传动蜗杆传动资料.pptx

蜗杆传动是传递空间交错轴之间的运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可以是任意值，常用的为90。特点：特点：优点：1.传动比大，结构紧凑；2.工作平稳，无噪声；3.一定条件下反行程可自锁。应用：应用：中小功率的动力传动或操纵机构中。一般：分度机构中传动比可达1000。缺点：缺点：效率较低，相对滑动速度大，摩擦与磨损严重，一 般需用贵重的减摩材料（如青铜等），成本高。概概 述述第1页/共40页11111 1 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型按蜗杆母体形状分为普通圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动 结构简单、加工方便、应用广泛、但承载能力小 重合度大、承载能力高、但加工制造成本高 啮合齿数多、重合度大、承载能力高、传动平稳圆柱蜗杆最为常用，本章介绍圆柱蜗杆一.蜗杆传动的类型第2页/共40页1.1.阿基米德阿基米德 蜗杆蜗杆（ZA）3.3.渐开线蜗渐开线蜗 杆杆（ZI）2.2.法向直廓法向直廓 蜗杆蜗杆（ZN）1.1.按螺旋线的方向和线数：蜗杆有左右旋、单线和多线之分。普通圆柱蜗杆：2.2.圆柱蜗杆按刀具加工位置又分为：阿基米德蜗杆（ZA）、法向直廓蜗杆（ZN）、渐开线蜗杆（ZI）、锥面包络圆 柱蜗杆（ZK），四种。4.4.锥面包络圆 柱蜗杆（ZK）普通圆柱蜗杆的齿面可在车床上用直线刀刃的车普通圆柱蜗杆的齿面可在车床上用直线刀刃的车刀车制。刀车制。第3页/共40页11112 2 蜗杆传动的参数和几何尺寸蜗杆传动的参数和几何尺寸 圆柱蜗杆在给定平面上的基本齿廓与渐开线齿轮的基本齿廓大致相同。注：四种圆柱蜗杆传动尺寸和强度相差甚微，以下仅讨论阿基米德蜗杆传动，但设计理论和结论对四种蜗杆都适用。中间平面中间平面：通过蜗通过蜗杆轴线和垂直蜗轮杆轴线和垂直蜗轮轴线的平面。轴线的平面。齿槽宽和齿厚相等的圆齿槽宽和齿厚相等的圆柱称为蜗杆的分度圆柱柱称为蜗杆的分度圆柱（中圆柱）（中圆柱）由制造方法可知，阿基米德蜗杆和对应蜗轮的啮合，在中间平面上，相当于渐开线齿条和齿轮的啮合。设计蜗杆传动时，均取中间平面上的参数为基准。第4页/共40页1.1.模数模数m m和压力角和压力角 在中间平面上，蜗杆的轴面压力角、模数应与蜗轮的端面压力角、模数对应相等，且均为标准值。而蜗杆与蜗轮的啮合本质上相当于螺旋齿轮传动，因此蜗杆和蜗轮的螺旋线旋向应相同且两螺旋角互为余角，即:正确啮合条件2.2.蜗杆的分度圆直径d d1 1和直径系数q qd d1 1、q q、m m标准化标准化其常用值见其常用值见P245P245表表11-211-2（标准值）加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀要减少滚刀数目、便于刀具标准化定为标准值，并与 有一定的搭配关系直径系数 一.圆柱蜗杆传动主要参数极其选择：第5页/共40页第6页/共40页 但考虑到 太大时，效率增量小而制造较困难，因此，动力传动中角的一般范围为：=15=1530300 0。3.3.蜗杆导程角 papapzpz故 与 大小相等、方向相同 d1（或q），,但蜗杆的刚度和强度越小。蜗杆的直径系数和头数选定后，分度圆上的导程角也就确定了并满足：第7页/共40页4.4.蜗杆头数蜗杆头数z z1 1、蜗轮齿数、蜗轮齿数z z2 2和传动比和传动比i：蜗杆头数 ：:1实现大传动比 或要求自锁2、4 要求效率 蜗轮齿数主要根据传动比来确定，太少会根切、传动平稳性差，蜗轮齿数太多，若m不变时，d2增大，导致蜗杆长度增大，刚度减小而影响啮合精度；若d2不变，m减少、齿根弯曲强度就会降低。因此，取 。则，一般动力蜗杆传动的传动比为：第8页/共40页215.5.齿面间的相对滑动速度：齿面间的相对滑动速度：6.6.中心距中心距（P245表表11-2）v2v1vs传动比与蜗杆头数、蜗轮齿数的推荐值见下表（P244表11-1）传动比传动比i571514 3029 82蜗杆头数蜗杆头数z16421蜗轮齿数蜗轮齿数z229 3129 6129 6129 82齿数比：齿数比：中心距确定后，可按表11-2确定蜗杆和蜗轮的尺寸参数，并按表匹配第9页/共40页二.蜗杆传动变位的特点 蜗杆传动的变位一般是为了凑中心距或凑传动比。变位时，蜗杆相当于齿条刀具，为了保持刀具尺寸不变，蜗杆尺寸是不能变的，因此，只能对蜗轮变位。方法是切削时刀具移位。变位与否的几种情况有如下关系：第10页/共40页零变位零变位 凑中心距凑中心距的的 变变 位位凑传动比凑传动比的的 变变 位位几何计算公式见P248,250表11-3、11-4变位后：变位后：三.圆柱蜗杆传动的几何计算公式 变位后蜗轮的分度圆永远与节圆重合，只是齿顶圆、齿根圆、齿厚发生了变化。蜗杆的节圆变了。第11页/共40页一.蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料11113 3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 失失 效效 形形 式式：和齿轮传动一样，蜗杆传动也存在疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损和断齿。对于闭式传动：容易产生胶合失效；对于开式传动：极易磨损。因相对滑动速度VS大，更易胶合和磨损，失效经常发生在蜗轮的轮齿上。因此一般对蜗轮轮齿进行承载能力计算。第12页/共40页&材料：材料：蜗杆蜗轮材料组合应具有良好的“减摩、耐磨、减摩、耐磨、抗胶合抗胶合”能力外，还应有足够的强度强度。蜗杆蜗杆 20Cr渗碳淬火渗碳淬火 40Cr、45淬火淬火 45调质调质 蜗轮蜗轮 ZCuSn10Pb1 ZCuAl10Fe3 HT150 VS 3 重要重要传动传动 VS 4 m/s VS 2 m/s 耐磨性好、抗胶合耐磨性好、抗胶合 价格便宜价格便宜 经济、低速经济、低速 硬表面蜗杆能充分发挥材料的潜能，应提倡，但必须要有专用磨削设备。另外，需磨削的蜗杆不能用阿氏蜗杆，因阿氏蜗杆是不能磨削的。设计准则：设计准则：开式传动：开式传动：多发生磨损和轮齿折断多发生磨损和轮齿折断保证闭式传动：闭式传动：保证 ，验算 。另外，闭式传动散热较困难，还应做热平衡热平衡计算。条件性计算第13页/共40页 蜗杆传动效率较低，计算作用力时要考虑效率，因此，圆周力应分别计算。设传动效率为 ，有：大大 小小二.蜗杆传动受力分析第14页/共40页方方 向向圆周力主动轮：与啮合点线速度 方向相反从动轮：与啮合点线速度 方向相同径向力：啮合点指向轴线轴向力：轴向指向工作齿廓侧轴向力亦可视主动轮的螺旋线旋向采用左手或右手定则：左旋齿轮用左手法则右旋齿轮用右手法则弯曲四指为转动方向、大指为 方向第15页/共40页 注意：一对啮合的蜗杆蜗轮的旋向相同例：力的方向判断Fa1Ft2Fr2Fr1Ft1Fa2第16页/共40页 蜗轮接触疲劳强度弹性系数，铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆组合时 接触线长度，mm综合曲率半径载荷系数啮合面上的法向载荷，N N利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点 蜗杆传动的失效多集中在蜗轮上，因此强度计算主要针对蜗轮。对闭式蜗杆传动，主要失效形式是齿面疲劳点蚀或胶合，由于胶合计算方法不成熟，只能借助接触疲劳强度计算来间接保证，因此，对闭式蜗杆传动只进行接触疲劳强度计算。三.圆柱蜗杆传动的强度计算第17页/共40页校核式：接触系数，查P253图11-18蜗轮齿面的许用接触应力，查P253表11-6（蜗轮材料的强度极限大于300MPa时）、11-7（蜗轮材料的强度极限小于300MPa时）载荷平稳是时：载荷变化较大或有冲击、振动时：使用系数，P253表11-5接触强度寿命系数第18页/共40页 蜗轮齿形、载荷分布复杂，只能按斜齿轮的方法计算得出近似解。由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z2较多（z290）或开式传动中计算弯曲强度才有意义。蜗轮齿根弯曲疲劳强度设计式：设计出设计出a 后，根据传动比后，根据传动比按表按表11-2标准化标准化，并确定相应的蜗杆、蜗轮参数。并确定相应的蜗杆、蜗轮参数。说明第19页/共40页设计式：设计式：校核式：Y YFa Fa 蜗轮齿形系数，按当量齿数z zv v=z z2 2/cos/cos3 3及蜗轮的变位系数x2查P255P255图11-1911-19螺旋角影响系数，蜗轮许用弯曲应力查查P256P256表表11-811-8然后从表11-2中查出相应的参数第20页/共40页四.蜗杆的刚度计算I：为蜗杆危险截面的轴惯性矩五.蜗杆传动精度等级的选用 和齿轮一样，国家标准将精度等级分为1212级。1级精度最高，12级精度最低，常用的是69级。6级精度用于中等精度机床的分度机构，7、8级精度用于一般机械中的中速动力传动，9级精度用于要求不高的低速传动，蜗杆受力后产生过大的变形，会造成轮齿上的载蜗杆受力后产生过大的变形，会造成轮齿上的载荷集中，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合。校核蜗杆荷集中，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合。校核蜗杆刚度时，把蜗杆当做轴段计算。刚度时，把蜗杆当做轴段计算。第21页/共40页结论11115 5 效率、润滑及热平衡计算效率、润滑及热平衡计算一.蜗杆传动的效率蜗杆传动的总效率为：蜗杆传动的功率损失啮合损失轴承中的摩擦损耗搅油损失 在一定范围内，蜗杆传动效率随着增大而增大 当小于当量摩擦角时，蜗轮主动时会出现自锁，在这种情况下，蜗杆主动时的效率低于50%。的估值 1 2 3 41 2 3 40.7 0.8 0.85 0.90.7 0.8 0.85 0.9第22页/共40页二.蜗杆传动的润滑润滑良好与否对蜗杆传动影响很大。相对速度高 ，采用压力喷油润滑。润滑油的粘度的选择主要由载荷类型考虑（见表11-21）。润滑油：供油方式：与速度有关（见表11-21）。相对滑动速度 时，采用油池润滑。蜗杆线速度 时，蜗杆上置由蜗轮带油润滑。润滑油量：蜗杆下置时，浸油深度为蜗杆的一个齿高。蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。vs小时，蜗杆下置有利于润滑 避免过大的搅油损失第23页/共40页&目的 控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合 三.蜗杆传动的热平衡计算 原理原理 单位时间内因摩擦产生的热量应小于或等于相同时间内散发出去得热量。功率损耗为：功率损耗为：则产生的热量为：则产生的热量为：散发到周围空气中的热量为：散发到周围空气中的热量为：散热系数，据周围的通风条件，一般取：P1蜗杆传递的功率Kw。油的工作温度，一般限制在6070C，最高不超过80C。S散热面积，m2，指箱体外壁与空气接触而壁被油飞溅到 的箱壳的面积。对于箱体上的散热片，其面积只按50%计算。ta环境温度常温可取20度第24页/共40页 热平衡条件或 散热条件不足时采取的措施：散热条件不足时采取的措施：增加散热面积增加散热面积S S增大散热系数增大散热系数 d dc)c)加散热片加散热片第25页/共40页设计步骤设计步骤选择材料强度计算热平衡计算校核滑动速度结构设计第26页/共40页11116 6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 蜗杆通常与轴做成一体（这也是蜗杆常用中碳钢的原因）。蜗杆的结构时可将时可将轴与蜗轴与蜗杆分开杆分开制造制造z1=1或或2时：时：b1(11+0.06z2)mz1=4时时:b1(12.5+0.09z2)m第27页/共40页 蜗轮的结构齿圈式：这种结构由青铜齿圈及铸铁轮芯组成。齿圈与轮芯多用H7/r6配合，并加装46个紧定螺钉，以增强连接可靠性。螺钉直径取1.21.5m,m为蜗轮的模数。这种结构多用于尺寸不太大或工作温度变化较小的地方，以免热胀冷缩影响配合的质量。螺栓连接式：可用普通螺栓连接，或用铰制孔用螺栓连接，螺栓的尺寸和数目可参考蜗轮的结构尺寸取定，然后做适当的校核。这种结构装拆比较方便，多用于尺寸较大或容易磨损的蜗轮。第28页/共40页整体浇铸式：主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮。拼铸式：这是在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈，然后切齿。只用于成批制造的蜗轮。第29页/共40页例例 题题 分分 析析1.在图示传动系统中，件1、5为蜗杆，件2、6为蜗轮，件3、4为斜齿轮，件7、8为锥齿轮。已知蜗杆1为主动，要求输出轮8的回转方向如图示。试确定：1）各轴的回转方向（画在图上）；2）考虑、轴上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮的螺旋线方向（画 在图上）；3）画出各轮的轴向力的方 向，并画出轮4所受的 力。解：解：1.如图所示 2.如图所示 3.如图所示第30页/共40页nFa7Fa6F Ft5t5nnnFt6Fa5Fa4Fa3F Fa2a2F Ft1t1n1F Ft2t2Fa1 3.如图所示齿轮四：齿轮四：Ft4Fr4Fa4第31页/共40页图示为一蜗杆-圆柱斜齿轮-直齿圆锥齿轮三级传动，已知蜗杆为主动，且按图示方向转动，试在图中绘出：（1）各轮转向;（2）使、轴轴承所受轴向力较小时的斜齿轮轮齿的旋向；（3）各啮合点处所受诸分力Ft，Fr，Fa的方向。第33页/共40页 小 结：1.蜗杆传动的特点：i大，一般i=780,分度 500；平稳 ；紧凑 ；可自锁 s大效率低,发热大贵重金属价高2.参数和尺寸计算:中间平面m、标准 11 mq i =Z2 /Z1 d2 /d1 3.蜗杆传动受力分析 Fa1=-Ft2 Fa2=-Ft1 4.蜗杆传动的强度计算:蜗轮同齿轮，蜗杆刚度校核5.蜗杆传动效率及热平衡计算目的及方法。=第34页/共40页(4)(3)第35页/共40页蜗杆传动效率计算包括几部分？第36页/共40页第37页/共40页第38页/共40页第39页/共40页谢谢您的观看！第40页/共40页