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1、第十一章 蜗杆传动,11-1 蜗杆传动概述,11-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸,11-3 蜗杆传动的设计计算,11-5 蜗杆传动的效率、润滑与热平衡计算,11-4 圆弧圆柱蜗杆传动简介,11-6 蜗杆和蜗轮的结构,11-1蜗杆传动概述,蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90。,11-1 蜗杆传动概述,1传动比大，最大可达1000 ，结构紧凑；,2重合度大，传动平稳，噪声低；,4价格贵。,主要用于中小功率，间断工作的场合。 广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。,（虚拟现实中的蜗杆传动）,一、蜗杆传动的特点：,3效率低，当v可实现反行程自锁；,其齿面一般是在车床上用直

2、线刀刃的 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 加工出的蜗杆的齿廓形状不同。,蜗杆传动的类型,蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；,重合度大；承载能力和效率较高。,（图111a）,（图111b）,（图111c）,二、蜗杆传动的类型,本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。,蜗杆传动概述,11-2蜗杆传动的参数与尺寸1,11-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸,1. 模数 m 和压力角 a,2. 蜗杆分度圆直径 d1 和直径系数 q,蜗杆分度圆直径 d1 为标准值。,详细内容,中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。,普通圆柱蜗杆传动在中间平面内，相

3、当于齿条与齿轮的啮合。,即：q = d1m,d1与模数 m 的比值称为蜗杆直径系数 q。,d1 = q m,一、蜗杆传动的主要参数,（Z1与Z2的荐用值表）,(蜗杆头数与传动效率关系),蜗杆传动的参数与尺寸2,4. 蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2,3. 蜗杆分度圆柱导程角g,z1g效率 ，但加工困难。,正确啮合条件：,z1 传动比 i，但传动效率 。,常取，z11，2，4，6。 可根据传动比选取，见表111。,z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。,一般 z23280,主要参数与几何尺寸,d1,蜗杆传动的参数

4、与尺寸3,5. 传动比 i,6. 中心距,二、蜗杆传动的变位,变位：即加工蜗轮时，改变刀具的位置。而蜗杆相当于刀具。,只是蜗轮变位，而蜗杆不变位。即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。,变位的目的：凑中心距和凑传动比,常取 0.7x0.7,主要参数与几何尺寸,( d1= q m z1m) ( d2= z2 m ),(图1115),1.凑中心距(齿数不变),变位后中心距,变位系数,蜗杆传动的参数与尺寸3,三、蜗杆传动的几何尺寸,见表113。,主要参数与几何尺寸,得,2.凑传动比符合推荐值 （即：中心距不变，使蜗轮齿数变化，改变传动比）,变位前后齿数,z2,z2,11-3 蜗杆传动的设计计算,11-3 蜗

5、杆传动的设计计算,一、失效形式、设计准则和常用材料,1、蜗杆传动的失效式和设计准则,注 蜗杆主要是控制轴的变形,受力分析,蜗杆传动的设计计算,适用于齿面滑动速度 较高的传动。,2. 常用材料,蜗杆的常用材料为碳钢(45)和合金钢(15Cr, 20Cr, 40Cr)。, 4 m/s 的场合。（抗胶合能力差）, 2 m/s 的场合。,（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）,受力分析,二、蜗杆传动的受力分析,轮齿所受的法向力Fn，可分解为：圆周力Ft 、径向力Fr 、轴向力Fa。,蜗杆传动的设计计算,由图可看出，,Ft1= Fa2 Fa1 = Ft2 Fr1 = Fr2,1、大小,受力分析,蜗杆传动受力方向

6、判断,蜗杆传动的设计计算,式中： n蜗轮的法向压力角，,T2蜗轮的转矩，,2、方向,径向力Fr 由作用点指向转动中心,主动轮圆周力Ft与转动反向相反,主动轮轴向力Fa，用左右手法则判定,练习,右旋,求蜗杆的旋向？,求蜗杆的转向？,练 习,承载能力计算1,三、蜗杆传动的承载能力计算,1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,目的：防止“点蚀”和“胶合”失效。,强度条件：,以节点为计算点，计算齿面接触应力 H 。,校核式：,式中：ZE弹性系数，见表116；,Z接触系数，见图1118 ；,（119）,K载荷系数，,KA工作情况系数，见表115；,动载荷系数，见P253；,齿向载荷分布系数，见P253；,蜗杆传

7、动的设计计算,承载能力计算2,设计式：,（1110）,将 校核式整理得,蜗杆传动的设计计算,设计出a 后，根据传动比按表11-2标准化，并确定相应的蜗杆、蜗轮参数。,蜗轮的许用接触应力（MPa)，见表116，117 。,表11-6（蜗轮材料的强度极限大于300MPa时，主要失效为胶合） 表11-7 （蜗轮材料的强度极限小于300MPa时，主要失效为点蚀）,承载能力计算 3,2. 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计,蜗杆传动的设计计算,通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，只是在受强烈冲击、z2特多（z290）或开式传动中计算弯曲强度才有意义。,蜗轮齿形、载荷分布复杂，只能按斜齿轮的方法计算得出近似解。,

8、校核式：,式中：YFa齿形系数，按当量齿数 由图1119；,螺旋角系数，,蜗轮的许用弯曲应力（MPa)，见表118 。,（1112）,承载能力计算3,设计式：,（1113）,注：设计中，根据由上式计算的 值，查表112确定标准的m和q。,蜗杆传动的设计计算,承载能力计算,四、蜗杆的刚度计算,原因：蜗杆变形过大将产生载荷集中,蜗杆传动的设计计算,五、精度等级及其选择,6级精度用于中等精度机床的分度机构，,7、8级精度用于一般机械中的中速动力传动，,9级精度用于要求不高的低速传动，,和齿轮一样，国家标准将精度等级分为12级。1级精度最高，12级精度最低，常用的是69级。,蜗杆传动的效率,一、蜗杆传

9、动的效率,Z1,啮合效率1与蜗杆头数 z1 的近似关系见P264。,式中：g 蜗杆的导程角；,v当量摩擦角，见表1118。,滑动速度：,11-5 蜗杆传动的效率、润滑与热平衡计算,蜗杆传动的润滑,蜗杆传动的设计计算,提高效率的途径,1. z ,2.v ,采用减摩性好的材料，如青铜,蜗杆放在高速级，v1 vs v,蜗杆传动的润滑,二、蜗杆传动的润滑,目的：减摩、散热。,润滑油粘度及给油方式,润滑油,一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法，见表1121。,详细介绍,蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/3。,蜗杆传动的设计计算,蜗杆下置,蜗杆上置

10、,vs小时，蜗杆下置,有利于润滑,蜗杆传动的润滑,三、蜗杆传动的热平衡,由于 低，运转中产生热量多，导致温度升高，破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。,为控制温升，需进行热平衡计算。,热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量1等于散发的热量2。,蜗杆传动的设计计算,即,热平衡计算1,蜗杆传动的设计计算,可得,设计公式,校核公式,热平衡计算2,四、蜗杆传动的散热措施,自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：,1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积。,2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通（图117a）。,3）在油池内安装冷却管路。 （图117b）,4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器） （图117c） 。,蜗杆传动的设计计算,热平衡计算3,传动箱内装循环冷却管路,传动箱外装循环冷却器,蜗杆传动的设计计算,热平衡计算3,蜗杆传动的设计计算,设计步骤,选择材料,强度计算,热平衡计算,校核滑动速度,结构设计,11-5蜗杆和蜗轮的结构1,11-5 蜗杆和蜗轮的结构,一、蜗杆的结构,由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），图1111。,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