蜗杆传动的效率课件.ppt

第十七章第十七章 蜗杆传动蜗杆传动17.1 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点17.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算17.3 蜗杆传动的失效形式和计算蜗杆传动的失效形式和计算 蜗杆传动的材料和结构蜗杆传动的材料和结构17.4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡蜗杆传动的效率、润滑及热平衡 普通圆柱蜗杆传动的精度等级普通圆柱蜗杆传动的精度等级 常用各类齿轮传动的选择常用各类齿轮传动的选择概述概述 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成一般蜗杆为主动件，用于传蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成一般蜗杆为主动件，用于传递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角为为9090 v概述17.1 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动用来传递空蜗杆传动用来传递空间两交错轴之间的运间两交错轴之间的运动和动力动和动力,一般两轴交一般两轴交角为角为90蜗杆主动、蜗轮从动蜗杆主动、蜗轮从动蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型蜗杆传动蜗杆传动的类型的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆7-2蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型1 1、按蜗杆的外形分类、按蜗杆的外形分类圆圆柱柱蜗蜗杆杆传传动动 环环面面蜗蜗杆杆锥蜗杆锥蜗杆 2 2 按其齿廓的曲线分按其齿廓的曲线分 阿基米德蜗杆传动阿基米德蜗杆传动(ZA型型)阿基米德蜗杆又称为轴向直齿廓蜗杆，这种蜗杆切削时的刀具切削平面通过阿基米德蜗杆又称为轴向直齿廓蜗杆，这种蜗杆切削时的刀具切削平面通过蜗杆轴线，所切出的蜗杆齿廓在轴面内为直线；在与轴线垂直的平面内，为阿基蜗杆轴线，所切出的蜗杆齿廓在轴面内为直线；在与轴线垂直的平面内，为阿基米德螺旋线。

该类型蜗杆具有加工、测量简单、方便等优点；单齿面不便于磨米德螺旋线该类型蜗杆具有加工、测量简单、方便等优点；单齿面不便于磨削，不宜采用硬齿面，传动效率低，只是用于低速轻载的传动中削，不宜采用硬齿面，传动效率低，只是用于低速轻载的传动中a)单刀加工（当导程角单刀加工（当导程角3时）时）b)双刀加工（当导程角双刀加工（当导程角3时）时）渐开线蜗杆传动渐开线蜗杆传动(ZI型型)渐开线蜗杆是使刀具切削平面通过蜗杆基圆的切平面时，所切出的蜗杆渐开线蜗杆是使刀具切削平面通过蜗杆基圆的切平面时，所切出的蜗杆其齿廓在基圆的切平面内为直线，而齿廓与垂直于蜗杆轴线的平面交线为渐开其齿廓在基圆的切平面内为直线，而齿廓与垂直于蜗杆轴线的平面交线为渐开线这种蜗杆可用滚刀滚铣，也可进行磨削因而，制造精度较高，也可采用线这种蜗杆可用滚刀滚铣，也可进行磨削因而，制造精度较高，也可采用硬齿面适用于批量生产、大功率、高速传动的场合适用于批量生产、大功率、高速传动的场合二、二、蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点1. 蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大2. 传动平稳、噪声小传动平稳、噪声小。

3. 可制成具有自锁性的蜗杆可制成具有自锁性的蜗杆4. 蜗杆传动的主要缺点是效率较低蜗杆传动的主要缺点是效率较低5. 涡轮的造价较高涡轮的造价较高通常在滚齿机上用蜗轮滚刀或飞刀加工成形通常在滚齿机上用蜗轮滚刀或飞刀加工成形17.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 参数和尺寸均在中间平面内确定参数和尺寸均在中间平面内确定一、一、蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数及其选择1. 蜗杆的头数蜗杆的头数z1就是蜗杆螺旋线的数目，一般取就是蜗杆螺旋线的数目，一般取1、2、4较少较少的蜗杆头数可以实现的蜗杆头数可以实现较大较大的的传动比传动比，但，但传动传动效率较低效率较低；蜗杆头数越多蜗杆头数越多，传动效率，传动效率越高越高，但蜗杆头数过多时不易加工但蜗杆头数过多时不易加工2. 蜗轮的齿数蜗轮的齿数z2通常取通常取z2 = 2880蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆头数z1=14：单头：i大，易自锁，效率低，精度高多头：，但加工困难，精度降低一头两个头三个头 为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿，但若z2过大蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小蜗轮齿数z2 常在常在2880 范围内选取。

范围内选取蜗轮齿数：3. 传动比传动比i注意：蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数有关，而不等于分度圆直径之比4. 模数模数m和压力角和压力角蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即：力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即： ma1= mt2 = m aa1 = at2 = 20正确啮合条件正确啮合条件模数模数m m和压力角和压力角 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面在中间平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合如图9-5）图图9-5 蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内的参数和几何关系为标准在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角规定中间平面上的模数和压力角为标准值，则:阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件当轴交错角=90时，还必须让蜗杆的导程角与蜗轮的螺旋角 在中间平面，即在中间平面，即蜗杆轴向平面与蜗轮中间平面的蜗杆轴向平面与蜗轮中间平面的m m和压力和压力角角 相等且为标准值见表相等且为标准值。

见表9-19-1）5. 蜗杆螺旋线升角（导程角）蜗杆螺旋线升角（导程角）导程：导程：蜗杆螺旋线有左、右旋之分，一般为右旋蜗杆螺旋线有左、右旋之分，一般为右旋通常通常=3.527蜗杆分度圆柱上的导程角蜗杆分度圆柱上的导程角蜗杆螺旋线的导程为：螺旋升角与导程的关系： 通常蜗杆螺旋线的升角 ，升角小时传动效率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的车削加工困难6. 6. 蜗蜗杆分度杆分度圆圆直径直径d d1 1和和蜗蜗杆直径系数杆直径系数q q直径直径d d1 1与与模数模数m m的比值称为蜗杆的的比值称为蜗杆的直径系数直径系数已标准化） 当模数一定时，q值越小，d1越小，升角越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低7. 7. 中心距中心距标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称蜗杆传动的几何尺寸计算17.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则蜗杆传动的失效形式和计算准则 一、一、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式1. 1. 齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度v v；2. 2. 齿轮的失效形式；齿轮的失效形式；失效常发生于蜗轮的轮齿上失效常发生于蜗轮的轮齿上主要失效形式为：主要失效形式为：胶合胶合、磨损磨损、齿面点蚀齿面点蚀 主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。

最常见失效是齿面胶合和过度磨损蜗杆传动的失效形式二、二、 蜗杆传动的计算准则蜗杆传动的计算准则1. 1. 对于闭式涡轮传动，通常按齿面接触疲劳强对于闭式涡轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度2. 2. 对于开式涡轮传动，或传动时载荷变动较大，对于开式涡轮传动，或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数或蜗轮齿数Z Z2 2 大于大于90 90 时，通常只须按齿根弯曲时，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计疲劳强度进行设计3. 3. 由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效生胶合失效1）开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断 设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则2）闭式传动：主要失效是胶合、磨损和点蚀 设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，另计算热平衡和蜗杆刚度设计准则:一、一、蜗杆传动的材料蜗杆传动的材料1. 1. 为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。

属（铜合金、铝合金）2. 2. 高速重载的蜗杆常用高速重载的蜗杆常用15Cr15Cr、20Cr20Cr渗碳淬火，渗碳淬火，或或4545钢、钢、40Cr40Cr淬火3. 3. 低速中轻载的蜗杆可用低速中轻载的蜗杆可用4545钢调质4. 4. 蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等灰铸铁等蜗杆传动的材料和结构蜗杆传动的材料和结构 二、二、蜗杆、涡轮的结构蜗杆、涡轮的结构1. 1. 蜗杆的结构蜗杆的结构蜗杆常和轴做成一个整体蜗杆常和轴做成一个整体无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加 工，但该结构的刚度较前一种差工，但该结构的刚度较前一种差蜗杆、蜗轮的结构2. 蜗轮的结构蜗轮的结构齿圈式齿圈式整整体体式式蜗轮的结构镶铸式镶铸式螺栓连接式螺栓连接式17.4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 一、一、蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿在受到法向载荷在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷周向载荷Ft、轴向载荷轴向载荷Fa。

Ft2Ft1Fx2Fx1Fr1Fr2T2n2n1T1力的大小力的大小 圆周力 轴向力 径向力 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向径向力径向力 =径向力径向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向径向力径向力 =径向力径向力周向力周向力 =轴向力轴向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。

转方向径向力径向力 =径向力径向力周向力周向力 =轴向力轴向力周向力周向力 =轴向力轴向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向从动轮转向从动轮转向径向力径向力 =径向力径向力周向力周向力 =轴向力轴向力周向力周向力 =轴向力轴向力Ft主反从同 Fr指向各自的轴线 Fa1蜗杆左右手螺旋定则 轴向力 径向力圆周力 蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向判定蜗轮转向 例1 判定蜗轮转向 例2二、二、蜗轮齿面接触疲。