第十章蜗杆传动教学内容.ppt

第十一章 蜗杆传动蜗杆蜗轮传动的特征： 3、结构紧凑、传动比大、传动平稳、自锁性好蜗杆传动用以传递交错轴间的运动和动力交错角一般为90 1、特殊的交错轴斜齿轮传动，90，z1很少，一般z114；2、它具有螺旋传动的某些特点，蜗轮部分地包容蜗杆4、传动效率低、常需耗用有色金属 磨削困难，当导程角较大时加工不便 11 1 蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动 （一）圆柱蜗杆传动（一）圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动 1、普通圆柱蜗杆传动 阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆 在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线，其齿形角0=20 （1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 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 （2）法向直廓蜗杆(ZN蜗杆) 这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面(N-N)齿廓为直线 ZN蜗杆用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工 蜗杆磨削比较困难 加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动 铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面。

便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛 （4）锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆) 一种非线性螺旋曲面蜗杆它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削 （二）环面蜗杆传动蜗杆体在轴向的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面 在传动的啮合带内，蜗轮的节圆位于蜗杆的节弧面上，亦即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 同时相啮合的齿对多，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，效率一般达0.850.9； 锥蜗杆传动也是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 （三）锥蜗杆传动 同时接触的点数较多，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 112 圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算在中间平面内相当于齿轮与齿条啮合一） 主要参数及其选择 主要参数有： 模数m、压力角、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及蜗杆的直径d1等1、模数m和压力角 蜗杆轴面(x) 蜗轮端面(t) x1t2 ; x1 t2 正确啮合条件:旋向相同 2.蜗杆分度圆直径1 22 1 1 11 , 11 为减少滚刀的规格数量1定为标准值 1与搭配 表112（部分）中心距a(mm)模数m(mm)分度圆直径d1(mm)m2d1蜗杆头数z1直径系数q分度圆导 程角()蜗轮齿 数z2变位系数x24011818118.003104762050820401.252031.25116.003343549-0.5005022.43517.923113862+0.04063+0.440501.62051.2112.504342651-0.5002905254174441632871.68117.503161461+0.1258082+0.2501256.3632500.47110.005423831-0.6587(160)2111836(41)(-0.1032)(180)4214805(48)(-0.4286)(200)6305750(53)(+0.2460)2501124445.28117.7783131061+0.2937直径系数 5.几何尺寸计算 表(113) 中心距: a （12）2(12)2 df=d2(ha*+C*) m= d2.4 m c*=0.23.3.蜗杆导程角蜗杆导程角: : gg1 11 14.4.蜗杆头数蜗杆头数1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数2 2 1 1 =1 =1、2 2、4 4、6 6 2 228 28 动力传动动力传动maxmax=80=80（三）蜗杆传动的几何尺寸计算名称代号计算关系式说明中心距aa=(d1+d2+2x2m)/2按规定选取齿形角a=20或n=20按蜗杆类型确定模数mm=ma=mn/cos按规定选取传动 比ii=n1/n2蜗杆为主动，按规定选取蜗杆直径系数=d1/m蜗杆分度圆直径d1d1=mq按规定选取蜗杆齿顶圆 直径da1m蜗杆齿根圆直径df1m+c)渐开线蜗 杆基圆直径db1db1=d1tan/tanb=mz1/tanb蜗杆导程角tg=mz1/d1=z1/q蜗轮 分度圆直径d2d2=mz2=2a-d1-2x2m蜗轮齿 根圆直径df2df2=d2-2hf2da1=d1+2ha1=d1+2df1=d1-2hf1=d1-2(113 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算胶合、磨损、点蚀（蜗轮轮齿上）(一)蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料 原因：相对滑动速度大失效经常发生在蜗轮轮齿上。

在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断;在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效 2、设计准则：1、失效形式：开式传动以保证齿根弯曲疲劳强度为主 闭式传动按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核并作热平衡核算3、蜗杆、蜗轮的材料对材料的要求：减摩、耐磨、抗胶合蜗杆的材料：高的强度及光洁度、足够的刚度 最好淬火钢 其余调质钢低速、人力传动、铸铁蜗轮蜗轮的材料：减摩、抗胶合、抗点蚀 最好锡青铜 ZCuSn10p1(10-1), ZCuSn5PbZn5(5-5-5) 其余铝青铜、灰铸铁、尼龙(二)蜗杆传动的受力分析 2.作用力的方向1.受力分析类似斜齿传动蜗杆、蜗轮旋向相同3.作用力的大小t1a2211 t2a1222r1r2t2g 其他力方向与斜齿轮判定方法相同 方向用左、右手定则判定 Fn 啮合齿面上的法向载荷，N； L0 接触线总长，mm； K 载荷系数； ZE 材料的弹性影响系数， （三） 蜗杆传动的强度计算l蜗轮齿面接触疲劳强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度计算的原始公式仍来源于赫兹公式将法向载荷Fn 换算成蜗轮分度圆直径d2 与蜗轮转矩T2 的关系式，再将d2、L0、等换算成中心距的函数。

校核公式设计公式K载荷系数，K=KAKKv使用系数KA工作类类型IIIIII载载荷性质质均匀，无冲击击不均匀，小冲击击不均匀，大冲击击每小时时起动动次数50起动载动载荷小较较大大KA11.151.2K为齿向载荷分布系数: 载荷平稳时，K=1；当载荷变化较大，K=1.31.6； Kv为动载系数:v23m/s时，Kv=1.01.1； v23m/s时，Kv=1.11.2 灰铸铁及铸铝铁青铜蜗轮的许用接触应力H(MPa)材料滑动动速度vs(m/s)蜗蜗杆蜗轮蜗轮45HRC铸锡铸锡 磷青铜铜ZCuSn10P1砂模铸铸造150180金属模铸铸造220268铸锡锌铅铸锡锌铅 青铜铜ZCuSn5Pb5Zn5砂模铸铸造113135金属模铸铸造1281402.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效主要发生在蜗轮齿数较多(如z290时)或开式传动中 对闭式蜗杆传动通常只作弯曲强度的校核计算，但这种计算是必须进行的 通常是把蜗轮近似地当做斜齿圆柱齿轮来考虑蜗轮轮齿弧长，, Ysa2 齿根应力校正系数，放在F 中考虑；Y 弯曲疲劳强度的重合度系数，取Y=0.667 ；Y 螺旋角影响系数，Y=1-/120。

校核公式：蜗轮的基本许用弯曲应力蜗轮蜗轮 材料铸铸造方法铸锡铸锡 青铜铜ZCuSn10P1砂模铸铸造4029金属模铸铸造5640铸锡锌铅铸锡锌铅 青铜铜ZCuSn5Pb5Zn5砂模铸铸造2622金属模铸铸造3226铸铝铁铸铝铁 青铜铜ZCuAl10Fe3砂模铸铸造8057金属模铸铸造9064灰铸铁铸铁HT150砂模铸铸造4028HT200砂模铸铸造4834单侧工作双侧工作（四）蜗杆的刚度计算 计算模型： 简支梁 集中载荷： 蜗杆最大挠度： Ft1 蜗杆所受的圆周力，N； Fr1 蜗杆所受的径向力，N； E 蜗杆材料的弹性模量，MPa；（五）普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择 高 低 精度等级 1，2，6，7，8，9，10，11，12 远景 常用115 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算(一)蜗杆传动的效率轴承的效率 蜗杆或蜗轮搅油引起的效率 由啮合摩擦损耗所决定的效率 当量摩擦角 查表11-18 总效率 大，效率高；，效率提高蜗杆传动设计时，可根据蜗杆头数估取传动效率 z1 1， 2， 4， 6效率 0.7， 0.8， 0.9， 0.95(二)蜗杆传动的润滑目的：1）提高效率； 2）降低温升，防止磨损和胶合 蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。

(三)蜗杆传动的热平衡计算 发热量散热量热平衡如热平衡条件不满足时，可采取以下措施：1、增大散热面积；2、加风扇；3、加冷却水管例题1234旋右结论:为使轴轴向力小, 轴上两齿轮同旋向11- 6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1蜗杆结构 蜗杆通常与轴为一体，采用车制或铣制 2蜗轮结构： 蜗轮常采用组合结构，由齿冠和齿芯组成联结方式有：铸造联接、过盈配合联接和螺栓联接在低速轻载时采用整体式 例题 试设计一搅拌机用的闭式蜗杆减速器中的普通圆柱蜗杆传动已知:输入功率P=9kW，蜗杆转速n1= 1450r/min，传动比i12=20传动不反向，工作载荷较稳定，但有不大的冲击要求寿命Lh为120OOh 1选择蜗杆传动类型 根据GBlO05-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)解2选择材料 蜗杆用45号钢；螺旋面淬火，硬度为4555HRC.蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSnl0Pl，金属模铸造齿圈用青铜制造，轮芯用灰铸铁HTl00制造3按齿面接触疲劳强度进行设计按接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度传动中心距1) 确定作用在蜗轮上的转矩T2 按z1=2，估取效率=0.8，则齿向载荷分布系数K1；使用系数KA1.15；动载系数Kv1.05；2)确定载荷系数K3)确定弹性影响系数ZE因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故ZE=160 4)确定接触系数先假设d1/a=0.35，从图11-18中可查得 =2.9。

可从表11-7中查得蜗轮的基本许用应力H=268MPa5)确定许用接触应力H 应力循环次数寿命系数6)计算中心距取中心距 a = 200mm 由表11-2中取模数m=8mm，蜗杆分度圆直径d1=80mm 4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 1)蜗杆pa=25.133mm，直径系数q=10；齿顶圆直径da1=96mm；齿根圆直径df1=60.8mm；分度圆导程角=111836；蜗杆轴向齿厚sa=12.5664mm2)蜗轮蜗轮齿数z2=41；变位系数x2=-0.5；验算传动比i=z2/z1=41/2=20.5，误差为2.5%,是允许的5校核齿根弯曲疲劳强度 MPa当量齿数 根据x2=-0.5,zv2=43.48，可查得齿形系数YFa2=2.87 螺旋角系数 许用弯曲应力 F=FKFN 从表11-8查得由基本许用弯曲应力F=56MPa寿命系数 弯曲强度足满足的 6.精度等级公差和表面粗糙度的确定 从GB100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f,标注为8fGBl0089-1988然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度 7热平衡核算（从略）8绘制工作图（从略）。