蜗杆传动总结.pptx
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1、 蜗杆传动用来传递蜗杆传动用来传递空间交错轴空间交错轴之间的运之间的运动和动力。最常用的是轴交角动和动力。最常用的是轴交角=90=90的减的减速传动。蜗杆传动能得到很大的单级传动比,速传动。蜗杆传动能得到很大的单级传动比,在传递动力时,传动比一般为在传递动力时,传动比一般为5 58080,常用,常用15155050;在分度机构中传动比可达;在分度机构中传动比可达300300,若,若只传递运动,传动比可达只传递运动,传动比可达10001000。蜗轮蜗杆传。蜗轮蜗杆传动工作平稳无噪音。蜗杆反行程能自锁。动工作平稳无噪音。蜗杆反行程能自锁。基本要求重点难点主要内容第1页/共82页13.1 13.1
2、概概 述述13.1.1 13.1.1 特点和应用特点和应用13.1.2 13.1.2 分类分类 蜗杆传动的特点应用图蜗杆传动的蜗杆传动的分类分类圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆阿基米德蜗杆(阿基米德蜗杆(ZAZA)渐开线蜗杆(渐开线蜗杆(ZIZI)法向直廓蜗杆(法向直廓蜗杆(ZNZN)圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆(ZC)(ZC)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 按外形分类按外形分类图图图图图图图图图图图图按旋向和头数分类按旋向和头数分类第2页/共82页13.1.3 13.1.3 精度等级的选择精度等级的选择1212个等级个等级:动力传动:动力传动:6 69 9级级测量
3、分度:测量分度:5 5级或以上级或以上 蜗杆可在车床上切制,也可在特种铣床上用圆蜗杆可在车床上切制,也可在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。蜗轮要用与它相啮合的蜗盘铣刀或指形铣刀铣制。蜗轮要用与它相啮合的蜗杆同样大小的滚刀来切制。杆同样大小的滚刀来切制。第3页/共82页13.2 13.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构13.2.1 13.2.1 失效形式失效形式:失效形式:主要是齿面胶合、点蚀和磨损,而且失主要是齿面胶合、点蚀和磨损,而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。效通常发生在蜗轮轮齿上。开式传动开式传动:(齿面磨损和轮齿折断齿面磨损和轮齿折断)按齿根弯曲疲劳强度按齿根弯曲疲劳强度设计设计
4、;闭式传动闭式传动:(齿面胶合和点蚀齿面胶合和点蚀)按齿面接触疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度设计,按齿根弯曲疲劳强度校核按齿根弯曲疲劳强度校核.由于散热困难由于散热困难,还应作热平还应作热平衡校核。衡校核。第4页/共82页1.1.蜗轮材料(蜗轮材料(指齿冠部分材料,见表指齿冠部分材料,见表13.413.4)因蜗杆传动难于保证高的接触精度,滑动速度大,因蜗杆传动难于保证高的接触精度,滑动速度大,蜗杆变形等原因,两者都不能用硬材料。应该用减摩性、蜗杆变形等原因,两者都不能用硬材料。应该用减摩性、耐磨性好的软材料。耐磨性好的软材料。常据滑动速度常据滑动速度v vs s来选(来选(P197P197):
5、):1 1)铸锡青铜;)铸锡青铜;2 2)铸铝青铜;)铸铝青铜;3 3)铸铝黄铜;)铸铝黄铜;4 4)铸铁等)铸铁等2 2、蜗杆、蜗杆(表表13.4)13.4)材料材料碳钢碳钢合金钢合金钢热处理热处理硬面蜗杆硬面蜗杆(首选首选):淬火淬火磨削磨削调质蜗杆调质蜗杆:缺少磨削设备时选用缺少磨削设备时选用 或受短时冲击时。或受短时冲击时。13.2.2 13.2.2 材料第5页/共82页一一.蜗杆的结构蜗杆的结构蜗杆通常与轴做成整体。蜗杆通常与轴做成整体。车削:有退刀槽;或铣制。车削:有退刀槽;或铣制。13.2.3 13.2.3 蜗杆和蜗轮的结构第6页/共82页二、蜗轮的结构二、蜗轮的结构为了减摩的需
6、要,蜗轮通常要用青铜制作。为了节省为了减摩的需要,蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材,当蜗轮直径较大时,采用组合式蜗轮结构,齿圈铜材,当蜗轮直径较大时,采用组合式蜗轮结构,齿圈用青铜,轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如用青铜,轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下:下:整体式蜗轮配合式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮拼铸式蜗轮 螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮组合式蜗轮组合式蜗轮第7页/共82页1.整体式整体式第8页/共82页2.齿圈压配式齿圈压配式第9页/共82页3.螺栓联接式螺栓联接式第10页/共82页4.镶铸式镶铸式第11页/共82页 蜗杆传动在中间平面上相当于齿条与齿轮蜗杆传动在中间平面
7、上相当于齿条与齿轮的啮合传动,故设计时,均取中间平面上的参的啮合传动,故设计时,均取中间平面上的参数(如数(如m,m,等)和尺寸(如齿顶圆、分度圆等)和尺寸(如齿顶圆、分度圆 等)为基准。等)为基准。13.3 13.3 圆柱蜗杆传动的基本参数中间平面中间平面过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。中间平面第12页/共82页13.3.1 基本齿廓 在中间平面上的基本齿廓渐开线轮齿的基本齿廓。顶隙C=0.2m,齿根圆角半径f=0.3m。13.3.2 13.3.2 蜗杆传动的正确啮合条件及模数蜗杆传动的正确啮合条件及模数m m和压力和压力角角 旋向相同旋向相同第13页/共
8、82页13.3.3 13.3.3 齿形角齿形角 0 0 通常刀具基准齿形的齿形角为20度。ZA、ZI蜗杆轴向齿形角X1=0=20;ZN蜗杆法向压力n=0=20。13.3.4 13.3.4 蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d d1 1和和q q 为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化,因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1(表13.1)13.3.5 13.3.5 直径系数直径系数q q第14页/共82页导程角:导程角:13.3.6 13.3.6 蜗杆导程角蜗杆导程角第15页/共82页13.3.7 13.3.7 蜗杆头数蜗杆头数 Z Z1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数 Z Z2 2蜗杆头数蜗
9、杆头数Z1通常取为:通常取为:1,2,4,或,或6。与导程角有关。与导程角有关。Z2=iZ1,一般取,一般取Z2=288013.3.8 13.3.8 传动比传动比i i和齿数比和齿数比u u传动比:5,7.5,10,12.5,15,20,25,30,40,50,60,70,80(划线优先)第16页/共82页标准中心距标准中心距13.3.9 13.3.9 中心距中心距a a推荐中心距:40,50,63,80,100,125,160,180,200,225,250,280,315,355,400,450,500第17页/共82页名名 称称符号符号说明说明模数模数m m蜗杆轴向模数蜗杆轴向模数m m
10、a1a1=蜗轮端面模数蜗轮端面模数m mt2t2=模模数数m m按按GBGB(表(表13.413.4)取标准值)取标准值齿形角齿形角ZAZA、ZIZI蜗杆轴向齿形角蜗杆轴向齿形角X1X1=0 0=20=200 0;ZNZN蜗杆法向压力角蜗杆法向压力角n n=0 0=20=200 0蜗杆分度圆蜗杆分度圆直径直径d d1 1为了蜗轮刀具规定尺寸的为了蜗轮刀具规定尺寸的标准化标准化、系、系列化将列化将d d1 1定为标准值表定为标准值表13.1 13.1,以限制,以限制切制蜗轮时所需要的滚刀数目,提高切制蜗轮时所需要的滚刀数目,提高生产率。生产率。小结:圆柱蜗杆传动的基本参数小结:圆柱蜗杆传动的基本
11、参数第18页/共82页蜗杆直径系数蜗杆直径系数q q蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1d1与模数与模数m m,q=dq=d1 1/m/m。q q为导出值,不一定是整数。为导出值,不一定是整数。蜗杆头数蜗杆头数z z1 1通常取通常取z z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6,头数多,效率,头数多,效率高,会使加工困难;头数少,效率低,高,会使加工困难;头数少,效率低,发热量大。要求反程自锁发热量大。要求反程自锁z z1 11 1。蜗轮齿数蜗轮齿数z z2 2为了保证始终有两对以上齿啮合,通为了保证始终有两对以上齿啮合,通常规定常规定z z2 230,30,以增加传动的平稳性。以增加传动的平稳性
12、。100z100z2 22828。传动比传动比i i1212齿数比齿数比u uu=u=蜗轮齿数蜗轮齿数z z2 2/蜗杆头数蜗杆头数z z1 1,减速传动,减速传动时时u=iu=i第19页/共82页蜗杆蜗杆tg=z1/q,要求有自锁性能时,要求有自锁性能时,应小,即应小,即应取头数应取头数z1=1;多在多在3.533之间。之间。小易小易自锁,自锁,大传动效率高,但蜗杆加工困难大传动效率高,但蜗杆加工困难中心距中心距aa是蜗杆传动最基本的尺寸,它反映传递是蜗杆传动最基本的尺寸,它反映传递功率的大小和传动的外廓尺寸功率的大小和传动的外廓尺寸蜗轮蜗轮x21)变位的主要目的是)变位的主要目的是配凑中心
13、距和凑传配凑中心距和凑传动比,使之符合标准或推荐值动比,使之符合标准或推荐值。2)为保持加工蜗轮时的滚刀尺寸不变,)为保持加工蜗轮时的滚刀尺寸不变,蜗杆是不变位的。蜗杆是不变位的。3)当配凑中心距时当配凑中心距时:齿数不变,齿数不变,x2=(a-a)/m;凑传动比:中心距不变,齿数变化,凑传动比:中心距不变,齿数变化,x=1/2(z2-z2/)导程角导程角变位系数变位系数第20页/共82页13.4 13.4 圆柱蜗杆传动的几何计算第21页/共82页第22页/共82页13.5 13.5 蜗杆传动的受力分析和效率计算13.5.1 13.5.1 作用力力分析图 1.1.轮齿所受的法向力轮齿所受的法向
14、力F Fn n,可分解为:切向力,可分解为:切向力F Ft t 、径向力径向力F Fr r、轴向力、轴向力F Fx x第23页/共82页圆周力F Ft t 蜗杆蜗杆-为阻力,其方向与主动轮节点的为阻力,其方向与主动轮节点的运动方向相反。运动方向相反。力的方向:蜗轮-驱动力,其方向与蜗轮在节点的运动方向相同;轴向力Fa主动轮上其方向判断同斜齿轮。径向力F Fr r 沿半径指向各自的轮心。第24页/共82页12图示,蜗杆图示,蜗杆1主动,其旋向、主动,其旋向、转向已知。转向已知。试确定:试确定:1)蜗轮的转向、旋向;)蜗轮的转向、旋向;2)在图中标出蜗杆和蜗轮)在图中标出蜗杆和蜗轮上作用力的方向。
15、上作用力的方向。n2Fr2xFa2Fr1Fa1Ft1Ft2第25页/共82页不计摩擦时:考虑效率时:(以蜗轮为受力体)(以蜗轮为受力体)(分别计算)(分别计算)力的大小:力的大小:力分析图蜗轮受力图第26页/共82页 ;第27页/共82页 式中式中:13.5.2 效率效率1.啮合效率(啮合效率(主要影响因素):主要影响因素):(蜗杆主动蜗杆主动)第28页/共82页(蜗轮主动蜗轮主动)其中,啮合效率的主要影响因素:其中,啮合效率的主要影响因素:(1 1)当量摩擦角与蜗杆副的材料、)当量摩擦角与蜗杆副的材料、润滑油、啮合角、滑动速度润滑油、啮合角、滑动速度VsVs有关。如有关。如表表13.8,Vs
16、13.8,Vs越大,当量摩擦角越小,效越大,当量摩擦角越小,效率越高。率越高。第29页/共82页由由(2 2)导程角:)导程角:一般一般,导程角导程角 越大,啮合效率越高越大,啮合效率越高,见见图图13.10.z1越大,导程角越大,效率越高。越大,导程角越大,效率越高。q(直径系数)越小,导程角越大,效率越高。(直径系数)越小,导程角越大,效率越高。第30页/共82页 导程角、导程角、Vs、材料、润滑油等,其中、材料、润滑油等,其中导程导程角角起主导因素。起主导因素。小结小结影响效率的因素:影响效率的因素:闭式传动:闭式传动:Z1=1 =0.700.75Z1=2 =0.750.82Z1=4 =
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