武汉理工大学机械设计课件第6章.ppt

1、,第六章 蜗杆传动设计,第六章 蜗杆传动,6-1 蜗杆传动概述,一、蜗杆传动的特点,蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，一般两轴间的交错角=90。,蜗杆传动是在齿轮传动的基础上，为了获得较大的传动比而发展起来的。,它具有齿轮传动的某些特点，即在中间平面或称主平面（通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内的啮合情况与齿轮和齿条啮合情况相似；又有区别于齿轮传动的特性，即其运动特性相当于螺旋副的工况。蜗杆相当于一个单头或多头螺杆，蜗轮相当于一个“不完整的螺母”。蜗杆转动一周，蜗轮相应转过一个或多个齿。,蜗杆传动概述,二、正确啮合条件,如前述，在中间平面，蜗杆传动 相当于齿条

2、（蜗杆）与齿轮（蜗 轮）的啮合，故其正确啮合条件 和齿轮传动相仿。为增加接触线 长度，将蜗轮齿面做成圆弧形， 包在蜗杆上。 蜗杆传动正确啮合条件：,1、在中间平面内，蜗杆的轴向模数mx1和压力角x1与蜗轮的端面模数mt2和压力角t2分别相等。 即mx1=mt2=m x1=t2=20,2、蜗杆分度圆柱导程角与蜗轮分度圆柱螺旋角等值同向。既 = ,蜗杆传动概述,蜗杆传动实例,螺旋线方向实例： 蜗杆与蜗轮的螺旋方向应相同，而斜齿轮传动中两 齿轮的螺旋方向相反。在蜗杆蜗轮的螺旋方向上，同学 们常出现一左一右的错误概念。在实际生产中就发生过 类似事情：某厂技术员设计蜗杆减速器时，就采用了蜗 杆右旋、蜗轮

3、左旋，制造好后，安装时才发现安装不进 去，因而造成废品和返工，在这方面要特别注意。,蜗杆传动概述,三、传动类型,按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动,按蜗杆螺旋面形状分阿基米德、渐开线、延伸渐开线蜗杆传动。,环面蜗杆传动。,锥蜗杆传动。,阿基米德蜗杆的加工方法, 6-2 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算,蜗杆传动主要参数有：模数m、压力角、蜗杆分度圆直径d1、直径系数q、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2。,这些参数不仅影响结构尺寸，也影响传动性能，它们相互联系，不应孤立确定。,一、模数m和压力角,同齿轮传动一样，模数也作为主要计算参数。标准见表6-1,二、蜗杆分度圆直径d1、导程角和直径系数q,由右图：,令q =

4、 d1/m称为直径系数， 即 d1 = mq tg = z1/q,讨论：,（1）d1为什么要取标准值？,这是因为切制蜗轮所用滚刀的几何参数必须与该蜗轮相啮合的蜗杆相同，即对于每种不同直径的蜗杆在切制蜗轮时都要准备一把滚刀，这样准备的刀具就太多了，故为了减少刀具型号，便于刀具的标准化就制定了d1标准系列。,（2）q与蜗杆刚度关系,d1=mq ， 故当m一定，qd1，所以q取大值可提高蜗杆刚度。,（3）q与效率关系,tg = z1/q 故当Z1一定，q下降，所以q取大值会降低效率。,三、传动比i，蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2,1、传动比i,蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算,2、Z1的选择,主要考虑传动

5、比、效率及制造三个方面。 从传动比看， i 一定，Z1Z2，故紧凑。 从效率看，Z1效率,故自锁应选单头。 从制造看，Z1( ) , 难制造。 一般： Z1=14,3、Z2的选择,为避免发生根切和保证传动平稳，Z2有最小值要求，为 保证蜗杆刚度，Z2有最大值要求(Z2最好不大于80）。,推荐： Z1=1时，Z217 Z1=2时，Z227 动力传动，Z2不应少于28，一般选Z2=3263为宜。,a =(d1 + d2)/2 =m(q + Z2)/2,四、几何尺寸计算，见表6-2,蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算,蜗杆传动实例,自锁实例： 蜗杆传动的自锁性能在实际中应用很广。例如船用 电动舵机采用蜗

6、杆传动具有自锁性能，在风浪中使得舵 叶的角度保持不变。起重机的升降机中，由于蜗杆传动 具有自锁性能，使得变幅动力失灵时重物不致掉落下来 造成事故，起锚机也同样。,6-3 蜗杆和蜗轮的常用材料和结构（阅读）选材除要满足强度要求，更重要的是具有良好的跑合性、减摩性和耐磨性。蜗杆一般用碳钢或合金钢 ；蜗轮一般用青铜合金。,6-4 蜗杆传动受力分析与强度计算,一、受力分析,作用于工作面上法向力Fn 可分解为圆周力Ft，径向力Fr 和轴向力Fa。 如图,由于=90，三力大小：,Ft1= - Fa2=2000T1/d1 Ft2= - Fa1=2000T2/d2 Fr2= - Ft2tg1,Ft2,蜗轮转向

7、,各力方向：圆周力Ft主反从同径向力Fr指向轮心轴向力Fa主动轮按左、右手定则,运用：Fa1（左、右手定则）,例：指出图中的蜗杆或蜗轮 的螺旋线方向及转向，绘出 蜗杆和蜗轮啮合点处三力 （Fa、Ft、Fr）的方向。 （未指明时， 蜗杆为主动）,蜗杆传动的计算载荷 : Fnc = KFn K=1.01.4 T2 = iT1,蜗杆传动受力分析与强度计算,二、滑动速度和失效形式,1、滑动速度VS,设蜗杆的圆周速度为V1，蜗轮的圆周速度为V2，V1与V2呈90角，则齿廓间产生的相对滑动速度,由于VS比蜗杆圆周速度还大， 故引起较严重的磨损和发热。,蜗杆传动受力分析与强度计算,在闭式蜗杆传动，失效多为点

8、蚀和胶合 在开式蜗杆传动，失效多为磨损和断齿。 目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。,2、失效形式,主要失效形式有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。,蜗杆传动受力分析与强度计算,校核式：,设计式：,校核式：,设计式：,三、强度计算,蜗轮近似地看作斜齿圆柱齿轮，考虑到蜗杆传动的特点，由赫兹和刘易斯公式为基础，并作一定假设（如=525，=20）得强度计算公式。,设计式算得m2d1后，可按表6-1确定相应的m和d1的标准值。,接触强度：（青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆）,弯曲强度：,蜗杆传动受力分析与强度计算,2. 轴承摩擦效率2，0.980.9

9、9,3. 浸入油中的零件搅油效率3，0.940.99,6-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算,一、蜗杆传动的润滑,由于蜗杆传动相对滑动速度VS大，效率低，发热量大，故润滑特别重要。,开式蜗杆传动，采用粘度较高的润滑油或润滑脂。,闭式蜗杆传动，根据工作条件及VS，参考表6-4选定润滑油粘度及给油方法。当采用油池润滑时，蜗杆下置，浸油深度为蜗杆一个齿高；蜗杆上置，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。,二、蜗杆传动的效率,闭式蜗杆传动的总效率包括：,1. 轮齿啮合效率1,=123,初步计算，可由蜗杆头数近似取值。 闭式传动 Z1=1=0.70.75自锁时0.5 Z1=1=0.750.82 Z1=4=0.

10、870.92 开式传动 Z1=1，2=0.60.7,三、蜗杆传动热平衡计算,蜗杆传动由于效率低，其功率损耗将发热，如果热量不能及时散逸，将会使油温升高而降低油的粘度，从而引起磨损、胶合，造成恶性循环，故对闭式蜗杆传动要进行热平稳计算。,热平衡式：单位时间散热量=单位时间发热量,蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算,t=t-t0, 油温与室温之差， to室温，常温取20。t温升许用值，一般为6070由于t=t+t0，故油温许用值应小于8090，若计算或实测油温t90时，应采取冷却散热措施。,A散热面积,即1000P1（1-）=ktAt kt散热系数，一般取1017 w/m2 ,通风好取大值。,（1）

11、增加散热面积（A值），如合 理设计箱体结构，铸出或焊上 散热片。,蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算,（2）提高散热系数（kt值），如在蜗杆轴端装风扇，这 时kt可达20以上，或在箱体装设蛇形冷却水管，或 采用压力喷油循环冷却润滑。,蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算,本章英语单词,蜗杆传动worm gearing , worm drive 单头蜗杆 single-threaded worm 圆柱蜗杆 cylindrical worm 阿基米德蜗杆 Archimedes worm (ZA-worm) 渐开线蜗杆 involute helicoid worm (ZI-worm) 法向直廓蜗杆 straight sided normal worm (ZN-worm) 圆弧圆柱蜗杆 arc-contact worm (ZC-worm) 环面蜗杆 enveloping worm 锥蜗杆 spiroid 蜗轮滚刀 worm gear hob 导程角 lead angle 直径系数 di