第13章蜗杆传动总结.ppt

1、蜗杆传动图,蜗杆传动用来传递空间交错轴之间的运动和动力。最常用的是轴交角=90的减速传动。蜗杆传动能得到很大的单级传动比，在传递动力时，传动比一般为580，常用1550；在分度机构中传动比可达300，若只传递运动，传动比可达1000。蜗轮蜗杆传动工作平稳无噪音。蜗杆反行程能自锁。,基本要求,重点难点,主要内容,13.1 概 述,13.1.1 特点和应用,13.1.2 分类,蜗杆传动的特点,应用图,按外形分类,图,图,图,图,图,图,按旋向和头数分类,13.1.3 精度等级的选择,12个等级：,测量分度：5级或以上,蜗杆可在车床上切制，也可在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。蜗轮要用与它相啮合

2、的蜗杆同样大小的滚刀来切制。,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料 选择和结构,13.2.1 失效形式,失效形式：主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。,开式传动:(齿面磨损和轮齿折断)按齿根弯曲疲劳强度设计; 闭式传动:(齿面胶合和点蚀)按齿面接触疲劳强度设计,按齿根弯曲疲劳强度校核.由于散热困难,还应作热平衡校核。,1.蜗轮材料（指齿冠部分材料，见表13.4）,因蜗杆传动难于保证高的接触精度，滑动速度大，蜗杆变形等原因，两者都不能用硬材料。应该用减摩性、耐磨性好的软材料。,常据滑动速度vs来选（P197）：1）铸锡青铜； 2）铸铝青铜；3）铸铝黄铜；4）铸铁等,2、蜗杆(

3、表13.4),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 或受短时冲击时。,13.2.2 材料,一 . 蜗杆的结构,蜗杆通常与轴做成整体。 车削：有退刀槽；或铣制。,13.2.3 蜗杆和蜗轮的结构,二、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：,组合式蜗轮,1 . 整体式,2 .齿圈压配式,3. 螺栓联接式,4 .镶铸式,蜗杆传动在中间平面上相当于齿条与齿轮的啮合传动，故设计时，均取中间平面上的参 数（如m,等）和尺寸（如齿顶圆、分度圆 等）为基准。,

4、13.3 圆柱蜗杆传动的基本参数,中间平面过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。,中间平面,13.3.1 基本齿廓,在中间平面上的基本齿廓渐开线轮齿的基本齿廓。顶隙C=0.2m, 齿根圆角半径f=0.3m。,13.3.2 蜗杆传动的正确啮合条件及模数m和压力角,旋向相同,13.3.3 齿形角0,通常刀具基准齿形的齿形角为20度。ZA、 ZI蜗杆轴向齿形角X1=0=20；ZN蜗杆法向压力n=0 =20。,13.3.4 蜗杆分度圆直径d1和q,为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1（表13.1 ）,13.3.5 直径系数q,导程角：,13.3.6

5、 蜗杆导程角,13.3.7 蜗杆头数 Z1和蜗轮齿数 Z2,蜗杆头数Z1通常取为：1，2，4，或6。与导程角有关。,Z2=iZ1，一般取Z2=2880,13.3.8 传动比i和齿数比u,传动比：5，7.5，10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，70，80（划线优先）,标准中心距,13.3.9 中心距a,推荐中心距：40，50，63，80，100，125，160，180，200，225，250，280，315，355，400，450，500,小结：圆柱蜗杆传动的基本参数,导程角,变位系数,13.4 圆柱蜗杆传动的几何计算,13.5 蜗杆传动的受力分析和效率计算,13.5.1

6、作用力,力分析图,1. 轮齿所受的法向力Fn，可分解为：切向力Ft 、径向力Fr 、轴向力Fx,圆周力Ft,蜗杆-为阻力，其方向与主动轮节点的运动方向相反。,力的方向：,蜗轮-驱动力，其方向与蜗轮在节点的运动方向相同；,轴向力Fa主动轮上其方向判断同斜齿轮。,径向力Fr 沿半径指向各自的轮心。,1,2,图示，蜗杆1主动，其旋向、转向已知。 试确定： 1）蜗轮的转向、旋向； 2）在图中标出蜗杆和蜗轮上作用力的方向。,Fa2,Fr1,Fa1,Ft1,Ft2,不计摩擦时：,考虑效率时：,（以蜗轮为受力体）,（分别计算）,力的大小：,力分析图,蜗轮受力图,；,式中:,13.5.2 效率,1. 啮合效率

7、（主要影响因素）：,(蜗杆主动),(蜗轮主动),其中，啮合效率的主要影响因素：,（1）当量摩擦角与蜗杆副的材料、润滑油、啮合角、滑动速度Vs有关。如表13.8,Vs越大，当量摩擦角越小，效率越高。,由,（2）导程角：,一般,导程角 越大，啮合效率越高,见图13.10.,z1越大，导程角越大，效率越高。,q（直径系数）越小，导程角越大，效率越高。,导程角、Vs、材料、润滑油等，其中导程角起主导因素。,小结影响效率的因素：,闭式传动：Z1=1 =0.700.75,Z1=2 =0.750.82,Z1=4 =0.870.92,开式传动：Z1=1、2 =0.600.70,闭式传动：,13.6 圆柱蜗杆传

8、动的强度计算,开式传动：,（点蚀和胶合）,（磨损和折断）,传动功率、载荷性质、转速情况、蜗杆主动或从动，蜗杆上置（或下置）、环境状况、允许传动的最高温度等。,设计： 蜗杆副的材料，传动的基本参数、尺寸，蜗杆、蜗轮的工作图等。,已知：,d1/a 选取见图13.11,13.6.1 初选d1/a,讨论：,蜗杆传动的重要参数,13.6.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,1. 不发生接触疲劳点蚀的强度条件为：,设计计算式：,2. 参数说明,1） T2蜗轮转矩 载荷不变: T2名义转矩,2）,载荷变化:,转速不变时：,转速变化时：,3）,载荷不变时：,4）,考虑齿面曲率、接触线长度对接触应力的影响。 见图13

9、.12.,设计计算时，求出a需圆整为标准值,进而 求d1、z1、z2、m,可求出导程角,d1 、 m 应取标准值，z2 、z1应取整数,13.6.3 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算,强度取决于m大小，轮齿齿形较复杂，进行条件性的概略估算。,（13.24）,，,13.7 蜗杆轴挠度计算,蜗杆轴啮合部位受力后轴产生挠曲影响啮合局部偏载、干涉 挠曲主要由圆周力和径向力造成的，轴向力可以忽略不计。 挠度计算：设轴为自由支承（课本P70、表4-1第5项）,必要性：,L两支承间距离；,式中：I蜗杆轴中间截面的惯性矩,效率低产生较多热量寿命降低，甚至胶合,13.8 温度计算,闭式传动需进行温度计算,温度计算的原因

10、：,到达热平衡时(产生的热量=自然方式空冷的热量)：,13.8.1 润滑油工作温度,一般工况：1218,在既定工作条件下，保持正常油温所需要的散热面积,（内表面能被润滑油飞溅到的，外表面又可为周围空气所冷却的）,对于散热肋布置良好的固定式蜗杆减速器，可估算：,若蜗杆为上置，则因飞溅冷却作用较差，故表面系数 应乘以0.8.,若t80或有效的散热面积不足时,则必须采取措施,以提高其散热能力。,常用措施: 1 、合理设计箱体结构,铸出或焊上散热片,以增大散热面积,2 、在蜗轮轴上装置风扇,进行人工通风,以提高散热系数,13.8.2 冷却方法和计算,3 、在箱体油池内装设蛇形冷却水管,4 、采用压力喷

11、油循环润滑,13.9 蜗杆传动的润滑,13.9.1 润滑油粘度和润滑方法,表13.7,为提高蜗杆传动的抗胶合性能，宜选用粘度较高的润滑油。加油性添加剂有利于提高油膜厚度，减轻胶合危险。,13.9.2 蜗杆布置与润滑方式,油池润滑 (Vs10m/s ) 蜗杆一般布置在下方。浸油高度至少浸入螺旋的牙高，且油面不应超过滚动轴承最低滚动体的中心。只有不得已情况下，蜗杆才布置在上方，油面高度允许达到蜗轮半径的1/6-1/3。,喷油润滑(vs10m/s) 速度高时，须采用压力喷油润滑，由喷嘴向传动的啮合区供油。喷油嘴宜放在啮出侧，双向转动的应布置在双侧。,完,缺点： 1）效率较低（与齿轮传动比）； 2）蜗

12、轮需用贵重的减摩材料，成本高等,1传动比大，一般 i =1080，最大可达1000；,2重合度大，传动平稳，噪声低；,4齿面的相对滑动速度大，效率低；,一、蜗杆传动的特点：,3结构紧凑，可实现反行程自锁；,基本要求,1.掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法，着重了解杆径系数q的含义及引入此系数的重要性； 2.掌握蜗杆传动的受力分析及强度计算；润滑方法 3.了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法； 4.了解蜗杆的种类、特点、变位及蜗杆轴的挠度计算 5.了解蜗杆、蜗轮的结构.,返回,返回,重点：,蜗杆传动的失效形式和计算准则； 蜗杆传动的受力分析；设计参数； 蜗杆传动的强度计算； 蜗杆传动的效率和温

13、度计算.,蜗轮转向的确定和蜗杆传动的设计,13.1 概述,13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构,13.3 圆柱蜗杆传动的基本参数,13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算,13.7 蜗杆轴挠度计算,13.8 温度计算,13.9 蜗杆传动的润滑,13.5 蜗杆传动受力分析和效率计算,返回,13.4 圆柱蜗杆传动的几何计算,变位以后，只是蜗杆节圆有所改变，而蜗轮节圆永远与分度圆重合。,在蜗杆传动中，蜗杆相当于齿条，蜗轮相当于齿轮，所以被变动的只是蜗轮尺寸，而蜗杆尺寸保持不变。,变位目的：,一般为凑传动比或中心距，使之符合推 荐值，强度方面是次要的。,与齿轮传动相同，也是在切削时把刀具移位。,13.

14、3.9 变位系数,未变位,1）凑中心距：,变位系数,当中心距不变，传动比需略作调整时，将蜗轮齿数增加或减少一二齿，这时变更了传动的啮合节点,2）凑传动比：,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,按蜗杆形式分类,按旋向分为右旋和左旋蜗杆,按头数分为单头和多头,P750kw，通常在50kw以下；最高滑动速度可达35m/s，通常用在15m/s以下；传动比一般为8-100，常用的为15-50，最高达1000.,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。,蜗杆导程角,导程角与导程的关系,Ft2,环面蜗杆传动：,蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮。在中间平面内，蜗杆和蜗轮都是直线齿廓

15、。由于同时相啮合的齿对数多，轮齿的接触线与蜗杆齿运动的方向近似于垂直，改善了轮齿受力情况和润滑油膜形成的条件，承载能力约为阿基米德蜗杆传动的24倍，效率一般高达0.850.9；但它需要较高的制造和安装精度。,锥蜗杆传动：,一种空间交错轴之间的传动，两轴交错角通常为90。蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋所形成的。而蜗轮外观上就象一个曲线齿锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机上加工而成的。锥蜗杆传动的特点是：同时接触的齿数较多，重合度大；传动比范围大(一般为10360)，承载能力和效率较高；侧隙便于控制和调整；能作离合器使用；可节约有色金属；制造安装简便，工艺性好。但由于结构上的原因传

16、动具有不对称性，因而正、反转时受力不同，承载能力和效率也不同。,阿基米德蜗杆 端面齿廓为阿基米德螺旋线 , 轴向齿廓为直线，其齿形角0=20。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角3时)或双刀(当3时)车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便。,渐开线蜗杆(ZI蜗杆) 蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线。加工时，车刀刀刃平面与基圆相切。可以磨削，易保证加工精度。一般用于蜗杆头数较多，转速较高和较精密的传动。,法面(N-N)齿廓为直线，端面齿廓为延伸渐开线，用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。车削时车刀刀刃平面置于螺旋线的法面上，加工简单，可用砂轮磨削，常用于多头精密蜗杆传动。,法向直廓蜗杆,圆弧圆柱蜗杆螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的，而蜗轮是用范成法制造的。在中间平面，蜗杆的齿廓为凹弧，而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形。所以，圆弧圆柱蜗杆传动是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动，也是一种线接触的啮合传动。其主要特点为:效率高，一般可达90%以上；承载能力高，体