机械设计基础 第9章蜗杆传动

1、第九章第九章 蜗杆传动蜗杆传动9.1 概述概述蜗杆传动图蜗杆传动图一、蜗杆传动的特点和应用一、蜗杆传动的特点和应用1、特点：、特点：单级传动比大单级传动比大;结构紧凑结构紧凑;传动平稳，无噪音传动平稳，无噪音;可自锁可自锁;传动效率低传动效率低;成本高。成本高。2、应用：、应用：机床：机床：数控工作台、分度数控工作台、分度汽车：汽车：转向器转向器冶金：冶金：材料运输材料运输矿山：矿山：开采设备开采设备起重运输：起重运输：提升设备、电梯、提升设备、电梯、自动扶梯自动扶梯二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型1、按蜗杆形状分、按蜗杆形状分环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗

2、杆传动2、根据齿面形状不同分为：、根据齿面形状不同分为： 普通蜗杆传动普通蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动 3、阿基米德蜗杆、阿基米德蜗杆在轴剖面：在轴剖面：直线齿廓直线齿廓 法剖面：法剖面：凸曲线凸曲线垂直轴剖面：垂直轴剖面：阿基米德螺线阿基米德螺线车削加工，不能磨削，精度低。车削加工，不能磨削，精度低。蜗轮滚刀：与蜗杆尺寸相同蜗轮滚刀：与蜗杆尺寸相同在中间平面上可看成直齿齿条与渐开线齿轮啮合在中间平面上可看成直齿齿条与渐开线齿轮啮合9.2 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中间平面上的参数作为设计基准中间平面上的参数作为设计基准一、普

3、通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择1 、蜗杆传动的正确啮合条件及模数、蜗杆传动的正确啮合条件及模数m和压力角和压力角 22121tatammm旋向相同旋向相同2 、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d1和导程角和导程角 为了限制蜗轮滚刀的为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标数目并便于滚刀的标准化，因此对每一标准化，因此对每一标准模数规定了一定数准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径量的蜗杆分度圆直径d1（表表9-1）11111/tandmZdPZa导程角：导程角：普通蜗杆传动的普通蜗杆传动的m与与d1搭配值搭配值 （表（表9-1）3 、传动比、传动比i、蜗杆头数蜗

4、杆头数Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z21221ZZnni蜗杆头数蜗杆头数Z1通常取为：通常取为：1，2，3，4，或，或6Z2=iZ1，一般取一般取Z2=28804 、传动中心距、传动中心距a和变位系数和变位系数x2标准中心距标准中心距)(2121dda变位蜗杆传动（只对蜗轮变位）变位蜗杆传动（只对蜗轮变位）（1） 变位前后，蜗轮的齿数不变变位前后，蜗轮的齿数不变: Z2 = Z2 而传动中心距改变而传动中心距改变: a amaaxmxmzdxmaa21221一般取一般取 x 1 1 按变位后的尺寸加工、安装按变位后的尺寸加工、安装（2）变位前后，传动中心距不变）变位前后，传动中心距不变 a =a蜗

5、轮的齿数变化蜗轮的齿数变化: Z2 Z2212121221mzdamxmzda222222zzxxzz一般取一般取 x 1 1 5 相对滑动速度相对滑动速度 S221211 1cos60 1000cossd nm/s式中：式中：d1-蜗杆分度圆直径，蜗杆分度圆直径，mmn1-蜗杆的转速，蜗杆的转速，r/min -蜗杆分度圆上的导程角蜗杆分度圆上的导程角, 度度二、蜗杆传动的几何尺寸计算二、蜗杆传动的几何尺寸计算9.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择和材料选择一、蜗杆传动的失效形式和设计准则一、蜗杆传动的失效形式和设计准则失效形式：失效形式：主要是齿面胶合、点

6、蚀和磨损，而且主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。失效通常发生在蜗轮轮齿上。设计准则：设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。件计算蜗杆传动的承载能力。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。因素的影响。对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。度和刚度进行计算。二、蜗杆和蜗轮的常用材料二、蜗杆和蜗轮的常用材料对蜗杆和蜗轮材料的要求：对蜗杆和蜗轮材料的要求：不仅要求具有足够的不仅要求具有足够的强度，

7、更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨性和跑和性能。性和跑和性能。蜗杆材料：蜗杆材料：一般用碳素钢或合金钢制成一般用碳素钢或合金钢制成蜗轮材料：蜗轮材料：一般为铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、一般为铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁灰铸铁9.4 普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算一、蜗杆传动的受力分析和计算载荷一、蜗杆传动的受力分析和计算载荷1 受力分析受力分析tan2212122121121arratatFFFdTFFdTFF而法向力而法向力nanFFcoscos/1取取11aaFF，coscosn则有则有coscos2cos221d

8、TacoaFFanN式中：式中：T1、T2分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mm,T2=i T1，N.mm, 传动效率，传动效率，i 传动比传动比d1 、 d2分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径, mm 压力角，压力角， =20 蜗杆分度圆柱上的导程角，度蜗杆分度圆柱上的导程角，度力的方向：力的方向：确定圆周力确定圆周力Ft及径向力及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力齿轮传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定，即的方向来判定，即Fa1与与 Ft2方向相反，方

9、向相反， Ft1与与 Fa2的的方向相反。方向相反。也可按照主动件左右手定则来判断。也可按照主动件左右手定则来判断。力的方向判断例题力的方向判断例题2 蜗杆传动的计算载荷蜗杆传动的计算载荷计算载荷计算载荷=K*名义载荷名义载荷KKKKA式中式中KA工作情况系数工作情况系数 K 动载荷系数动载荷系数 K 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算校核公式为：校核公式为：HEEHZdmKTZddKTZ99221222212设计公式为：设计公式为：22212)(9HEZZKTdmMPamm3ZE弹性系数，对于青铜或弹性系数，对于青铜或 铸铁蜗轮与钢制蜗杆

10、铸铁蜗轮与钢制蜗杆 配对时，取配对时，取MPaZE160H蜗轮材料的许用接触应力，蜗轮材料的许用接触应力，MPa式中：式中：0HHNHK式中：式中：0H应力循环次数应力循环次数N=107时，蜗轮材料的基本时，蜗轮材料的基本许用接触应力，许用接触应力，MPaHNK寿命系数寿命系数9.5 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、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率321式中：式中： 1啮合效率啮合效率)tan(tan1 2 3分别为轴承效率和搅油效率分别为轴承效率和搅油效率 一般取一般取 2 3=0.950.96蜗杆传动的总效率蜗杆传动的总效率)tan(tan)96. 09

11、5. 0(二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑润滑的目的：防止胶合和磨损、提高效率润滑的目的：防止胶合和磨损、提高效率开式：定期涂润滑脂开式：定期涂润滑脂闭式：浸油或喷油闭式：浸油或喷油三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算单位时间内由摩擦损耗单位时间内由摩擦损耗的功率产生的热量为的功率产生的热量为)1 (100011PHW式中：式中：P1蜗杆传动的功率，蜗杆传动的功率，KW 蜗杆传动的总效率蜗杆传动的总效率单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为)(02ttAKHsW式中式中 Ks散热系数散热系数 A散热面积散热面积 t达到平衡时，箱体内的达到平

12、衡时，箱体内的 油温，油温，t在在800以内以内 t0周围空气温度，周围空气温度， t0=200根据热平衡条件根据热平衡条件H1=H2可求得既定工作条件下可求得既定工作条件下的油温的油温AKPtts)1 (100010在既定工作条件下，保持正常油温所需要的在既定工作条件下，保持正常油温所需要的散热面积散热面积)()1 (100001ttKPAs2mC一般应使一般应使t在在80以下以下若若t80或有效的散热面积不足时或有效的散热面积不足时,则必须则必须采取措施采取措施,以提高其散热能力以提高其散热能力常用措施常用措施:1 、合理设计箱体结构、合理设计箱体结构,铸铸出或焊上散热片出或焊上散热片,以增大散以增大散热面积热面积2 、在蜗轮轴上装置风扇、在蜗轮轴上装置风扇,进行人工通风进行人工通风,以提高散以提高散热系数热系数3 、在箱体油池内装、在箱体油池内装设蛇形冷却水管设蛇形冷却水管4 、采用压力喷油循、采用压力喷油