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1、9.1 蜗杆传动机构概述9.2 圆柱蜗杆传动机构的基本参数和尺寸9.3 蜗杆传动的设计,第九章 蜗杆传动机构,一、特点,3、传动比大，准确恒定，一般 i=580,2、重合度大，传动平稳，噪声低 （连续啮合）,6、齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算）,5、可实现自锁（效率低于40% ）,4、传动效率低，z1=1 =0.70.75, z1=2 =0.750.82,7、技术数据: n1=4000 r/min; v1=69 m/s; P=1000kW; T2=700 kNm,1、传递空间交错轴间运动与动力常用,9.1 蜗杆传动机构概述,9.1 蜗杆传动机构概述,9.1 蜗杆传动机构概述,二、类
2、型,9.1 蜗杆传动机构概述,齿型：轴垂面：阿基米德螺线 轴 面：直廓（ x1=20直齿条齿廓 ） 特点：加工方便，应用广，不能磨削，精度低,加工：直刃车刀，切削刃过轴线,9.1 蜗杆传动机构概述,加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切,齿形：轴垂面：渐开线， 轴剖面：凸齿廓 基圆柱切面:直齿廓,特点：可滚切、磨削，制造精度高,9.1 蜗杆传动机构概述,加工：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内,齿形：蜗杆：轴垂面：延伸渐开线， 轴剖面：凸齿廓 法 面：直廓（齿形角n=20 ）,特点：可车、指状铣刀、盘铣刀加工，磨削困难,9.1 蜗杆传动机构概述,加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间
3、法面内 齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线 轴剖面：凸齿廓 齿法面：凸齿廓 特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用广泛,9.1 蜗杆传动机构概述,加工：凸圆弧车刀车削加工 齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧 蜗轮端面齿廓：凸圆弧 特点：高承载(普蜗50%)、高效90%、应用广泛,9.1 蜗杆传动机构概述,9.1 蜗杆传动机构概述,一、主要参数与选择,1、模数m和齿形角a,（1）中间平面： 过蜗杆轴线、 垂直蜗轮轴线的平面,（2）啮合关系：齿条、齿轮啮合 mx1= mt2 = m; ax1= at2=a ；2=1,(3)基准蜗杆齿形角： 阿基米德蜗杆（ZA）： ax1= 20 延伸渐开线蜗杆（ZN）：
4、an1= 20 渐开线蜗杆（ZI）： an1= 20 法面与轴面齿形角的关系：,中间平面,9.2圆柱蜗杆传动机构的基本参数和尺寸,2、蜗杆的分度圆直径d1,分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同， 为了限制滚刀的数目，标准规定对应每一模数,仅有有限 数目的标准蜗杆分度圆直径d1。,9.2圆柱蜗杆传动机构的基本参数和尺寸,3、蜗杆的头数z1、z2按传动比与效率要求选定,选取原则： (1) i大，取z1小，（避免z2过大，蜗轮尺寸大） (2) 传递功率大，选大z1(避免发热、功率损失) (3) z1=1、2、4、6 (4) z2=2780（d2、m、z2 的关系）,z1小，机构紧凑
5、、加工方便；效率较低；,z1大，效率越高，加工困难。 通常蜗杆头数取为1、2、4、6。,9.2圆柱蜗杆传动机构的基本参数和尺寸,4、主要尺寸,蜗轮 蜗杆,9.2圆柱蜗杆传动机构的基本参数和尺寸,一、失效形式与设计准则,1、蜗杆刚度不足：蜗杆齿强度高，只计算轴强度、刚度,2、蜗轮胶合、点蚀、磨损（条件性设计）,闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶合） 校核弯曲强度,开式传动：按弯曲强度设计,3、系统过热：热平衡计算,9.3 蜗杆传动的设计,二、常用材料,要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力,蜗轮材料： 锡青铜:(ZCuSn10Pb1等)， 耐磨好，价格高，用于VS3 m
6、/s 铝青铜:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，强度高，价格低VS2 m/s 铸 铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动,蜗杆材料： 高速重载合金钢 渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度5862HRC 表面淬火(45，40Cr，40CrNi) 、硬度4550HRC 一般低速中载碳钢(40，45)调质，硬度200300HBS,9.3 蜗杆传动的设计,三、蜗杆的结构,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋 部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,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，也可用铣制加工，但该结构的刚度 较前
7、一种差。,9.3 蜗杆传动的设计,四、蜗轮的结构,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，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,9.3 蜗杆传动的设计,五、轮齿受力分析,1、大小与相互关系,9.3 蜗杆传动的设计,3、转向判定,9.3 蜗杆传动的设计,六、蜗轮齿面接触强度计算 基于赫兹公式，钢制蜗杆与青铜蜗轮或铸铁蜗轮配对时，蜗轮齿面接触强度的校核公式为,9.3 蜗杆传动的设计,设计公式为,式中 K载荷系数，用于考虑工作情况、载荷集中和动载荷的影响，查表9-4； ZE材料系数，查表9-5； H蜗轮材料的许用接触应力，单位为M
8、Pa。 由设计公式计算求得的m2d1值，查表9-1找到相应的m和d1值。,9.3 蜗杆传动的设计,七、蜗轮齿根弯曲强度计算 校核公式和设计公式如下,式中：YF蜗轮齿形系数，按当量齿数,及蜗轮变位系数查图9-9；,蜗轮许用弯曲应力，MPa，查表9-8,9.3 蜗杆传动的设计,八、蜗杆的刚度计算 圆周力Ft1和径向力Fr1引起的的挠度分别为,合成总挠度为,式中：E蜗杆材料的弹性模量，MPa。钢制蜗杆E=2.06105 MPa；,l蜗杆支点跨距，mm，初步计算时可取l=0.9d2； Y许用挠度，mm，Y=d1/1000。,I蜗杆危险截面的惯性矩,9.3 蜗杆传动的设计,9.3 蜗杆传动的设计,九、蜗
9、杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率包括三部分：轮齿啮合效率1，轴承效率2以及浸入油中零件搅油损耗效率3，即 =123 其中23=0.950.96，当蜗杆主动时，1可近似按螺旋副效率计算，即,蜗杆传动计算初期，估计传动总效率时，可参照表9-9选取。,十、蜗杆传动的热平衡计算 由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。 在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油温t() 和周围空气温度 t0() 之差不超过允许值,式中：t温度差， t=t-t0;,9.3 蜗杆传动的设计,P1蜗杆
10、传递功率，单位为 kW; t表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一般取 t =1017W/(m2)； A散热面积，单位为 m2 ，指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散热片，其散热面积按50%计算； t温差允许值，一般为 6070。并应使油温 t (=t0 +t) 小于 90 。 如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施： 增加散热面积 合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片。,9.3 蜗杆传动的设计,十一、蜗杆传动散热措施,（1） 加散热片以增大散热面积,（2） 在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通,9.3 蜗杆传动的设计,(3) 加冷却管路或压力喷油循环润滑冷却,传动箱内装循
11、环冷却管路,传动箱外装循环冷却器,9.3 蜗杆传动的设计,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,十二、蜗杆传动的润滑,润滑的主要目的在于减摩与散热。,润滑油,润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。,润滑油粘度及给油方式,一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。,9.3 蜗杆传动的设计,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,润滑油量,润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。,对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1
12、/3。,9.3 蜗杆传动的设计,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,9.3 蜗杆传动的设计,例【9-1】设计一由电动机驱动的单级圆柱蜗杆减速器中的蜗杆传动。电动机功率P1=4KW,转速n1=960r/min，传动比i=15.5，载荷平稳，单向回转。散热面积A=0.9 m2 。,解：1.选择材料并确定其许用应力 蜗杆用45钢，表面淬火4550HRC；蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1，砂模铸造。 查表9-6得H=200MPa； 查表9-8得F=50 MPa。 2.选择蜗杆头数z1，确定蜗轮齿数z2，估计传动效率 由i=15.5查表9-2，取z1=2，则z2=iz1=15.52=31； 由z1=2查表
13、9-9，估计=0.8。 3.确定蜗轮转矩T2,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,9.3 蜗杆传动的设计,4.确定载荷系数K和材料系数ZE 查表9-4，取K=1.1； 查表9-5，取ZE=155.0。 5.按齿面接触强度计算,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,9.3 蜗杆传动的设计,查表9-1，取m=8mm，d1=80mm，q=10。 则 d2=831=248mm,导程角,6.校核弯曲强度 由当量齿数,查图9-9得YF=2.53,弯曲强度足够。,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,9.3 蜗杆传动的设计,7.热平衡计算 通风良好，取Kt=16W/(m2）； 常温情况下，t0=20，则,=6070,故热平衡无问题。 8.其他几何尺寸计算（略） 9.绘制蜗杆和蜗轮零件工作图（略）,t = t0+,=20+55.6=75.6 90,本章内容学习结束！ 谢谢！,
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