蜗杆传动类型和特点.ppt

机械设计,第六章,,蜗杆传动,*,,蜗杆传动,,,蜗杆传动,类型和特点,,失效形式、材料选择与结构,,主要参数和几何关系,,蜗杆传动受力分析和效率,,蜗杆传动的强度计算,,,蜗杆传动热平衡计算,§1,蜗杆传动类型和特点,一、特点和应用,外形类似：,,,螺旋,与,斜齿轮,的传动,从中间平面剖开：,,,齿轮,与,齿条,的传动,1,、应用,P 750KW,（通常＜,50KW,），,V,s,35 m/s,,（通常＜,15 m/s,）由于,i,大，可用于机床分度机构、仪器仪表中2,、特点,1,）,工作平稳,：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点2,）,i,大,蜗杆,——1,、,2,、,4,、,6,传递动力时：,i=8~100,（常用,15~50,）,,传递运动时：,i=,几百,~,上千（单头，,η↓,）,用于传递,交错轴,之间的回转运动 一般：,空间垂直,为什么？,优点：,齿轮,——z,1,>17,3,）,结构紧凑,、重量轻、噪音小4,）,自锁性能好,(,用于提升机构,),缺点：,1,）制造成本高，加工困难2,）,滑动速度,v,s,大3,）,η,低4,）,蜗轮,需用贵重的,减摩材料,1,、按蜗杆形状分,圆柱蜗杆,环面蜗杆,锥蜗杆,二、分类,ZA,型,:,阿基米德蜗杆,中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合,端面：阿基米德螺旋线,ZI,型,:,渐开线蜗杆 端面：渐开线,,,较精密传动,ZN,型,:,法向直廓蜗杆,(,刀具加工,,位置不同,),圆柱蜗杆,锥蜗杆,：啮合齿数多，,ε↑,，平稳↑，承载↑。

环面蜗杆,：接触齿对数↑，承载↑（,1.5~4,）倍，,,,η,高，但制造安装要求高2,、按蜗杆头数分,单头,蜗杆：,i↑,，自锁性↑，,η↓,多头,蜗杆：相反,3,、按旋向分,左旋,右旋,一般采用,右旋,三、精度等级,12,个等级：,动力传动：,6~9,级,测量分度：,5,级或以上,§2,失效形式、材料选择和结构,一、失效形式,与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断,∵,v,s,↑,→η↓,、发热↑ →主要为：,胶合,、,磨损,、,点蚀,蜗轮强度较弱，失效主要发生在,蜗轮,上二、材料,v,s,↑,减摩性↑ 、强度↑,不能都用硬材料,1,、蜗轮,——,指齿冠部分材料：,减摩材料,铸锡青铜：,v,s,≥12~26m/s,铸铝青铜：,v,s,≤10m/s,，抗胶合能力差,铸铝黄铜：抗点蚀能力强,,,耐磨性差,,,用于,v,s,小场合,HT,、,QT,：,v,s,≤2m/s,大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）,2,、蜗杆,材料,碳钢,合金钢,热处理,硬面蜗杆：,首选,淬火→磨削,调质蜗杆：缺少磨削设备时选用§3,圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算,一、基本齿廓,中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。

二、模数,m,正确啮合条件：,轴向,端面,∴,—,标准值,(,与齿轮不同,,,表,13.4),——,蜗杆导程角,三、齿形角,刀具基准齿形的齿形角：,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角,法向直廓蜗杆：法向齿形角,四、蜗杆分度圆直径,d,1,（中圆直径）,↓刀具数量,同一,m,的蜗杆，应对直径,d,1,进行限制,d,1,为标准值,πd,1,p,x,p,x,加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但,m,一定时，由于,z,1,和,γ,的变化，,d,1,是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀五、蜗杆直径系数,q,d,1,、,m——,为标准值,∴,q,为导出值,,,不一定为整数六、蜗杆导程角,γ,γ↑→η↑,γ↓→η↓,γ↑↑→,制造困难,m,一定时，,q↑——d,1,↑——,蜗杆刚度↑,z,1,一定时，,q↑——γ↓——η↓,，自锁性↑,∴ 小,m,蜗杆→选用大,q,，保证强度和刚度→适于小,P,,,大,m,蜗杆→选用小,q,，保证效率→适于大,P,传递,动力,时,:,头数,z,1,↑—γ↑—η↑,∴ 采用,多头蜗杆,传递,运动,时,:,保证自锁,( γ≤ρ),γ↓—z,1,↓,,采用,单头蜗杆,七、,z,1,、,z,2,蜗杆,头数,z,1,：蜗杆上蜗旋线的数目。

z,1,=1,、,2,、,4,、,6,等,z,1,↑↑——,加工困难,传递动力：,（↑传动平稳性，避免根切）,(z,2,↑—d,2,↑—,蜗杆轴长↑,—,刚度↓,),∴ 一般取,z,2,=32~80,z,1,~z,2,：,互质,→均匀磨损,八、,i,、,u,蜗杆主动时,:,九、中心距,a,（应按,p264,系列值选取）,十、变位系数,1,、变位目的：配,凑中心距,；,凑传动比,2,、变位方法：与齿轮变位相同,,,靠,刀具的移位,实现变位故：蜗杆尺寸不能变动，,只能对蜗轮变位,加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变4,、变位类型,1,）,齿数不变，凑,a,x>0,，正变位,x<0,负变位,3,、变位结果,∴蜗杆,——,各部分尺寸不变,，但节线变化,蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线,(,分度圆柱上母线,),∴蜗轮,——,尺寸发生变化,，但,2,）,a,不变，齿数变化，凑,i,凑,i,：（,a,不变， →,）,§4,受力分析与效率计算,一、作用力,圆周力：,轴向力：,(,蜗杆主动,),——,啮合效率,忽略,F,f,径向力：,方向判定：,1,）蜗轮转向,已知：,n,1,、旋向→,n,2,左、右手定则：四指,n,1,、拇指,反,向：啮合点,v,2,→n,2,2,）各分力方向,F,r,：,指向各自轮心,F,t,蜗杆,与,n,1,反向,蜗轮,与,n,2,同向,F,a,蜗杆,：,左、右手定则,蜗轮：,※,n,2,n,1,3,）旋向判定,∵,蜗轮与蜗杆旋向相同,。

v,2,练习：,n,1,n,1,F,r1,F,r2,⊙,F,t1,x,F,a2,F,a1,F,t2,右旋,n,2,F,r1,F,r2,F,t1,F,a2,x,F,a1,F,t2,·,n,2,已知：蜗杆轴,Ⅰ,为输入，大锥齿轮轴,Ⅱ,为输出，轴,Ⅲ,转向如图试：确定各轮转向、旋向及受力1. n,4,→,n,3,→,n,2,→,F,t2,→,F,a2,2. F,a3,→,F,a2,→,F,t1,→,n,1,蜗轮右旋,n,4,输出,Ⅲ,Ⅰ,Ⅱ,1,2,3,4,蜗杆右旋,→,二、传动效率,与齿轮类似：,1,、啮合,η,1,：近似按螺旋副计算,（蜗杆主动）,（蜗轮主动）,ρ,v,——,当量摩擦角，,说明：,1,）,v,s,↑,→μ,v,↓→,ρ,v,↓,油膜易形成→,η,1,↑,2,）,γ,为影响,η,1,的主要因素,：,γ↑→η,1,↑,时，,η,1,→ max,此后，,γ↑→η,1,↓,2,、,η,2,搅油效率：,3,、,η,3,轴承效率：,§5,圆柱蜗杆传动的强度计算,∵蜗轮齿强度低于蜗轮齿,计算针对,蜗轮,一、接触强度计算,校核式,,设计式,参数说明：,1,）,T,2,——,蜗轮转矩,,N ·mm,2,）,K,A,——,使用系数,,,表,12.9,（同齿轮传动）,3,）,Z,E,——,弹性系数,,,表,13.2,，,P260,4,）,Z,ρ,——,接触系数,,,考虑齿面曲率和接触线长度影响,,,Z,ρ,初值,a,根据,查得。

设计时：,未知，,初选,值,（蜗杆主动）,§6,温度计算（热平衡计算）,由于,η↓——,发热大,易胶合,即：,发热率,H,1,=,散热率,H,2,摩擦功耗：,∴,冷却散去的热量：,环境温度,t,0,=20°,箱内工作温度,散热面积，可由,13.27,式估算,表面传热系数，,则：,热平衡计算,油温比,t,1,高,15℃,左右，,※,蜗杆上置：飞溅冷却作用差,若,t,1,太高，可采取如下措施：,2,、蜗杆轴端装风扇,1,、加散热片,3,、外冷却压力喷油润滑,4,、油池内安装蛇形冷却水管,习题：,蜗轮蜗杆传动,,一、选择题,,1,、当两轴线,,时，可采用蜗杆传动1,）平行；（,2,）相交；（,3,）垂直交错；,,2,、在蜗杆传动中，通常,,为主动件1,）蜗杆；（,2,）蜗轮；（,3,）蜗杆或蜗轮都可以；,3,1,3,、在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角,,当量摩擦角1,）小于；（,2,）大于；（,3,）等于；,,4,、起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应用,,蜗杆1,）单头、小导程角；（,2,）单头、大导程角；（,3,）多头、小导程角；（,4,）多头、大导程角；,,5,、为了减少蜗轮滚刀型号，有利于刀具标准化，规定,,为标准值。

1,）蜗轮齿数；（,2,）蜗轮分度圆直径；（,3,）蜗杆头数；（,4,）蜗杆分度圆直径；,,6,、为了凑中心距或改变传动比，可采用变位蜗杆传动，这时,,1,）仅对蜗杆进行变位；（,2,）仅对蜗轮进行变位；（,3,）同时对蜗杆、蜗轮进行变位；,1,1,4,2,7,、蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中,,最易发生1,）点蚀与磨损；（,2,）胶合与磨损；（,3,）轮齿折断与塑性变形；,,8,、蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对,,来进行的1,）蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度；（,2,）蜗轮齿面接触强度和蜗杆齿根抗弯强度；（,3,）蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度；（,4,）蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度；,,9,、对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了,,1,）防止润滑油受热膨胀后外溢，造成环境污染；（,2,）防止润滑油温度过高而使润滑条件恶化；（,3,）防止蜗轮材料在高温下力学性能下降；（,4,）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏,；,,10,、与齿轮传动相比，,,不能作为蜗杆传动的优点1,）传动平稳，噪声小；（,2,）传动比可以很大；（,3,）可以自锁；（,4,）传动效率高；,2,4,2,4,二、试分析如图所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋线方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。

右旋蜗杆（主动）,2,3,4,1,,右旋蜗杆（主动）,F,t1,F,r4,F,a2,F,t3,F,t2,F,t4,F,a1,F,a4,F,a3,F,r1,F,r2,F,r3,。