钢或合金钢：表面光洁、硬度高。 15Cr、20Cr 渗碳淬火渗碳淬火 55 62 HRC 一般传动：一般传动： 40 40、 45 45 调质处理调质处理 220 250 HBS 220 250 HB

18、S3 3、常用材料、常用材料 蜗轮、蜗杆的材料不仅要求具有足够的强度，更重蜗轮、蜗杆的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。 蜗杆蜗杆 40、45、40Cr 表面淬火表面淬火 45 55 HRC高速重载传动高速重载传动7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算vS4 m/svS 2 m/s 蜗轮蜗轮铸造锡青铜铸造锡青铜vS3 m/s ZCuSn10P1铸造锡磷青铜）铸造锡磷青铜）ZCuSn5Pb5Zn5铸造锡锌铅青铜）铸造锡锌铅青铜）铸造铝铁青铜铸造铝铁青铜 （ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3）

19、灰铸铁灰铸铁HT150HT150、HT200HT200）7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算221 1（二）（二） 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析圆周力：圆周力：Ft1 = 2T1 / Ft1 = 2T1 / d1 d1 轴向力：轴向力：Fa1Fa1径向力：径向力：Fr1 = Fr2 Fr1 = Fr2 = Ft2 tanT2= T1 i 各力的大小：各力的大小： = Fa2两轴交错两轴交错900900两轴交错两轴交错900900= Ft2= 2T2 / d2 法向力：法向力：Fn= Fa1 /cosncosFn= Fa1 /cosncos=Ft2 /

20、 cosncos=2T2 / d2 =Ft2 / cosncos=2T2 / d2 cosncoscosncos式中式中: :Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa1各力的方向：各力的方向：圆周力圆周力径向力径向力轴向力轴向力（主（主Ft1Ft1与与 n1 n1方向相反方向相反（从（从Ft2Ft2与与 n2 n2方向相同方向相同Fr1、Fr2 分别指向各自的轮心分别指向各自的轮心（主（主Fa1 Fa1 按左、右手法则判按左、右手法则判断断（从（从Fa2 Fa2 与与Ft1 Ft1 方向相反方向相反221 1Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa1蜗轮、蜗杆轮齿的螺旋线方向相同蜗轮、蜗杆轮齿的螺旋线方向

21、相同蜗轮、蜗杆轮齿旋向相同蜗轮、蜗杆轮齿旋向相同蜗轮右旋蜗轮右旋蜗杆右旋蜗杆右旋假 设假 设 90901+1+ +1 +1 9090 1111tt蜗杆蜗杆 在在9090的蜗杆传动中，蜗杆分度的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角圆柱上的导程角应等于蜗轮分度圆柱上应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角的螺旋角 ，且两者旋向必须相同。，且两者旋向必须相同。 即：即：7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算（三）（三） 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算1 1、蜗轮齿面接触疲劳强度计算、蜗轮齿面接触疲劳强度计算 将蜗轮蜗杆在节点处啮合的相应参数代入赫兹公式：将蜗轮蜗杆在节点处啮

22、合的相应参数代入赫兹公式：EnHZLFK0齿面接触强度校核公式齿面接触强度校核公式7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算d1d22KT2H=3.25ZE =3.25ZE H H KT2= =m2d1z22齿面接触强度设计公式：齿面接触强度设计公式：K -载荷系数，取：载荷系数，取：K = KA Kv K m2d1KT2H z2H z23.25ZE2式中式中: :ZE-ZE-材料的弹性影响系数，取材料的弹性影响系数，取ZE=160ZE=160Mpa7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算查表查表7-27-2i (z2 /z1)选择

23、合适的选择合适的a a 值值蜗轮、蜗杆参数蜗轮、蜗杆参数查表查表7-9查表查表7-8H H 蜗轮材料的许用接触应力蜗轮材料的许用接触应力H -H -蜗轮齿面的许用接触应力蜗轮齿面的许用接触应力灰铸铁或铝铁青铜时：灰铸铁或铝铁青铜时： H - H -查表查表7-7-1111锡青铜时，锡青铜时，HNHZ0( N=60 n2 j Lh )式中：式中：0H -0H -蜗轮的基本许用应力蜗轮的基本许用应力 查表查表7-7-1010ZN - 接触强度的寿命系数接触强度的寿命系数8710NZN7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算7-3 7-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算

24、普通圆柱蜗杆传动承载能力计算蜗蜗 轮轮 材材 料料 铸铸 造造 方方 法法 铸锡磷青铜铸锡磷青铜ZCuSn10P1ZCuSn10P1铸锡锌铅青铜铸锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5ZnZCuSn5Pb5Zn砂模铸造砂模铸造 150 180 150 180 砂模铸造砂模铸造 113 113 金属模铸造金属模铸造 220 268 220 268 金属模铸造金属模铸造 128 140 128 140蜗杆螺旋面的硬度蜗杆螺旋面的硬度 45HRC 45HRC表表7-10 7-10 铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力H MPaH MPa材材 料料 滑动速度滑动速度 vs vs (m/s

25、)(m/s)蜗蜗 杆杆 蜗蜗 轮轮 0.25 0.25 0.5 1 510 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 40 / cSt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 MPa 0.7 2 3 表表7-14 7-14 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7-5 7-5

26、（普蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算（普蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆下置或侧置的传动，浸油深度应有蜗杆的一个齿高。蜗杆下置或侧置的传动，浸油深度应有蜗杆的一个齿高。蜗杆上置的传动，浸油深度约为蜗轮外径的蜗杆上置的传动，浸油深度约为蜗轮外径的1/31/3。ra/3 一一个个齿齿高高3 3、润滑油量、润滑油量 油池润滑时，适当的油量不仅有利于动压油膜的形油池润滑时，适当的油量不仅有利于动压油膜的形成，而且有助于散热。成，而且有助于散热。给油时，如果采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆齿入端7-5 7-5 （普蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算（普蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算（四蜗杆传动的热平衡

27、计算（四蜗杆传动的热平衡计算目的：目的： 防止由于摩擦损耗产生的热量引起油温升高，润滑防止由于摩擦损耗产生的热量引起油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。热平衡：单位时间内的发热量热平衡：单位时间内的发热量散热量散热量由摩擦损耗产生的热量由摩擦损耗产生的热量: 1=1000 P1 (1-: 1=1000 P1 (1-)从箱壁散发的热量从箱壁散发的热量: 2=Ks A (ti- : 2=Ks A (ti- t0 )t0 )其中：其中： P1- P1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率；KWKWKs-表面散热系数；可取：表面散热系数；可取：Ks=8.517.5 W/(m2 )7-5 7-5 （普蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算（普蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算由热平衡条件：由热平衡条件：1 = 2