西南交通大学机械设计课件

1、蜗杆传动, 蜗杆传动概述, 失效形式与设计准则, 材料选择与结构形式, 主要参数和几何关系, 蜗杆传动受力分析, 蜗杆传动的强度计算, 蜗杆传动的挠度计算, 蜗杆传动的润滑、温度计算,1,PPT学习交流,1 概述,一、特点和应用,外形类似： 螺旋与斜齿轮的传动,从中间平面剖开： 齿轮与齿条的传动,（虚拟现实中的蜗杆传动）,2,PPT学习交流,1、应用,由于 i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。,2、特点,1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。,2）i大,蜗杆1、2、4、6,传递动力时：i=8100（常用1550） 传递运动时：i=几百上千（单头，）,用于传递交错轴之间的回转运动。 一般

2、：空间垂直,为什么？,优点：,齿轮z117,3,PPT学习交流,3）结构紧凑、重量轻、噪音小。,4）自锁性能好(用于提升机构) 。,缺点：,1）制造成本高，加工困难。,2）滑动速度vs大。,3）低。,4）蜗轮需用贵重的减摩材料。,4,PPT学习交流,1、按蜗杆形状分,圆柱蜗杆,环面蜗杆,锥蜗杆,二、分类,5,PPT学习交流,中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合,端面：阿基米德螺旋线,ZI型:渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动,ZN型:法向直廓蜗杆,圆柱蜗杆,6,PPT学习交流,锥蜗杆：啮合齿数多，平稳，承载。,环面蜗杆：接触齿对数，承载（1.54）倍， 高，但制造安装要求高。,2、按蜗杆头数分,多

3、头蜗杆：相反,3、按旋向分,右旋,一般采用右旋,7,PPT学习交流,三、精度等级,12个等级：,测量分度：5级或以上,2 失效形式、材料选择和结构,一、失效形式,与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断,vs、发热 主要为：胶合、磨损、点蚀,蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。,8,PPT学习交流,二、材料,vs,1、蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料,铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差,铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合,HT、QT：vs2m/s,大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）,2、蜗杆,碳钢,合金钢,硬面蜗杆：首选 淬火磨削,调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。,9,PPT学习交流,2

4、、蜗轮,齿冠：用贵重耐磨金属(青铜),轮心：铸铁或铸钢,铸造（浇铸）,过盈,螺栓（铰制孔）,三、结构,1、蜗杆：与轴一体。车制、铣制。,10,PPT学习交流,3 圆柱蜗杆传动的基本参数,一、基本齿廓,中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。,、,二、模数m,正确啮合条件：,标准值(与齿轮不同,表13.4),蜗杆导程角,三、齿形角,刀具基准齿形的齿形角：,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角,法向直廓蜗杆：法向齿形角,11,PPT学习交流,四、蜗杆分度圆直径d1（中圆直径）,刀具数量,加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的，即需要配备很

5、多加工蜗轮的滚刀。,12,PPT学习交流,五、蜗杆直径系数q,d1、m为标准值,q为导出值,不一定为整数。,六、蜗杆导程角,制造困难,m一定时，qd1蜗杆刚度,z1一定时， q，自锁性, 小m蜗杆选用大q，保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q，保证效率适于大P,13,PPT学习交流,传递动力时:头数z1, 采用多头蜗杆,传递运动时:保证自锁( ),z1 ,采用单头蜗杆,七、z1、z2,蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等,z1加工困难,传递动力：,（传动平稳性，避免根切）,(z2d2蜗杆轴长刚度), 一般取z2=3280,z1z2：互质均匀磨损,八、i、u,蜗杆主动时:

6、,14,PPT学习交流,九、中心距a,（应按p264系列值选取）,十、变位系数,1、变位目的：配凑中心距；凑传动比。,2、变位方法：与齿轮变位相同, 靠刀具的移位实现变位。,故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位,加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。,15,PPT学习交流,4、变位类型,1）齿数不变，凑a,3、变位结果,蜗杆各部分尺寸不变，但节线变化,蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆。,蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线),16,PPT学习交流,2）a不变，齿数变化，凑i,例13.1、例13.2,17,PPT学习交流,4

7、几何计算（略）,5 受力分析与效率计算,一、作用力,轴向力：,(蜗杆主动),啮合效率,忽略Ff ，Fn,径向力：,18,PPT学习交流,方向判定：,1）蜗轮转向,已知：n1、旋向n2,左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n2,2）各分力方向,Fr：指向各自轮心,蜗杆与n1反向,蜗轮与n2同向,蜗杆：左、右手定则,蜗轮：,3）旋向判定,19,PPT学习交流,练习：,已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。 试：确定各轮转向、旋向及受力。,1. n4 n3 n2 Ft2 Fa2,2. Fa3 Fa2 Ft1 n1,20,PPT学习交流,二、传动效率,与齿轮类似：,1、啮合1：近似

8、按螺旋副计算,（蜗轮主动）,v当量摩擦角，与vs有关。,说明：1）vsvv 油膜易形成1,2）为影响1的主要因素：1,此后，1,（p268 表13.6）,21,PPT学习交流,22,PPT学习交流,一般取,大时，加工困难,2、2搅油效率：,3、3轴承效率：,6 圆柱蜗杆传动的强度计算,蜗轮齿强度低于蜗轮齿,一、接触强度计算,设计式,23,PPT学习交流,参数说明：,1）T2蜗轮转矩,N mm,2）KA使用系数,表12.9（同齿轮传动）,3）ZE弹性系数,表13.2，P260,4）Z接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,设计时：,（蜗杆主动）,24,PPT学习交流,25,PPT学习交流,5）Z

9、n转速系数（式13.17、13.18）,6）Zh寿命系数,7）求d1、z1、z2、m。P271,三、弯曲强度计算,难于精算,弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。,讨论：,蜗杆传动的重要参数,26,PPT学习交流,8 温度计算（热平衡计算）,由于发热大,即：发热率H1 = 散热率H2,摩擦功耗：,冷却散去的热量：,则：,27,PPT学习交流,油温比t1高15左右， 油温小于100。, 蜗杆上置：飞溅冷却作用差， 0.8W,若t1太高，可采取如下措施：,2、蜗杆轴端装风扇,1、加散热片,3、外冷却压力喷油润滑,4、油池内安装蛇形冷却水管,28,PPT学习交流,9 润滑,一、油粘度与润滑方法,润滑方法：,：蜗杆下置浸油润滑,：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）,：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端,二、蜗杆布置与润滑方式,蜗杆下置：浸入油中深度至少一个牙高，但油面不应超过轴承最低滚动体的中心。,蜗杆上置：浸入油池的蜗轮深度为（1/61/3）r2,蜗杆下置式冷却效果更好。,29,PPT学习交流,10 提高圆柱蜗杆传动承载能力的措施,不同位置：接触线与v1夹角不同,夹角油膜易形成,最大夹角(90):发生在蜗杆螺纹退出啮合的齿边上。,最小夹角(0