机械设计 第11章 蜗杆传动学习课件

俞爱林广东工业大学机电学院电话：39322212EMAIL：allan75@126.com机械设计

DesignofMachinery

第11章蜗杆传动11-1蜗杆传动的类型11-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算11-3

普通圆柱蜗杆传动承载能力计算11-5普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算11-6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计基本要求:掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法一、蜗杆传动的特点通常二轴交角

＝90°蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆蜗轮

1组成和应用11-1蜗杆传动的特点和类型导程角→轮齿方向与端面的夹角螺旋角β→轮齿方向与轴线的夹角

(1)外形:蜗杆→短螺杆

蜗轮→特殊的斜齿轮→螺母的一部分(2)具有螺旋传动的特点

自锁条件:效率:(当量摩擦角)(3)具有齿轮传动的特点→齿条与斜齿轮啮合受力分析相同传动比计算同：ｉ＝z2／z1≠ｄ2／ｄ1

强度计算仿斜齿轮

(4)蜗轮齿宽方向呈凹弧型→蜗轮部分包容蜗杆接触线增长★加工蜗轮滚刀与蜗杆相似

减少磨损,胶合的机率σH↓→承载力↑优点:1.ｉ很大，一般ｉ＝7～80,分度ｉ＝5002.传动平稳,噪音低

3.可自锁,结构紧凑缺点:1.Ｖs大→效率低,发热大→可自锁时η＜50％

2.需贵重金属→价高

3.不宜用于大功率长期工作2特点圆柱蜗杆传动

锥面包络蜗杆传动（ＺＫ）取决于蜗杆按蜗杆形状分环面蜗杆传动锥蜗杆传动

阿基米德蜗杆传动（ＺＡ）渐开线蜗杆传动（ＺＩ）法向直廓蜗杆传动（ＺＮ）二、蜗杆传动的类型

圆弧圆柱蜗杆传动（ＺC）11-2普通圆柱蜗杆传动主要参数及几何尺寸一、正确啮合条件二、主要参数三、几何尺寸一、正确啮合条件正确啮合条件：ma1=mt2=m

a1=

t2

1=2旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋主平面(中间平面):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面1导程角根据正确啮合条件，

1=2（蜗轮的螺旋角）从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动蜗杆的导程角相当于螺纹的螺纹升角paz1pa

z1pad1pa为蜗杆轴向齿距二、主要参数及其选择

2.蜗杆分度圆直径ｄ1为减少滚刀的规格数量→ｄ1定为标准值ｄ1与ｍ搭配表11—2paz1pa

z1pad13蜗杆头数z1蜗杆头数根据传动比和效率来选定单头传动比大，效率低；头数多效率高，但难加工。常取1、2、4、6见表11-1d1Bpa2

da2d2df2df1da1hahfhda24传动比i和齿数比u传动比齿数比当蜗杆主动时，d1Bpa2

da2d2df2df1da1hahfhda25蜗轮齿数z2根据传动比和蜗杆的头数决定z2=i×z1为了避免根切，并有足够的啮合区，不应小于28，一般不大于80

见表11－1d1Bpa2

da2d2df2df1da1hahfhda2中心距其余几何尺寸见表11-3ad1Bpde22

da2d2df2df1da1hahfh三、几何计算C*=0.211-3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二、蜗杆传动的受力分析三、蜗杆传动强度计算一、失效形式、设计准则及常用材料——主要考虑蜗轮开式传动：齿面磨损、轮齿折断

保证齿根弯曲疲劳强度闭式传动：齿面胶合、点蚀

按齿面接触疲劳强度设计，齿根弯曲疲劳强度校核另外，还应作热平衡计算失效：胶合、点蚀、磨损、齿根折断——蜗轮轮齿开式传动：齿面磨损、轮齿折断闭式传动：齿面胶合、点蚀由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上1失效形式2计算准则材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度高的强度、刚度及光洁度碳钢—45号钢调质或淬火合金钢—20Cr、20CrMnTi(渗碳淬火)、40Cr(表面淬火)减摩、抗胶合、抗点蚀铸锡青铜ZCuSn10P1—适合高速铸铝青铜ZCuAl9Fe3—低速重载灰铸铁HT200—低速轻载1）蜗杆的材料2）蜗轮的材料3材料选择通常为整体式——蜗杆轴1）蜗杆结构4蜗杆传动结构2）蜗轮结构通常为组合式二、受力分析作用力的大小：受力分析类似斜齿传动蜗杆、蜗轮旋向相同蜗杆三个分力：Fr1,Ft1,Fa1蜗轮三个分力：Fr2,Ft2,Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft21力的大小径向力的判断方法：指向各自圆心圆周力的判断方法：利用转向判断轴向力的判断方法：蜗杆左、右手方法主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；若主动轮为左旋，用左手蜗轮的转向：与Fa1反向Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft22力的方向练习：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅲ为输出，轴Ⅲ转向如图。试：确定各轮转向、旋向，使轴Ⅱ所受轴向力最小。1.n4→,n3↑,n2↑,Ft2⊙,Fa1⊕2.Fa3←,Fa2→,Ft1←n1顺时针蜗轮右旋蜗杆右旋→n4输出ⅢⅠⅡ1234⊙Ft2xFa1Fa3Fa2Ft1n2n11、蜗轮齿面的接触疲劳强度计算三、蜗杆传动强度计算特点：强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似校核公式－MpaK—载荷系数K=KAKβKV

ZE—材料的弹性影响系数青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆ZE=160Mpa1／2Zρ—蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数图11—18[σＨ]—许用接触应力查表(11-6),

锡青铜[σＨ]=KHN[σＨ]′，[σＨ]′查表(11-7)设计公式－ＹＦa2—齿形系数依当量齿数查图11—19［σＦ］—许用弯曲应力［σＦ］=［σＦ］′KFN

［σＦ］′查表(11-8)校核公式Mpa设计公式mm32、蜗轮齿根的弯曲疲劳强度计算11-5

蜗杆传动效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率二、蜗杆传动的润滑三、蜗杆传动的热平衡计算1齿面滑动速度Vsd1v2,va1v1v2vs

一、蜗杆传动的效率可见

Vs远大于V1→摩擦、磨损大→发热大→效率低η=η1η2

η3=0.95~0.96η1

3η的估算T2=T1iη12蜗杆传动的效率Z11246η0.70.80.90.95η1—

啮合摩擦损失效率η2

—

轴承摩擦损失效率η3

—搅油损失效率γ—

导程角—当量摩擦角Vs≤5m/s，油浴润滑

Vs＞5～10m/s，油浴润滑或喷油润滑Vs＞10m/s，喷油润滑二、蜗杆传动的润滑但蜗杆线速度V1＞4m/s→上置式Vs大→发热大→效率低——若散热及时→热平衡

1计算公式:

单位时间发热量同时间散热量控制油温所需散热面积ta—室温20℃αd—散热系数αd=8.15~17.45W/m2℃三、蜗杆传动的热平衡计算散热片风扇蛇形冷却水管2改善散热措施(1)增大散热面积S(2)提高散热系数αd

：轴上装风扇、装蛇形冷却管,循环油冷却传动方案的布置1.带传动(承载力小,平稳,缓冲吸振)2.链传动(运动不均匀,动载荷随n增大而增大)3.蜗杆传动:(i大,平稳,η低)4.锥齿轮(加工困难,精度低)5.开式齿轮传动(磨损大)→高速级→低速级→中小功率,间歇运转。不宜用于大功率传动→高速级(易形成油膜→增加η)→改变轴的方向才用→高速级(减小尺寸)→低速级(减少磨损)

高速级→要求平稳∵n越高(P同)→T越小→F越小→对冲击振动越敏感6.布置方案

7.齿轮