西建大机械设计基础课件12蜗杆传动

第12章蜗杆传动§12-1蜗杆传动的特点和类型§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸§12-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构§12-4圆柱蜗杆传动的受力分析§12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算§12-1蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动及其特点蜗轮蜗杆用于两交错轴间的传动。通常，蜗杆常为主动件；运转平稳，噪音小；传动比大而结构紧凑，减速比8-100传动效率低；制造成本高（需减摩耐磨）。蜗杆导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构反行程时具有自锁性。二、蜗杆传动的类型简介根据蜗杆形状的不同，常用的有：最常用承载能力强详细介绍阿基米德蜗杆渐开线蜗杆锥蜗杆环面蜗杆普通圆柱蜗杆圆弧齿蜗杆§12-1蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动的正确啮合条件（蜗轮螺旋角=蜗杆螺旋线升角）中间平面上相当于齿轮齿条的啮合（蜗杆的轴面模数=蜗轮的端面模数）（蜗杆的轴面压力角=蜗轮的端面压力角）旋向相同详细介绍§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸二、普通圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸第一系列11.251.622.53.15456.381012.516202531.540第二系列1.533.54.55.56712141.模数：蜗杆模数系列和齿轮模数系列有所不同。国标GB10088-88对蜗杆模数作了规定。对阿基米德蜗杆， 一般：

=20º

动力传动中：荐用

=25º

分度传动中：荐用

=15º或12º2.压力角：详细介绍§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸3.导程角：二、普通圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸4.蜗杆分度圆直径与蜗杆直径系数q——蜗杆直径系数或国家标准GB/T10087-88中规定将蜗杆的分度圆直径标准化，且与其模数相匹配。目的：为了限制加工蜗轮用的蜗轮滚刀的数目及加工精度。二、普通圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸5.蜗轮齿数z2及蜗杆头数z1z1

：1～10；荐取z1=1，2，4，6z2

：根据传动比和z1确定。动力传动：

z2=29～706.蜗轮的分度圆直径d27.蜗杆传动的中心距8.传动比i二、普通圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸二、普通圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸ω112p由相对运动原理可知:v2=v1+

vS

9.齿面间滑动速度vS=v1/cos

γvS

=v22+v12作速度向量图，得:v2=v1

tgγv21p2ttγvSv1v2γ左旋蜗杆右旋单头蜗杆右旋多头蜗杆三、蜗杆的旋向§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸四、蜗轮蜗杆转向的判定左旋用左手右旋用右手四指握紧方向为蜗杆旋转方向拇指方向为蜗杆可能前进方向结论:

不进则退§12-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式。二、蜗杆传动的常用材料为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。§12-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构三、蜗杆常见的结构形式蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。§12-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构四、蜗轮的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮§12-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。蜗杆传动受力方向判断在不计摩擦力时，有以下关系：§12-4圆柱蜗杆传动的受力分析§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算验算公式：设计公式：式中，KA——使用系数，取：KA

=1.1~1.4。有冲击载荷、环境温度高(t>35℃)、速度较高时，取大值。一、蜗轮齿面疲劳接触强度计算mmMPa

ZE——材料综合弹性系数，钢与铸锡青铜配对时，取ZE=150；钢与铝青铜或灰铸铁配对时取ZE=160。

Zρ——接触系数，用以考虑当量曲率半径的影响，由蜗杆分度圆直径与中心距之比(dl/a)查图12—11，一般dl/a=0.3～0.5，取小值时，导角大，因而效率高，但蜗杆刚性较小图12一11接触系数I——适用于ZI、ZA、ZN型蜗杆Ⅱ——适用于ZC型蜗杆(dl/a)接触系数Zρ一、蜗轮齿面疲劳接触强度计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算表12-4锡青铜蜗轮的许用接触应力[σH]蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度蜗杆齿面硬度ZQSn10-1ZQSn5-5-5砂型≤12180200金属型≤12135150Vs(m/s)HBS≤350HRC≥45金属型≤25200220砂型≤10110125当蜗轮采用青铜制造时，损坏形式主要是疲劳点蚀，许用接触应力如下表：一、蜗轮齿面疲劳接触强度计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算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12-5铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力[σH]Mpa*蜗杆未经淬火时需将表中[σH]值降低20%。蜗轮材料蜗杆材料滑动速度vs

m/sZQAl10-3HT150淬火钢*渗碳钢调质钢0.52501301101230115902109070180——160——120——2346890——HT150、HT200一、蜗轮齿面疲劳接触强度计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算验算公式：设计公式：二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算MPaYFa2为蜗轮齿形系数,根据当量齿数由图11-8查得。蜗杆导程角：二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算三、蜗杆的刚度计算§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算由切向力产生的挠度由径向力产生的挠度合成总挠度式中：E——蜗杆材料弹性模量，MPa。钢蜗杆E=2.06×105MPa；

I——蜗杆危险截面惯性矩，

l——蜗杆支点跨距，mm。初步计算时可取l=0.9d2；

[Y]——许用挠度，mm，[Y]=dl/1000。§12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动功率损失啮合摩擦损失η1轴承摩擦损失η2搅油损失η3η2η3=(0.95~0.97)蜗杆传动的总效率式中:γ为蜗杆导程角;

ρ’称为当量摩擦角，ρ’=arctg

f’,§12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率表12-6当量摩擦系数和当量摩擦角蜗轮材料锡青铜无锡青铜蜗杆齿面硬度HRC>45其他情况HRC>45滑动速度vsm/sf’ρ’

f’ρ’f’ρ’

0.010.116.28˚0.126.84˚0.1810.2˚

0.100.084.57˚0.095.14˚0.137.4˚

0.500.0553.15˚0.0653.72˚0.095.14˚

1.000.0452.58˚0.0553.15˚0.074˚

2.000.0352˚0.0452.58˚0.0553.15˚

3.000.0281.6˚0.0352˚0.0452.58˚

4.000.0241.37˚0.0311.78˚0.042.29˚

5.000.0221.26˚0.0291.66˚0.0352˚

8.000.0181.03˚0.0261.49˚0.031.72˚

10.00.0160.92˚0.0241.37˚

15.00.0140.8˚0.0201.15˚

24.00.0130.74˚§12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率γ↑→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。<50%η=（0.95~0.97）tg(γ+ρ’)tgγ

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§12-6圆柱蜗杆传动的效率、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。润滑油粘度的选择：表11-5齿轮传动润滑油粘度荐用值塑料、铸铁、青铜齿轮材料强度极限圆周速度v(m/s)运动粘度v/cSt（40℃

）渗碳或表面淬火钢钢3505~12.512.5~25>252.5~51~2.50.5~1<0.52201501008055450~10001000~12501250~1580500350220150100805005003502201501009005005003502201505580100§12-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算二、蜗