机械设计 12章蜗杆传动

1、蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算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 第十二章第十二章 蜗杆传动蜗杆传动 p.182p.182(一一)蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点:优点优点: 缺点缺点:1.很大，一般880, 分度10002. 传动平稳, 噪音低3.可自锁, 结构紧凑1.s大效率低, 发热大可自锁时502.需贵重金属价高3.不宜用于大功率长期工作12

2、-1蜗杆传动的特点和类型由涡轮和蜗杆组成，传递交替轴间的运动和动力，传动中蜗杆为主动件、涡轮为从动件(二二)蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型:按 圆柱蜗杆蜗 杆的形 环面蜗杆状 锥蜗杆取决于蜗杆阿基米德阿基米德蜗杆传动（）蜗杆传动（）渐开线渐开线蜗杆传动（）蜗杆传动（）车削车削圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动(螺旋面形状)在包含轴线的截面内为凸廓曲线；在垂直轴线的截面为渐开线在包含轴线的截面内为侧边呈直线的齿条；在垂直轴线的截面为阿基米德螺旋线1d11apZ1111111dmZdmZdpZtga)(tgtg导程角导程角 轮齿方向与端面的夹角螺旋角螺旋角轮齿方向与轴线的夹角 1.外形外形: 蜗杆蜗杆短螺杆短

3、螺杆 蜗轮蜗轮特殊的斜齿轮特殊的斜齿轮 螺母螺母的一部分的一部分 2.具有具有螺旋传动的特点螺旋传动的特点:自锁自锁条件条件: (当量摩擦角当量摩擦角)效率效率计算计算:1ap展开展开:(三三)蜗杆的形成蜗杆的形成象齿条与斜齿轮啮合 4.蜗轮齿宽方向呈凹弧型蜗轮部分包容蜗杆 将点接触点接触线接触线接触 加工蜗轮滚刀中圆直径加工蜗轮滚刀中圆直径1 减少磨损, 胶合的机率 H承载力受力分析相同传动比计算类同： 2121 强度计算仿斜齿轮3.具有齿轮齿轮传动的特点特点10-2 圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算 轴交角轴交角90轴线垂直轴线垂直以中间平面以中间平面 参数

4、为准参数为准1.中间平面(一一)主要参数主要参数二二.几何尺寸计算几何尺寸计算 过蜗杆轴线并垂直于 蜗轮轴线的平面 正确啮合条件正确啮合条件: a1t2 a1 t2 21旋向相同旋向相同 蜗杆轴面(a) 蜗轮端面(t) 传动比i : i= n1 / n2 = Z2 / Z1d2 / d1Z1=1 , 2, 4 Z1少 Z1多Z2=iZ1 Z1、Z2查表12-2 P.184Z2少 Z2多结构过大蜗杆刚度Z280效率高, 加工难度大自锁性好, 效率低根切 单齿对啮合Z2262.传动比传动比i , 蜗杆头数蜗杆头数Z1, 蜗轮齿数蜗轮齿数Z2tg Z1px/d1=11 Z1 / q (12-2) 直

5、径系数 q=d1/m为为减少滚刀减少滚刀的规格数量的规格数量1定为标准值定为标准值 1与搭配与搭配 表表12-1 p.184221 =mq 1 3.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径1 ; 直径系数直径系数q ; 导程角导程角d1越小，导程角越大，效率越高，蜗杆的刚度、越小，导程角越大，效率越高，蜗杆的刚度、 强度越小强度越小 通常转速高的蜗杆取较小的通常转速高的蜗杆取较小的d1，涡轮齿数较多时可取，涡轮齿数较多时可取较大的较大的d1值。值。4.齿面间滑动速度齿面间滑动速度Vs:cos/12221VVVVSV1V2VsV1：蜗杆的园周速度：蜗杆的园周速度 V2：蜗轮的园周速度：蜗轮的园周速度(二二)

6、几何尺寸计算几何尺寸计算 表表(12-3) p.186 C*=0.2 ; df=d2(ha*+C*) m= d2.4 ma0.5(12) 0.5m(q+Z2)0.5(12)5.中心距中心距功用和传动比功用和传动比蜗杆头数和涡轮齿数蜗杆头数和涡轮齿数 强度确定中心距和模数强度确定中心距和模数例1 涡轮蜗杆传动中，蜗杆模数m=4、头数z1=2、分度圆直径d1=40mm、涡轮齿数z2=39，试计算蜗杆直径q、导程角及蜗杆传动的中心距。 解（1）蜗杆直径系数 q=d1/m=10； （2）导程角tan=z1/q=2/10=0.2 （3）传动的中心距a=0.5m(q+z2)=98 1.失效形式失效形式 :

7、2.部位部位 : 闭式闭式 开式开式胶合、胶合、 点蚀、点蚀、 磨损磨损蜗轮轮齿上蜗轮轮齿上(结构、材料结构、材料)(一一) 蜗杆传动的蜗杆传动的失效失效形式形式 p.186蜗轮蜗轮非锡青铜、非锡青铜、 锡青铜锡青铜(二二)蜗杆、蜗轮的材料蜗杆、蜗轮的材料(三三)蜗杆、蜗轮的结构蜗杆、蜗轮的结构10-3 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(二二)蜗杆、蜗轮的材料蜗杆、蜗轮的材料 1.对材料的要求：对材料的要求：2.蜗杆的材料蜗杆的材料 最好最好淬火钢淬火钢(低碳钢渗碳淬火;中碳钢表面淬火)其余其余调质钢调质钢低速、人力传动、铸铁蜗轮减摩、耐磨、抗胶合减摩、耐磨、抗胶合

8、高的强度及光洁度、足够的刚度高的强度及光洁度、足够的刚度 3.蜗轮的蜗轮的材料材料 最好最好锡青铜锡青铜 ZCuSn10p1(10-1) ZCuSn5PbZn5(5-5-5)其余其余铝青铜、灰铸铁、尼龙铝青铜、灰铸铁、尼龙减摩、抗胶合、抗点蚀减摩、抗胶合、抗点蚀碳素钢钢、合金钢钢 p.186倒4蜗杆的结构通常为整体式蜗轮的结构通常为组合式整体式整体式齿圈式齿圈式螺栓联接式螺栓联接式拚铸式拚铸式整体式齿圈式 螺栓联接式拚铸式(三三) 蜗杆、蜗轮的结构蜗杆、蜗轮的结构 Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Ft2Ft2蜗杆三个分力蜗杆三个分力：Fr1, Ft1, Fa1蜗轮三

9、个分力：蜗轮三个分力：Fr2, Ft2, Fa2 tgFFFtrr221 11212dTFFat 22212dTFFta mmNnPTiT216121055. 91.蜗杆、蜗轮旋向蜗杆、蜗轮旋向相同相同2.作用力的大小作用力的大小(将将Fn分解分解)12-4 蜗杆传动的受力分析受力分析 P.188Fr1Fr2右右Fr1Fr2Fr1Fr2Ft2Fa1Ft1Fa2Ft1Fa1Ft2Fa2右右4. 蜗轮的转向蜗轮的转向与与Fa 1 反向反向3.作用力的方向作用力的方向(示意图）示意图）二二.蜗轮齿面接触强度计算蜗轮齿面接触强度计算12-5圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算 主要失效失效形式

10、(涡轮轮齿): 胶合、磨损、点蚀 仿斜齿轮仿斜齿轮强度计算齿面接触接触强度计算 1.设计:计算齿面接触强度（限制接触应力的方法） (当齿数大于80 (才弯断 ) 校核弯曲强度) 2.只计算蜗轮的强度，需校核蜗杆刚度 3.开式传动，磨损速度大于点蚀速度，只需按弯曲强度设计计算，对于闭式传动，还需要热平衡计算。(一一)强度计算依据强度计算依据: 闭式蜗轮 锡青铜 点蚀 非锡青铜胶合开式 磨损 (二二)蜗轮齿面疲劳接触强度计算蜗轮齿面疲劳接触强度计算 HAEHaTkzz32322HEAzzTka 许用接触应力Mpa校核公式校核公式Mpa (12-8)设计设计公式公式mm (12-9)kA使用系数，1

11、.11.4; a中心距mm zE材料综合弹性系数，钢与铸锡青铜时取150，钢与铝青铜或灰铸铁时取160 ; zp接触系数，查图12-11 T2蜗轮上的转矩 Nmm 许用接触应力Mpa蜗轮铸锡青铜(点蚀 ) 表(12-4) 铸铝青铜及灰铸铁(胶合) 与相对速度有关表(12-5)许用接触应力许用接触应力计算出中心距后，粗算出蜗杆分度圆直径和模数，再选定标准模数875.0168.0ad 212zdam(三三)蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 FFaAFYmddTk2212cos53.1F 涡轮许用弯曲应力MPa，查表12-6验算验算公式公式MPa (12-11)设计设计公式公式 (1

12、2-12)YFa2涡轮齿形系数，用当量齿数Zv 查图11-8r蜗杆导程角22212cos53.1FaFAYzTkdm(四四)蜗杆刚度计算蜗杆刚度计算 EIlFYtt48311切向力切向力径向力径向力蜗杆细长，支承跨距较大，若受力后产生挠度过大，将影响正常啮合传动。蜗杆产生的挠度应小于许用挠度YEIlFYrr48311合成总挠度合成总挠度 YYYYrt2121例题 设计由电动机驱动的蜗杆减速器中的蜗杆传动。功率P1=5.5kW，转速n1=960r/min，传动比i=21，载荷平稳单向回转。 解：设计-校核 设计 1）选择材料并确定其许用应力 2）选择蜗杆头数，并估计传动效率 3）确定涡轮转矩T2

13、 4）确定使用系数KA,综合弹性系数zE 5）确定接触系数322HEAzzTka 6）计算中心距 7）确定模数，涡轮齿数，蜗杆直径系数，导程角，中心距等 弯曲强度校核 1）涡轮齿形系数 2）涡轮齿根弯曲应力 蜗杆刚度计算FFaAFYmddTk2212cos53. 1(二二) 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑(三三)蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算10-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 VS大摩擦、磨损大发热大、效率低1 啮合效率 2、 3 轴承及搅油效率 ; 导程角 ;)()97. 095. 0(321tgtg)(1tgtg(12-13)farctg f 当量摩擦系数当量摩擦角表(1

14、2-7) p.200(一一)蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率1.蜗杆传动的蜗杆传动的效率效率: 当自锁 50当振动大时摩擦自锁 不可靠另加制动装置(二二) 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑油浴润滑，常采用蜗杆下置方式，由蜗杆带油润滑。当 V14m/s上置式，由涡轮带油润滑2.总效率总效率，查表，查表12-8选取选取(三)蜗杆传动的热平衡计算: p.191 Vs大效率低、发热大要求散热及时, 否则磨损胶合热平衡计算 单位时间发热量 同时间散热量 CtAPtttt7060)1 (100010 11000P1(1) W 2tA (t - t0) W 1.计算公式计算公式:1 2 (1)增大散热面积 (2)提高散热系数t：CAPtttt7060)1 (1000102.改善散热措施改善散热措施:轴上装风扇、装蛇形冷却管、循环油冷却 图12-11例 计算上例蜗杆传动的效率。若已知散热面积A=1.2，计算润滑油的温升。 解： 1）相对滑动速度 2）当量摩擦角，查表12-7 3）总传动效率 4）散热计算CAPtttt7060)1 (100010)()97. 095. 0(321tgtg小结：1.蜗杆传动的特点：i很大，一般i=780, 分度 500 ；平稳