第11章蜗杆传动ppt课件

1、第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动 (Design of Worm Gearing)1.1.了解蜗杆传动的特点及运用；了解蜗杆传动的特点及运用；2. 2. 掌握蜗杆传动的受力分析及失效方式，从而合理地选择蜗掌握蜗杆传动的受力分析及失效方式，从而合理地选择蜗杆及蜗轮的资料，并进展强度计算；杆及蜗轮的资料，并进展强度计算；3.3.掌握蜗杆传动设计有关参数的选择原那么及其影响。掌握蜗杆传动设计有关参数的选择原那么及其影响。4.4.能对蜗杆传动进展效率计算及热平衡计算，并能合理地处理能对蜗杆传动进展效率计算及热平衡计算，并能合理地处理散热问题。散热问题。一一. 教学目的教学目的二二 教学重点和难点教学

2、重点和难点重点：蜗杆传动的受力分析，有关参数的选择原那么，及效重点：蜗杆传动的受力分析，有关参数的选择原那么，及效率和热平衡计算。率和热平衡计算。难点：蜗杆传动的受力分析及热平衡计算。难点：蜗杆传动的受力分析及热平衡计算。第一节第一节 蜗杆传动设计的概述蜗杆传动设计的概述一、蜗杆传动的特点及运用一、蜗杆传动的特点及运用(characteristics)与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大(high speed (high speed ratio)ratio)，在动力传送中传动比在，在动力传送中传动比在5 58080之间，在分度机构中之间，在分度机构中传动

3、比可以到达传动比可以到达300300；假设只传送运动，传动比可达；假设只传送运动，传动比可达1000.1000.传动平稳、噪声低；构造紧凑；在一定条件下可以实现自传动平稳、噪声低；构造紧凑；在一定条件下可以实现自锁等优点而得到广泛运用。锁等优点而得到广泛运用。蜗杆传动是一种空间交错轴蜗杆传动是一种空间交错轴(skew shafts)(skew shafts)间传送运动的机构。间传送运动的机构。蜗杆传动常用于两轴交错蜗杆传动常用于两轴交错(skew shafts) (skew shafts) 、传动比较大、传动比较大、传送功率不太大或间歇任务的场所。当要求传送较大功率传送功率不太大或间歇任务的场

4、所。当要求传送较大功率时，为提高传动效率，常取时，为提高传动效率，常取Z1Z12 24 4。此外，由于当。此外，由于当11较较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起平安维护作用。它还广泛运用在机床、汽车、仪器、冶金平安维护作用。它还广泛运用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中机械及其它机器或设备中, ,其缘由是由于运用轮轴运动可以其缘由是由于运用轮轴运动可以减少力的耗费减少力的耗费, ,从而大力推行。从而大力推行。 但由于在啮合处存在相当大的滑动，故其效率低、发热量大但由于在啮合处存在相当大的滑动，故其效率低、发热量大和磨

5、损严重，故不适宜于大功率传动和长期延续任务的场所。和磨损严重，故不适宜于大功率传动和长期延续任务的场所。蜗轮齿圈部分经常用减磨性能好的有色金属蜗轮齿圈部分经常用减磨性能好的有色金属如青铜如青铜制造，制造，本钱高等缺陷。本钱高等缺陷。 按蜗杆按蜗杆外形分外形分圆柱蜗杆圆柱蜗杆环面蜗杆环面蜗杆锥面蜗杆锥面蜗杆二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 圆柱蜗杆圆柱蜗杆环面蜗杆环面蜗杆 锥面蜗杆锥面蜗杆 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆ZA其齿面为阿基米其齿面为阿基米德螺旋面。加工时，梯形车刀切削刃

6、德螺旋面。加工时，梯形车刀切削刃的顶平面经过蜗杆轴线，在轴向剖面的顶平面经过蜗杆轴线，在轴向剖面I-I具有直线齿廓，法向剖面具有直线齿廓，法向剖面N-N上齿廓上齿廓为外凸线，端面上齿廓为阿基米德螺为外凸线，端面上齿廓为阿基米德螺线。这种蜗杆切制简单，但难以用砂线。这种蜗杆切制简单，但难以用砂轮磨削出准确齿形，精度较低。轮磨削出准确齿形，精度较低。法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆ZN轴剖面内的齿轴剖面内的齿廓为凹圆弧，又称延伸渐开线蜗杆。廓为凹圆弧，又称延伸渐开线蜗杆。车制时刀刃顶面置于螺旋线法面上，车制时刀刃顶面置于螺旋线法面上，蜗杆在法向剖面上具有直线齿廓，在蜗杆在法向剖面上具有直线齿廓，在端面上为

7、延伸渐开线齿廓。这种蜗杆端面上为延伸渐开线齿廓。这种蜗杆可用砂轮磨齿，加工较简单，常用作可用砂轮磨齿，加工较简单，常用作机床的多头精细蜗杆传动。机床的多头精细蜗杆传动。渐开线蜗杆渐开线蜗杆ZI端面齿形为渐开线，端面齿形为渐开线，加工时，车刀刀刃平面与基圆或上或下加工时，车刀刀刃平面与基圆或上或下相切，被切出的蜗杆齿面是渐开线螺旋相切，被切出的蜗杆齿面是渐开线螺旋面，端面上齿廓为渐开线。这种蜗杆可面，端面上齿廓为渐开线。这种蜗杆可以磨削，易保证加工精度。以磨削，易保证加工精度。三、主要参数及尺寸计算三、主要参数及尺寸计算1、模数、模数m(参见参见P245表表11-2)和压力角和压力角2、蜗杆的分

8、度圆直径、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数和直径系数q3、蜗杆头数、蜗杆头数z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z2 z1= 1、2、4、6要求自锁时，取小值。要求有传动效率要求自锁时，取小值。要求有传动效率或速度较高时，那么取大值。或速度较高时，那么取大值。 z2=iz1 ，普通，普通z2=28-80。参。参见见P244表表11-1.4、蜗轮直径、蜗轮直径d25、规范中心距、规范中心距 aamqz2i12= n1/n2 = z2/z1 d2 / d1 = z1pa1/d1= mz1/d1 tan1=l/d1= z1/q d dd1d1lpa11 11111= z1m/d1四、正确啮合条件四、正确啮合条件1

9、 1 1121tammmta2121五、精度等级的选择五、精度等级的选择GB/T 10089-1988 蜗杆和蜗杆传动规定了蜗杆和蜗杆传动规定了1212个精度等级，第个精度等级，第1 1级的精度最高，级的精度最高，第第1212级的精度最低。级的精度最低。对于动力蜗杆传动，普通按照对于动力蜗杆传动，普通按照6 69 9级精度制造。级精度制造。 6 6级精度的传动可用于中等精细机床的分度机构和发动级精度的传动可用于中等精细机床的分度机构和发动机调理系统的传动。机调理系统的传动。7 7级精度可用于中等精度的运输机及中等功率的蜗杆传动。级精度可用于中等精度的运输机及中等功率的蜗杆传动。 8 8级精度可

10、用于圆周速度较低，每天只需短时间任务的级精度可用于圆周速度较低，每天只需短时间任务的次要传动。次要传动。9 9级精度只能用于不重要的低速传动及手动传动。级精度只能用于不重要的低速传动及手动传动。六、蜗杆传动的失效方式和设计准那么六、蜗杆传动的失效方式和设计准那么1、失效方式、失效方式(type of failure)1主要失效为外表失效主要失效为外表失效即点蚀即点蚀(pitting)、胶合、胶合(gluing)与磨损与磨损(abrasive) ，这是由，这是由于蜗杆传动中啮合面间的相对滑动速度于蜗杆传动中啮合面间的相对滑动速度vs较大。在光滑较大。在光滑和散热不良时，胶合和磨损为主要失效方式。

11、和散热不良时，胶合和磨损为主要失效方式。2普通蜗杆传动中很少发生轮齿折断普通蜗杆传动中很少发生轮齿折断(breakage)，只，只需当需当z280100或开式齿轮传动时才容易发生。或开式齿轮传动时才容易发生。由于蜗轮无论在资料的强度和构造方面均较蜗杆弱，所以由于蜗轮无论在资料的强度和构造方面均较蜗杆弱，所以失效多发生在蜗轮轮齿上，设计时只需求对蜗轮进展承载失效多发生在蜗轮轮齿上，设计时只需求对蜗轮进展承载才干计算。才干计算。2、设计准那么、设计准那么(design criteria)所以蜗杆传动的设计准那么为：所以蜗杆传动的设计准那么为：1闭式蜗杆传动，按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进闭式蜗杆传

12、动，按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进展设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进展热平衡验展设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进展热平衡验算；算；2开式蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进展设计。开式蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进展设计。3蜗杆由于常与轴制成一体，设计时，按普通轴对蜗蜗杆由于常与轴制成一体，设计时，按普通轴对蜗杆进展强度校核，必要时还应进展刚度计算。杆进展强度校核，必要时还应进展刚度计算。常采用青铜常采用青铜低速时用铸铁低速时用铸铁作蜗轮的齿圈，与淬硬并磨制的作蜗轮的齿圈，与淬硬并磨制的钢制蜗杆相匹配。钢制蜗杆相匹配。七、蜗轮蜗杆常用资料及热处置七、蜗轮蜗杆常用资料及热处置(Ma

13、terials and Heat Treatment) 蜗杆普通是用碳钢或合金钢制成。蜗杆普通是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用高速重载蜗杆常用15Cr15Cr、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等，并经渗碳淬火，等，并经渗碳淬火，硬度可达硬度可达585863HRC63HRC。普通传动中可以用普通传动中可以用4040、4545或或40Cr40Cr并经淬火，这样蜗杆淬火后的并经淬火，这样蜗杆淬火后的硬度为硬度为404055HRC55HRC。普通不太重要的低速中载的蜗杆，可采用普通不太重要的低速中载的蜗杆，可采用4040、4545钢，并经调质钢，并经调质处置，其硬度为处置，其硬

14、度为220300HBS220300HBS。1、蜗杆、蜗杆(worm)资料资料2、蜗轮、蜗轮(worm gear)资料资料 蜗轮资料根据蜗轮资料根据vs的高低而选定。的高低而选定。铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5 其减摩性、耐磨性均好，抗胶合才干强，但价钱其减摩性、耐磨性均好，抗胶合才干强，但价钱高，强度较低高，强度较低B300MP。适用于相对滑动。适用于相对滑动速度速度12m/s vs25m/s的高速重要蜗杆传动。的高速重要蜗杆传动。铸铝青铜铸铝青铜ZCuAl1010Fe3 强度高、耐冲击且价钱廉价，但抗胶合才干及耐强度高、耐冲击且价钱廉价，但抗胶合才干及耐磨性都不

15、如锡青铜。适用于相对滑动速度磨性都不如锡青铜。适用于相对滑动速度vs10m/s的蜗杆传动。的蜗杆传动。铸铝黄铜铸铝黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3 抗点蚀强度高，但磨损性能差，宜用于低速滑动抗点蚀强度高，但磨损性能差，宜用于低速滑动的场所。的场所。灰铸铁和球墨铸铁灰铸铁和球墨铸铁HT150 、QT8002 主要用于的低速主要用于的低速vs2m/s 、轻载、不重要的、轻载、不重要的蜗杆传动中。蜗杆传动中。八、蜗轮蜗杆的构造八、蜗轮蜗杆的构造蜗杆构造蜗杆构造蜗轮构造蜗轮构造蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。轮齿部分轮齿部分青铜青铜 轮毂部分轮毂部分钢或

16、铸铁钢或铸铁 齿圈式齿圈式螺拴联接式螺拴联接式拼铸式拼铸式整体式整体式第二节第二节 蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的受力分析和强度计算21112atFdTF12222atFdTF一、受力分析一、受力分析(Force Analysis)圆周力圆周力tangential force 径向力径向力(radial force) tan221trrFFF轴向力轴向力(axial force) 力的方向和蜗轮转向的判别力的方向和蜗轮转向的判别 圆周力圆周力 Ft主反从同主反从同 径向力径向力Fr指向各自的轮心指向各自的轮心 轴向力轴向力 Fa1蜗杆左右手螺旋蜗杆左右手螺旋定那么定那么 蜗轮转向的判别

17、蜗轮转向的判别 ：Fa1的反向即为蜗轮的角速度的反向即为蜗轮的角速度w2方向方向Ft1Fa2Fr1Fr2Fr2Fa1n1 n2n2Ft1Ft2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Ft2Fa2Fa2Fa1Fa1n11112p1112p2222vp2vp22nn1n2n1(右旋）右旋）n2n1(左左旋旋）n2n1二、蜗轮的强度计算二、蜗轮的强度计算(Strength Calculation)1、齿面接触疲劳强度的计算、齿面接触疲劳强度的计算(Contact Stength Calculation)按中间平面内斜齿轮与齿条啮合进展强度计算按中间平面内斜齿轮与齿条啮合进展强度计算 /32HEHaKTZZ校核

18、公式校核公式 Z思索齿面曲率和接触线长度影响的接触系数，根据齿思索齿面曲率和接触线长度影响的接触系数，根据齿形和形和d1/a的值查的值查P253图图11-18设计公式设计公式 322HEZZKTaZE资料的弹性系数，当青铜或铸铁蜗轮与钢制蜗杆资料的弹性系数，当青铜或铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对时，配对时，MPZE160P252式式11-11P254式式11-12K载荷修正系数载荷修正系数vAKKKKKA运用系数；运用系数；查查P253表表11-5K 齿向载荷分配系数；齿向载荷分配系数；载荷平稳时，载荷平稳时，K =1；有冲击、振动时，有冲击、振动时，K =1.31.6Kv动载系数；动载系数；v23m

19、/s时，时，Kv=1.01.1;v23m/s时，时，Kv=1.11.2;H许用接触应力许用接触应力当蜗轮资料为铸铁或强度较高当蜗轮资料为铸铁或强度较高B 300MPa的铸铝青的铸铝青铜时，其承载才干主要取决于齿面胶合才干，而齿面胶合铜时，其承载才干主要取决于齿面胶合才干，而齿面胶合不属于疲劳失效，所以这时的值与循环次数无关，其值可不属于疲劳失效，所以这时的值与循环次数无关，其值可经过查经过查P253表表11-6获得。获得。当蜗轮资料为当蜗轮资料为B 4 m/s时蜗杆上置时蜗杆上置有利于光滑，其浸油深度应为蜗有利于光滑，其浸油深度应为蜗杆的一个齿高。杆的一个齿高。防止过大的搅油损失，其浸油深防止

20、过大的搅油损失，其浸油深度约为蜗轮外径的三分之一。度约为蜗轮外径的三分之一。蜗杆下置蜗杆上置二、圆柱蜗杆传动的效率二、圆柱蜗杆传动的效率 = 123 与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：230.950.96轮齿啮合的效率轮齿啮合的效率1轴承中摩擦损耗轴承中摩擦损耗 2搅动箱体内光滑油的油阻损耗搅动箱体内光滑油的油阻损耗 3啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：)(1vtgtg)()96.095.0(vtgtgvv当量摩擦角当量摩擦角(P264(P264表表11-18)11-18)决议于蜗轮蜗杆的决议于蜗轮蜗杆的资料、光滑油的种资料、光滑油的种类、啮合角及相对类、啮合角及相对滑动速度。滑动速度。蜗杆传动的滑动速度蜗杆传动的滑动速度 v1 蜗杆节点圆周速度蜗杆节点圆周速度 v2蜗轮节点圆周速度蜗轮节点圆周速度 1111cos100060cosvndvvS 蜗杆蜗轮齿面间相对滑动蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度速度vs v1vsv2v2P12d2d1三、蜗杆传动的热平衡计算及其冷却方法三、蜗杆传动的热平衡计算及其冷却方法设蜗杆传动功率为设蜗杆传动功率为P1 K W,效率为效率为 蜗杆传动单位时间的发热量为蜗杆传动单位时间的发热量为 )1 (100011P自然冷