第12章 蜗杆传动(基础5) (2)课件

1、12-1 12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型12-2 12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-312-3 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12-4 12-4 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析12-5 12-5 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算12-6 12-6 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12-1 12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型按蜗杆形状分按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动一、特点：一、特点：结构紧凑结构紧凑; ;工作平稳、噪声小工作平稳

2、、噪声小; ;传动比传动比大大( (一般为一般为i=5-80)i=5-80)但效率低；制造成本较高但效率低；制造成本较高用于空间交错轴间的传动，通常用于空间交错轴间的传动，通常=90=90环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动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二、类型：二、类型：12-1 12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆传动（阿基米德蜗杆传动（ZAZA）渐开线蜗杆传动（渐开线蜗杆传动（ZIZI）法向直齿廓蜗杆传动（法向直齿廓蜗杆传动（ZNZN）蜗轮加工蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆

3、滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、主要参数一、主要参数1.1.模数模数m m 和压力角和压力角正确啮合条件：正确啮合条件：在中间平面内在中间平面内m ma1a1 = = m mt2t2 = = m ma1a1 = = t2t2 = = = 20= 20蜗杆轴向蜗杆轴向模数模数蜗轮端面蜗轮端面模数模数标准模数标准模数蜗轮端面蜗轮端面压力角压力角蜗杆轴向蜗杆轴向压力角压力角中间平面：中间平面：包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面2 2、蜗杆导程角、蜗杆导程角与蜗轮螺旋角与蜗轮螺旋角之关系之关

4、系=90=90 时：时： = =且旋向相同且旋向相同 d d1 1 标准系列值标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化 蜗杆直径系数：蜗杆直径系数：q= dq= d1 1/ /m m d d1 1 = m q= m q1dptgz11dpzxmqmz1qz1 3 3、蜗杆直径系数、蜗杆直径系数 q q 及分度圆直径及分度圆直径d d1 14 4、q q与导程角与导程角之关系之关系12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸每一个每一个m m只与一个或几只与一个或几个个q q相对应。相对应。P PX X：轴向齿距：轴向齿距5 5、

5、蜗杆头数、蜗杆头数z z1 1、蜗轮齿数、蜗轮齿数z z2 2 及传动比及传动比i ii i = = n n1 1/ /n n2 2 = = z z2 2/ /z z1 1 = =d d2 2 / /d d1 1 ? ?d d2 2 / /d d1 1 12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸但但 z z1 1 少，效率低少，效率低重载时取重载时取 z z1 1 1 1 要求自锁要求自锁 z z1 1 = = 1 1z z1 1 过多过多, ,制造困难制造困难z z1 1 = 1- 4 = 1- 4z z2 2 = = i zi z1 1=28 -80=28

6、-80常取常取 z z2 2 = 32 - 63 = 32 - 636 6、齿面间相对滑动速度、齿面间相对滑动速度 v vs ssincos21vvvs21vvvs12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸由此可见，由此可见，v vs s v v1 1、v v2 2所以蜗杆传动摩擦损失大，所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。效率低。7 7、几何尺寸计算、几何尺寸计算12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸中心距中心距 a a =( =(d d1 1+ +d d2 2)/2 = )/2 = m m( (q q+ +z z2 2)/2)

7、/2其他尺寸计算见表其他尺寸计算见表12-312-3齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动传动比传动比 i i i i = = d d2 2 / /d d1 1i i d d2 2 / /d d1 1m m、 法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值中间平面为标准值 1 1= = 2 2 = =2 2 , , 旋向相同旋向相同d d1 1 d d1 1= = m mn nz z1 1/cos/cosd d1 1= =mq,mq,且为标准值且为标准值 一、失效形式和设计准则一、失效形式和设计准则12-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、材料和结构材料和结构因相对滑动速度因相对滑动速度V VS

8、S大，更易大，更易胶合胶合和和磨损磨损。齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损目前在设计时用限制接触应力的办法来解决上述失效问题。目前在设计时用限制接触应力的办法来解决上述失效问题。对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度设计准则：设计准则：闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计z z2 28080或强烈冲击载荷时校核弯曲强度或强烈冲击载荷时校核弯曲强度由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上进行热平衡计算进行热平衡计算开式蜗杆传动，只需按弯曲强度设计计算

9、开式蜗杆传动，只需按弯曲强度设计计算有时有时需要需要校核校核蜗杆蜗杆的刚的刚度度二、材料选择二、材料选择12-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、材料和结材料和结构构材料要求：材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度碳素钢碳素钢 45 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火蜗蜗 杆杆合金钢合金钢 20C 20Cr r、20C20Cr rM Mn nT Ti i、40C40Cr r铸锡青铜铸锡青铜 CuSn10P1 适合高速适合高速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl10Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 HT200 低速轻载低速轻载减摩

10、性好减摩性好三、结构三、结构12-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、材料和结材料和结构构1、蜗杆的结构、蜗杆的结构蜗杆绝大多数和轴做成一个整体，称蜗杆轴。蜗杆绝大多数和轴做成一个整体，称蜗杆轴。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。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，但该结构的刚度较前一种差。的刚度较前一种差。三、结构三、结构12-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、材料和结材料和结构构2、蜗轮的结构、蜗轮的结构整体式蜗轮整体式蜗轮配合式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮拼铸式

11、蜗轮螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮为了节约贵重材料，常采用组合式用于尺寸不大，温度变化较小的地方用于尺寸较大、磨损后需要更换齿圈的地方用于成批制造的蜗轮12-4 蜗杆传动的蜗杆传动的受力分析受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷受到法向载荷F Fn n的情况下，可分解出的情况下，可分解出11a2t12dTFF22t2a12dTFFtant2r2r1FFF在不计摩擦力时：在不计摩擦力时：径向载荷径向载荷F Fr r、周向载荷、周向载荷F Ft t、轴向载荷轴向载荷F Fa a。T T2 2 = = iTiT1

12、 112-4 蜗杆传动的蜗杆传动的受力分析受力分析21atFF21taFFF Ft t、F Fr r 同斜齿轮同斜齿轮F Fa a用主动轮左右手定则用主动轮左右手定则判断，一般蜗杆主动。判断，一般蜗杆主动。21rrFF各力方向：各力方向：各力关系：各力关系：12-5 圆柱圆柱蜗杆传动的蜗杆传动的强度计算强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点：特点：蜗轮齿面接触强度计算蜗轮齿面接触强度计算因此，因此， 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导MPaaTKZZHAEH32校核公式校

13、核公式12-5圆柱圆柱蜗杆传动的蜗杆传动的强度计算强度计算H H 为蜗轮材料的许用接触应力为蜗轮材料的许用接触应力, ,见表见表12-412-4、12-512-5。设计公式设计公式 若蜗轮齿圈是锡青铜制造的，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点若蜗轮齿圈是锡青铜制造的，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀。蚀。其许用接触应力其许用接触应力, ,见表见表12-412-4。若蜗轮齿圈是铝青铜或铸铁制造若蜗轮齿圈是铝青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合，这时的时，蜗轮的损坏形式主要是胶合，这时的许用接触应力计算是条许用接触应力计算是条件性计算，许用接触应力是根据胶合条件来确定的，见表件性计算，许用接触应力是根据

14、胶合条件来确定的，见表12-512-5。mmZZTKaHEA322aa中心距中心距 mmmmZE材料综合弹性系数，钢与铸锡青铜配对时，材料综合弹性系数，钢与铸锡青铜配对时， ZE =150 钢与铝青铜或灰铸铁配对时，钢与铝青铜或灰铸铁配对时， ZE =160Z接触系数，用以考虑当量曲率半径的影响，见图接触系数，用以考虑当量曲率半径的影响，见图12-11KA使用系数，使用系数，KA =1.11.4，有冲击载荷、环境温度高，有冲击载荷、环境温度高 （t350 ）、速度较高，取大值。）、速度较高，取大值。12-5圆柱圆柱蜗杆传动的蜗杆传动的强度计算强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度

15、计算875. 0168. 0ad 212zdam计算出中心距计算出中心距a后，可计算分度圆直径后，可计算分度圆直径d1和模数和模数m参照斜齿圆柱齿轮作近似计算参照斜齿圆柱齿轮作近似计算校核公式校核公式设计公式设计公式MpaYmddTkFFaAFcos53. 1221222212cos53. 1FaFAYzTkdm蜗杆导程角蜗杆导程角F蜗轮许用弯曲应力，见表蜗轮许用弯曲应力，见表12-6YFa2蜗轮齿形系数，由当量齿数查图蜗轮齿形系数，由当量齿数查图11-831coszzv12-5圆柱圆柱蜗杆传动的蜗杆传动的强度计算强度计算蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算EIlFYtt48311由圆周力产生的挠度为

16、：由圆周力产生的挠度为：由径向力产生的挠度为：由径向力产生的挠度为：EIlFYrr48311合成总挠度为：合成总挠度为：mmYYYYrt2121EE蜗杆材料弹性模量，钢蜗杆蜗杆材料弹性模量，钢蜗杆E=2.06E=2.06* *10105 5 MpaMpaII蜗杆危险截面惯性矩，蜗杆危险截面惯性矩，6441dILL蜗杆支点跨距，蜗杆支点跨距，mmmm。初步计算时可取。初步计算时可取L=0.9dL=0.9d2 2YY许用挠度，许用挠度，mmmm。 Y=dY=d1 1 /1000/1000蜗杆较细长，支撑跨距较大，若受力后产生蜗杆较细长，支撑跨距较大，若受力后产生的挠度过大，则会影响正常啮合传动。的

17、挠度过大，则会影响正常啮合传动。12-6 圆柱圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、效率一、效率 = = 1 12 23 3 与齿轮传动相同：与齿轮传动相同：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：) (1tgtg2 23 30.95-0.970.95-0.97) ()97.095.0(tgtg设计之初，设计之初，未知，可按未知，可按 z z1 1 初选，初选， 见表见表12-812-8 自锁时，自锁时， 0.5 10m/s10m/s很大时，采用喷油润滑很大时，采用喷油润滑v v1 1 小时，蜗杆下置小时，蜗杆下置v v1 1 4 m/s 4 m/s时蜗杆

18、上置时蜗杆上置有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 一般情况下一般情况下(v(vs s 5m/s) 5m/s)，采用油浴润滑，采用油浴润滑12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算t t油温油温时间时间t t 热平衡时的油温热平衡时的油温t t 表面传热系数表面传热系数 A A 箱体散热面积箱体散热面积 t t0 0 环境温度环境温度 发热量发热量H H1 1 = = 散热量散热量H H2 2对象对象 目的目的 热平衡时，单位时间内：热平衡时，单位时间内：单位时间内的发热量：单位时间内的发热量：单位时间内的散热量：单位时间内的散热量：H H1 1 =1000 =1000P P1 1（1-1- ） W WH H2 2= =t t A A（t t - -t t0 0）= =t tA A t t W W12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算t t热平衡