《机械基础》课件-第9章蜗杆传动

机械基础授课教师:XXX

授课日期:2020年X月X日连接学习目标了解蜗杆传动的特点、类型和应用。了解蜗杆传动的主要参数和几何尺寸。会计算蜗杆传动的传动比。会判定蜗杆传动中蜗轮的转向。了解蜗杆传动的失效形式。了解蜗轮蜗杆的结构和常用材料。熟悉蜗杆传动的维护措施。9.1概述概述蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值。这种传动结构紧凑、传动比大、传动平稳、自锁性好，广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其他机器或设备中。图9-1所示为蜗轮蜗杆减速器，它是一种具有结构紧凑、传动比大，以及在一定条件下具有自锁功能的传动机械，是最常用的减速器之一。9.2蜗杆传动的组成、特点及分类蜗杆传动的组成蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力，如图9-2所示。通常两轴交错角为90°，蜗杆为主动件。蜗杆传动的特点1）传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40（＜80），只传递运动时（如分度机构），传动比可达1000。2）传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋线，故传动平稳，噪声小。3）有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。手动葫芦和浇注机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。4）传动效率低。蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。一般传动效率η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅为0.4。5）蜗轮造价较高。为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。蜗杆传动的分类按蜗杆齿的旋向，可分为左旋蜗杆和右旋蜗杆；按蜗杆的头数，可分为单头蜗杆和多头蜗杆；按蜗杆的外形，蜗杆又可分为圆柱蜗杆（图9-3a）、环面蜗杆（图9-3b）及锥面蜗杆（图9-3c）。圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿形又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。蜗杆传动的分类如图9-4所示，车制阿基米德蜗杆时切削刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。如图9-5所示，车制渐开线蜗杆时，切削刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。9.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i等。进行蜗杆传动的设计时，首先要正确地选择参数。1．模数m和压力角α和齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数。2．蜗杆的分度圆直径d1和导程角β如图9-6所示，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端平面的夹角γ称为蜗杆的导程角普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择3．蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i蜗杆头数z1，即为蜗杆螺旋线的数目。4．中心距a蜗杆传动中，当蜗杆节圆与蜗轮分度圆重合时称为标准传动。蜗杆传动的几何尺寸计算标准阿基米德蜗杆传动的主要几何尺寸计算见表蜗轮旋转方向的判定蜗轮旋转方向的判断方法可分两步：蜗杆蜗轮旋向的判断，以及根据蜗杆蜗轮的相对位置关系和蜗杆的旋向判断蜗轮的转向。1．蜗杆蜗轮旋向的判断旋向分为左旋和右旋，将蜗杆或蜗轮的轴线垂直放置，螺旋线左高右低为左旋，右高左低为右旋。如图9-7所示，蜗杆螺旋线左高右低，故为左旋。蜗轮旋转方向的判定2．蜗轮的转向判断蜗杆蜗轮传动中，主动蜗杆的轴向力Fa1与从动蜗杆的圆周力Ft2为一对作用力与反作用力。在获得蜗杆轴向力方向的前提下，可得到蜗轮的圆周力方向，而此力恰为推动蜗轮转动的力，进而得到蜗轮的转向。如图9-7所示，蜗杆为左旋，借助“左右手螺旋法则”，左旋用左手握住蜗杆，四指代表蜗杆的转向，大拇指指向即为蜗杆的轴向力方向（水平向左），因此蜗轮节点处圆周力的方向水平向右，由此可知蜗轮应是顺时针转动。9.4蜗杆传动的失效形式、材料及结构蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相似，有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损和胶合等，但由于蜗杆、蜗轮的齿廓间相对滑动速度较大、发热量大而效率低，因此蜗杆传动的主要失效形式为胶合、磨损和点蚀。由于蜗杆的齿是连续的螺旋线，且蜗杆的强度高于蜗轮，因而失效多发生在蜗轮轮齿上。在闭式传动中，蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；在开式传动中，蜗轮的主要失效形式是磨损。蜗杆、蜗轮的材料1．蜗杆材料蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。对高速重载传动常用15Cr、20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度56～62HRC，需经磨削。2．蜗轮材料蜗轮材料可参考相对滑动速度vs来选择。蜗杆、蜗轮的结构1．蜗杆的结构蜗杆常和轴做成一体，称为蜗杆轴，如图9-8所示（只有df/d≥1.7时才采用蜗杆齿圈套装在轴上的型式）。蜗杆、蜗轮的结构2．蜗轮的结构蜗轮结构分为整体式和组合式两种，如图9-9所示。9.5蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑润滑对蜗杆传动特别重要。由于摩擦产生的热量大，因此要求工作时有良好的润滑条件，以提高蜗杆传动的效率，防止胶合