机械原理 第七章 蜗杆传动学习课件

蜗杆传动的特点和类型

圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

蜗杆传动的失效形式、材料和结构第七章蜗杆传动蜗杆传动

圆柱蜗杆传动的受力分析

圆柱蜗杆传动的强度计算

圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸本章知识导读2.重点、难点提示重点：普通圆柱蜗杆传动的啮合特点、主要参数及几何尺寸计算、正确啮合条件、受力分析及强度计算。难点：蜗杆传动的受力分析。第七章蜗杆传动第一节蜗杆传动的类型特点

由蜗杆、蜗轮组成的，用于传递交错轴之间的回转运动和动力

蜗杆传动的功用

蜗杆传动的主要优点2、结构紧凑、传动平稳和噪声较小等。1、一级得到很大的传动比；

蜗杆传动的主要缺点2、为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需要用青铜制造，成本较高。1、传动效率较低；磨损较严重3、可实现自锁。3、蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。

若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且β1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。1ω1所得齿轮称为:蜗杆而与之啮合的齿轮为:蜗轮蜗轮的螺旋角为β。蜗杆2ω2蜗轮

蜗杆的形成第一节蜗杆传动的类型特点蜗杆的导程角为γ。类型按螺旋面形状分阿基米德蜗杆渐开线蜗杆环面蜗杆按蜗杆形状分圆柱蜗杆环面蜗杆圆柱蜗杆渐开线蜗杆阿基米德蜗杆γ阿基米德螺线渐开线基圆2αα锥蜗杆按螺旋方向分：蜗杆有左旋、右旋之分，一般常用的为右旋蜗杆；按螺旋线头数分：单头、双头和多头蜗杆。单头蜗杆传动比大、传动效率较低，可实现机构的自锁。多头蜗杆传动比较小，传动效率较高。第一节蜗杆传动的类型特点

蜗杆传动的类型第二节蜗杆传动的啮合特性和运动关系一、蜗杆传动的正确啮合条件设计：潘存云中间平面正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：2αmt2=ma1=m在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合αt2=αa1=αγ=β

二、蜗杆传动的运动关系第二节蜗杆传动的啮合特性和运动关系1.传动比n2n1i=---z1z2

=---2.齿面间滑动速度vS12p12pω1v2ω2ω2γv2vSv1ω1ttγ由相对运动原理可知:v2=v1+

vS

作速度向量图，得:vS

=v22+v12=v1/cos

γv2=v1

tanγ蜗轮的转向:右旋蜗杆伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速度vp2的方向与拇指指向相同。左旋蜗杆：用右手判断，方法一样12pv2ω2ω112par1r2ω2v2ω1第二节蜗杆传动的啮合特性和运动关系压力角:α=20°模数m取标准值，与齿轮模数系列不同分度传动，推荐用α=15°动力传动，推荐：α=25°1、模数m和压力角α2、传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆头数z1

：即螺旋线的数目蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。d通常：z1=1~4第三节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算n2n1i=---传动比z1z2

=---蜗轮齿数：z2=iz1

z2≥26

一般情况：z2≤80

3、蜗杆的导程角γ将分度圆柱展开得：=z1px1/πd1=mz1/d1

tanγ1=l/πd1πd1lpx1γ1d1γ1β14、蜗杆的分度圆直径d1与直径系数q加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相同，为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值，并与模数相配。q为蜗杆的直径系数定义：

q=d1/m一般取:q=8～18tanγ1=

px

z1/πd1

=z1

/q于是有：d1=

mq

=

mz1/d1第三节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距为:5、中心距a第三节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算（见表7-3）第四节蜗杆传动的失效形式和设计准则一、蜗杆传动的失效形式主要失效形式：胶合、点蚀、磨损二、蜗杆传动的设计准则在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。闭式传动，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。

1.按齿面接触疲劳强度进行设计；

2.按齿根弯曲疲劳强度进行校核；

3.热平衡核算。由于材料和结构上的原因，所以失效经常发生在蜗轮轮齿上，一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算。另外，由于蜗杆与蜗轮齿面间有较大的相对滑动速度，为此蜗杆传动的承载能力往往受到抗胶合能力的限制。第五节蜗杆、蜗轮的材料与结构一、蜗杆的材料与结构1.蜗杆的材料材料蜗杆采用碳素钢与合金钢表面光洁、硬度高。材料牌号选择

高速重载蜗杆20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火56-62HRC)

或40Cr、42SiMn、45(表面淬火45-55HRC)一般蜗杆：4045钢调质处理(硬度为220-250HBS)2.蜗杆的结构蜗杆通常与轴制成一体z1=1或2时：b1≥(11+0.06z2)mz1=4时:b1≥(12.5+0.09z2)m设计：潘存云b1

蜗杆轴蜗杆长度b1的确定：第五节蜗杆、蜗轮的材料与结构一、蜗杆的材料与结构第五节蜗杆、蜗轮的材料与结构二、蜗轮的材料与结构1.蜗轮的材料

蜗轮齿圈采用青铜减摩、耐磨性、抗胶合；

蜗轮的材料应依据蜗杆副的相对滑动速度vS选取。（1）锡青铜抗胶合和耐磨性好，一般用于滑动速度3m/s≤vs≤25m/s的重要传动；（2）铝铁青铜的抗胶合和耐磨性较锡青铜差一些，一般用于滑动速度vs≤6m/s的传动；（3）如果滑动速度不高(Vs<2m/s)，对效率要求也不高时，可采用球墨铸铁或灰铸铁；蜗轮也可用尼龙或增强尼龙材料制造。常用的蜗轮材料为铸锡青铜、铸铝铁青铜、球墨铸铁和灰铸铁等。2.蜗轮的结构

对于尺寸较大的蜗轮为了节约有色金属，常采用青铜的轮冠、铸铁的轮心、其联接方法有两种：轮箍结构螺栓联接结构第五节蜗杆、蜗轮的材料与结构二、蜗轮的材料与结构第六节蜗杆传动的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa1ω2法向力可分解为三个分力圆周力Ft轴向力Fa径向力Fr且有如下关系Ft1=Fa2Fr1=Fr2Fa1=Ft2=2T1/d1=2T2/d2=Ft2tanαT1、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩T2=T1iη

ω1α功率：P1=T1ω1P2=ηP1=T2ω2

一、计算力的大小

确定各力方向时，需注意蜗杆所受轴向力方向的确定。当蜗杆为主动时，其轴向力的方向是由蜗杆螺旋线旋向和转向来决定的。需用“右手法则”确定。①判断蜗杆的旋向，右旋用右手，左旋用左手；②以右旋蜗杆为例，右手握拳，四指弯曲方向与蜗杆转动方向一致，拇指的指向为蜗杆的轴向力的方同。

第六节蜗杆传动的受力分析二、确定力的方向

蜗杆所受圆周力Ft1的方向与其转向相反，蜗轮所受圆周力Ft2的方向与其转向相同；蜗轮和蜗杆的径向力均由作用点指向各自的轴心。第七节蜗杆传动的强度计算蜗轮齿面接触强度的验算公式蜗轮齿面接触强度的设计公式式中K为载荷系数，取K=1.1-1.3m、d1应选取标准值确定

当蜗轮采用青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用的接触应力可查表7-5；

当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动速度来确定。表7-6仅适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮。第七节蜗杆传动的强度计算第八节蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。η=（0.95~0.97）tan(γ+ρ’)tanγ

蜗杆主动时，总效率计算公式为：式中:γ为蜗杆导程角;ρ’称为当量摩擦角，ρ’=arctan

f’

f’为当量摩擦系数，取值见表7-7γ↑

η↑

对动力传动，宜采用多头蜗杆

蜗杆加工困难γ过大当γ>28˚

时，效率η增加很少；当γ≤

ρ’时，蜗杆具有自锁性，但效率η很低。η=（0.95~0.97）tan(γ+ρ’)tanγ

分析：闭式传动：z1=1η=0.70~0.75z1=2η=0.75~0.82z1=4η=0.87~0.92z1=1、2η=0.60~0.70开式传动：开式传动：第八节蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算二、蜗杆传动的润滑若润滑不良，

效率显著降低↓

早期胶合或磨损润滑对蜗杆传动而言，至关重要。润滑方式的选择：当vs≤5-10m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深；第八节蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑方式的选择：当vs

>10~15m/s时，采用压力喷油润滑。当v1>4m/s时，采用蜗杆在上的结构；第八节蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算二、蜗杆传动的润滑三、蜗杆传动的热平衡计算对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：∆t=αtA1000P1(1-η)

≤[∆t]∆t=(t-t0)——温度差；P1——蜗杆传递的功率；αt——表面散热系数；一般取：αt=10~17W/(m2℃)A——散热面积,