《蜗杆传动设计》.ppt

机械设计 第第4 4章章 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 4-1 概概 述述 4-1 蜗杆传动概述由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来 蜗轮：圆柱面呈凹圆弧形，包住蜗杆，可改善啮合状况蜗杆：外形象螺杆, 有螺旋传动的某些特点传递空间交错轴间的运动和动力机械设计一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点 传动比大，结构紧凑传动比大，结构紧凑 动力传动：动力传动：i i = 1080 = 1080，分度机构：，分度机构：1000 1000 4-1 蜗杆传动概述分度头传动示意图：传动路线为分度头传动示意图：传动路线为 手柄手柄齿轮副齿轮副( (传动比传动比1 1：1)1)蜗杆与蜗轮传动比蜗杆与蜗轮传动比(1(1：40)40)主轴手柄转一圈，主轴转主轴手柄转一圈，主轴转1/401/40圈圈如：如： 机械设计 传动平稳，噪声低传动平稳，噪声低 发热大、效率低，一般用在发热大、效率低，一般用在传递功率不太大或间歇传递功率不太大或间歇工作的场合工作的场合 自锁自锁 ( (当蜗杆导程角当蜗杆导程角g g 当量摩擦角当量摩擦角r rv v时时) ) 连续不断的螺旋齿，逐渐进入、退出啮合连续不断的螺旋齿，逐渐进入、退出啮合 需消耗有色金属，成本高需消耗有色金属，成本高 4-1 蜗杆传动概述机械设计按蜗杆的形状分：按蜗杆的形状分： 圆柱蜗杆圆柱蜗杆 锥面蜗杆锥面蜗杆 环面蜗杆环面蜗杆普通圆柱普通圆柱圆弧圆柱圆弧圆柱二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型 4-1 蜗杆传动概述机械设计1 1、普通圆柱蜗杆、普通圆柱蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA(ZA蜗杆蜗杆) )渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI(ZI蜗杆蜗杆) )法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN(ZN蜗杆蜗杆) )锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆(ZK(ZK蜗杆蜗杆) )多用直母线刀刃加工多用直母线刀刃加工(ZK(ZK蜗杆除外蜗杆除外) ) 车刀切削刃顶面通过蜗杆轴线车刀切削刃顶面通过蜗杆轴线 端面齿廓为阿基米德螺旋线端面齿廓为阿基米德螺旋线 轴向剖面为直线齿廓（相当于齿条）轴向剖面为直线齿廓（相当于齿条） 导程角大时加工不易导程角大时加工不易, ,333 双刀加工双刀加工 精度较低精度较低 用于传递中小载荷用于传递中小载荷 使用逐渐减少使用逐渐减少 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA(ZA蜗杆蜗杆) ) 4-1 蜗杆传动概述机械设计 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI(ZI蜗杆蜗杆) ) 刀刃顶面与基圆柱相切刀刃顶面与基圆柱相切，端面齿廓为渐开线，端面齿廓为渐开线 相当于少齿数、大螺旋角斜齿轮相当于少齿数、大螺旋角斜齿轮 传递功率较大传递功率较大 效率高效率高 可磨削，精度高可磨削，精度高 用于头数较多，较精密传动用于头数较多，较精密传动 4-1 蜗杆传动概述机械设计 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN(ZN蜗杆蜗杆) ) 车刀刀刃平面位于螺旋线法面内，车刀刀刃平面位于螺旋线法面内，端面齿廓为延伸渐开线端面齿廓为延伸渐开线 法面齿廓为直线法面齿廓为直线 可磨削，用于多头精密蜗杆传动可磨削，用于多头精密蜗杆传动 4-1 蜗杆传动概述机械设计 锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆(ZK(ZK蜗杆蜗杆) ) 端面齿廓近似为阿基米德螺旋线端面齿廓近似为阿基米德螺旋线 蜗杆加工容易，且可磨削蜗杆加工容易，且可磨削 承载能力、效率较高承载能力、效率较高 传动比范围大，一般传动比范围大，一般i i =10=10360360 国家标准推荐使用国家标准推荐使用 4-1 蜗杆传动概述机械设计2 2、圆弧圆柱蜗杆传动（、圆弧圆柱蜗杆传动（ZCZC蜗杆）蜗杆） 4-1 蜗杆传动概述用圆弧形车用圆弧形车刀加工而成刀加工而成 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动 机械设计中间平面上蜗杆齿廓凹弧形，蜗轮齿廓凸弧形中间平面上蜗杆齿廓凹弧形，蜗轮齿廓凸弧形内啮合，综合曲内啮合，综合曲率半径更大，接率半径更大，接触应力更小触应力更小 4-1 蜗杆传动概述目前正推广目前正推广 因此承载能力较普通型高因此承载能力较普通型高50150% 50150% 易于形成油膜，传动效率达易于形成油膜，传动效率达90% 90% 机械设计中间平面：通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮中间平面：通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面轴线的平面4-2 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 一、主要参数一、主要参数 在在中间平面中间平面内，相当于内，相当于齿条齿条与与齿轮齿轮的啮合的啮合 1 1、模数、模数mm和压力角和压力角a ag b以以阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆为例为例 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸在中间平面内为标准值在中间平面内为标准值 正正确确啮啮合合条条件件mmx x1 1= =mmt t2 2= =m m ( (标准标准值值) )a ax x1 1= =a at t2 2= =a a = =2020 ( (标准值标准值) )=90 =90 时：时： g g = = b b且且旋向相同旋向相同对蜗杆而言为轴向截面，对蜗杆而言为轴向截面， 对蜗轮则为端面对蜗轮则为端面 机械设计2 2、蜗杆分度圆柱导程角、蜗杆分度圆柱导程角g gp px x：齿距齿距，相邻两齿间的轴向距离，相邻两齿间的轴向距离p pz z：导程导程，同一螺旋线相邻两齿间的轴向距离，同一螺旋线相邻两齿间的轴向距离d1 m z蜗杆导程角蜗杆导程角 = = 蜗蜗杆螺旋角吗？杆螺旋角吗？不等于。

不等于蜗杆导程角蜗杆导程角 = = 9090 - - 蜗杆螺旋角蜗杆螺旋角 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸机械设计蜗轮加工时：滚刀与蜗杆同参数蜗轮加工时：滚刀与蜗杆同参数为限制滚刀数量、便于刀具标准化为限制滚刀数量、便于刀具标准化3 3、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d d1 1和直径系数和直径系数q q 将将d d1 1制定为标准系列值制定为标准系列值比值：比值：故：故：同一模数有很多不同直径的蜗杆同一模数有很多不同直径的蜗杆蜗杆直径系数蜗杆直径系数 每一模数规定了一定数量的每一模数规定了一定数量的d d1 1q q增大，蜗杆直径大，刚度好，但导程角变小，效率低增大，蜗杆直径大，刚度好，但导程角变小，效率低 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸机械设计表表4-1 4-1 普通圆柱蜗杆传动的参数匹配（部分）普通圆柱蜗杆传动的参数匹配（部分） 1.252011631.256.3801, 2, 412.6983175.222.4117.9235112117.7784445.281.6201, 2, 412.551.28631, 2, 47.875403228117.571.68801, 2, 4, 61051202181, 2, 49721001, 2, 412.5640022.41, 2, 4, 611.289.6140117.58960281, 2, 41411210711, 2, 47.1710035.5117.75142901, 2, 4, 6990002.522.41, 2, 48.96140112111.211200281, 2, 4, 611.21751601161600035.51, 2, 414.2221.912.5901, 2, 47.214062.545118281.251121, 2, 48.9617500模数模数分度圆直径分度圆直径 蜗杆头数蜗杆头数 直径系数直径系数模数模数 分度圆直径分度圆直径 蜗杆头数蜗杆头数直径系数直径系数 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸机械设计4 4、传动比、传动比i i5 5、相对滑动速度、相对滑动速度v vs s摩擦发热摩擦发热 效率效率 v vs s 相对滑动速度较齿轮传动更大，因此蜗相对滑动速度较齿轮传动更大，因此蜗杆传动的效率更低杆传动的效率更低 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸机械设计变位目的：变位目的：变位时：变位时：蜗轮变位，蜗杆不变蜗轮变位，蜗杆不变6 6、变位系数、变位系数x x2 2凑传动比凑传动比或或中心距中心距 凑传动比,符合推荐值变位前变位前 变位后变位后 ( (中心距不变，调整蜗轮齿数中心距不变，调整蜗轮齿数) ) 调整中心距，符合标准值调整中心距，符合标准值变位前：变位前：变位后：变位后：普通蜗杆传动普通蜗杆传动x x2 2=-0.7=-0.70.70.7 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动x x2 2=0.5=0.51 1 蜗轮轮齿顶变尖蜗轮轮齿顶变尖 x x2 2蜗轮根切蜗轮根切 x x2 2 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸机械设计二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算 详见表详见表4-24-2和表和表4-34-3基本尺寸与齿轮传动类似基本尺寸与齿轮传动类似1 1、蜗轮、蜗轮“ “四个圆四个圆” ” 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸d de2e2蜗轮顶圆径蜗轮顶圆径 d da2a2蜗轮喉圆（相蜗轮喉圆（相当于齿顶圆）当于齿顶圆） d df2f2蜗轮齿根圆蜗轮齿根圆 2 2、蜗轮轮缘宽度、蜗轮轮缘宽度B B 3 3、蜗杆螺纹长度、蜗杆螺纹长度L Ld d2 2分度圆分度圆 圆弧圆柱蜗杆（略）圆弧圆柱蜗杆（略）机械设计三、普通圆柱蜗杆与斜齿圆柱齿轮主要参数区别：三、普通圆柱蜗杆与斜齿圆柱齿轮主要参数区别： 传动比传动比 i i斜齿轮传动斜齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i i = = d d2 2 / / d d1 1 i i d d2 2 / / d d1 1 m m、a a 法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值中间平面为标准值b b b b1 1= = b b2 2g g = =b b, , 旋向相同旋向相同d d1 1d d1 1= = mmn nz z1 1/cos/cosb bd d1 1= =mq,mq,且为标准值且为标准值 d d2 2= =mzmz2 2 4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸机械设计闭式传动：闭式传动：开式传动：开式传动：一、失效形式一、失效形式 二、设计准则二、设计准则 4-34-3蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则 胶合、点蚀胶合、点蚀闭式传动：闭式传动：按接触疲劳强度设计，按接触疲劳强度设计，当当z z2 2 80 80时还应校核弯曲疲劳强度时还应校核弯曲疲劳强度 ；控制控制胶合胶合热平衡计算：热平衡计算： t t 8080时，轮齿折断时，轮齿折断按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计磨损、轮齿折断磨损、轮齿折断 4-3 蜗杆传动的失效形式和设计准则机械设计4-44-4圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算 一、受力分析一、受力分析 以蜗杆为对象以蜗杆为对象 ，忽略摩擦力，忽略摩擦力FnFr1FfangFt1Fa1 力的分解力的分解 径向力径向力F Fr r圆周力圆周力F Ft t 轴向力轴向力F Fa a F Fn n 力的方向力的方向与斜齿圆柱齿轮同与斜齿圆柱齿轮同 力的对应关系力的对应关系F Ft1t1= =F Fa2a2F Fa1a1= =F Ft2t2F Fr1r1= =F Fr2r2当蜗杆为主动时，蜗轮的转动方当蜗杆为主动时，蜗轮的转动方向取决于什么？向取决于什么？ 4-4 蜗杆传动的强度计算机械设计Fa1Ft2Ft1Fa2n1Fr2Fr1n2n1各力应画在受力点上12Fr1Fa1Ft2n2Fa2Ft1Fr2例：已知蜗杆的转动方向和蜗轮的螺旋线方向，请判例：已知蜗杆的转动方向和蜗轮的螺旋线方向，请判断蜗轮的转动方向。

断蜗轮的转动方向 4-4 蜗杆传动的强度计算机械设计 力的大小力的大小则：则： T T2 2 = = h h iTiT1 1FnFr1FfangFt1Fa1 4-4 蜗杆传动的强度计算a机械设计二、普通圆柱蜗杆传动的强度计算二、普通圆柱蜗杆传动的强度计算 校核式：校核式： 弹性系数，弹性系数， 设计式设计式 ：使用系数，表使用系数，表3-13-1 强度计算主要针对强度计算主要针对蜗轮轮齿蜗轮轮齿 蜗轮类似于齿轮，强度公式可仿照齿。