工学第六章蜗杆传动课件

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1、第六章 蜗杆传动6-1 6-1 蜗杆传动概述蜗杆传动概述6-2 6-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸蜗杆传动的主要参数与几何尺寸6-4 6-4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算6-3 6-3 蜗杆的失效、设计准则及材料结构蜗杆的失效、设计准则及材料结构6-5 6-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡蜗杆传动的效率、润滑和热平衡工学第六章蜗杆传动 蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力，交错角一般为蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力，交错角一般为9090。6-1 6-1 蜗杆传动概述蜗杆传动概述1 1、传动比大，一般、传动比大，一般 i i=1080=1080，最大可达，最大可达

2、10001000；2 2、传动平稳，兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。、传动平稳，兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点3 3、可实现反行程自锁、可实现反行程自锁(用于提升机构用于提升机构)；12zzi 蜗杆蜗杆11、2 2、4 4传递动力时：传递动力时：i=8100i=8100（常用（常用15501550）传递运动时：传递运动时：i=i=几百几百 上千（单头，上千（单头，）齿轮齿轮zz1 117174 4、结构紧凑、重量轻、噪音小。、结构紧凑、重量轻、噪音小。从中间平面剖开，从中间平面剖开，类似螺旋与斜齿轮的传动类似螺旋与斜齿轮的传动工学第六章蜗杆传动缺点：缺点：1 1、

3、制造成本高，加工困难。、制造成本高，加工困难。2 2、滑动速度、滑动速度v vs s大。大。3 3、效率、效率 低。低。4 4、蜗轮需用贵重的减摩材料。、蜗轮需用贵重的减摩材料。工学第六章蜗杆传动二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆弧面蜗杆传动圆弧面蜗杆传动圆锥蜗杆传动圆锥蜗杆传动工学第六章蜗杆传动三、蜗杆传动的精度等级三、蜗杆传动的精度等级分为分为1212个个精度等级，常用精度等级，常用6 69 9级级，精度等级的选择参见表，精度等级的选择参见表6 61 1。2 2、按蜗杆头数分、按蜗杆头数分单头蜗杆：单头蜗杆：ii，自锁性，自锁性，多头蜗杆：相反多头蜗杆：相反3

4、3、按旋向分、按旋向分左旋左旋一般采用一般采用右旋右旋右旋右旋1212个等级个等级用于动力传动：用于动力传动：6969级级用于测量分度：用于测量分度：5 5级或以上级或以上工学第六章蜗杆传动6-2 6-2 普通圆柱蜗杆的主要参数与几何尺寸普通圆柱蜗杆的主要参数与几何尺寸1 1、模数模数 m m 和压力角和压力角a a在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值，在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值，mma a1 1=mmt t2 2 n n=20202 2、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径 d d1 1 和直径系数和直径系数 q q蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径 d d1 1 为标准值，见表为

5、标准值，见表6-26-2。主平面：主平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面是是蜗杆的轴面蜗杆的轴面是是蜗轮的端面蜗轮的端面蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在主平面内确定。蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在主平面内确定。即：即：q q=d d1 1m=Zm=Z1 1/tg/tgr rd d1 1与模数与模数 mm 的比值的比值称为蜗杆直径系数称为蜗杆直径系数 q q。是导出值，不一定为整数是导出值，不一定为整数一、蜗杆传动的主要参数一、蜗杆传动的主要参数主平面主平面 工学第六章蜗杆传动蜗杆传动的参数与尺寸蜗杆传动的参数与尺寸2 24 4、蜗杆的头数、蜗杆的头数 z z1

6、1、蜗轮齿数蜗轮齿数 z z2 23 3、蜗杆的导程角蜗杆的导程角 g gqzdmzdmz11111tang z z1 1 g g 效率效率，但加，但加工困难工困难;正确啮合条件正确啮合条件：m ma a1 1=m mt t2 21 12 2 （蜗轮、蜗杆旋向相同蜗轮、蜗杆旋向相同）a a1 1=t t2 2 z z1 1 传动比传动比 i i，但传动效率，但传动效率。常取，常取，z z1 11 1，2 2，4 4。可根据传动比选取，见表。可根据传动比选取，见表6 63 3。z z2 2=i zi z1 1 。如如 z z2 2太小太小，将使传动平稳性变差；如，将使传动平稳性变差；如 z z2

7、 2太大太大，蜗轮直径，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。一般一般 取取 z z2 229297070。d1(分度圆周长)g mz1 md d1 1工学第六章蜗杆传动5 5、传动比传动比 i i6 6、中心距中心距mzqdda)(21)(212211221zznni12dd 变位：变位：即加工蜗轮时，改变刀具的位置，而蜗杆相当于刀具。因此只是即加工蜗轮时，改变刀具的位置，而蜗杆相当于刀具。因此只是蜗轮变位，而蜗杆不变位，即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。变位以后，蜗轮变位，而蜗杆不变位，即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。变位以后，蜗

8、杆的节圆改变，而蜗轮的节圆永远与分度圆重合。蜗杆的节圆改变，而蜗轮的节圆永远与分度圆重合。变位的目的：变位的目的：调整中心距和传动比调整中心距和传动比调整中心距所需变位系数：调整中心距所需变位系数：maazqmax)(212常取常取 0.50.5x x0.50.5(d d1 1=q m zq m z1 1m m)(d d2 2=z z2 2 m m)二、蜗杆传动的几何参数计算二、蜗杆传动的几何参数计算见图见图6 67 7工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动6-3 6-3 圆柱蜗杆的失效、设计准则和材料结构圆柱蜗杆的失效、设计准则和材料结构一、失效形式、设计准则和常用材料一、失效形式、设计准则和

9、常用材料1 1、主要失效形式：、主要失效形式：蜗轮齿面的蜗轮齿面的点蚀、胶合、磨损和断齿点蚀、胶合、磨损和断齿等。等。按蜗轮的齿面按蜗轮的齿面接触疲劳强度接触疲劳强度进行设计，确定尺寸；进行设计，确定尺寸；再校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。由于散热较差，发再校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。由于散热较差，发热大，为防止胶合，还应进行热大，为防止胶合，还应进行热平衡热平衡计算；计算；2 2、设计准则设计准则（蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上）（蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上）闭式传动：闭式传动：通常只对蜗轮的齿根通常只对蜗轮的齿根弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度进行设计。进行设计。开式传动：开式传动：工学第

10、六章蜗杆传动适用于齿面滑动速度适用于齿面滑动速度 较高的传动。较高的传动。蜗杆蜗杆的常用材料为的常用材料为碳钢碳钢和和合金钢。合金钢。蜗轮蜗轮常用材料：常用材料：ss 4 m/s 4 m/s 的场合。的场合。（抗胶合能力差）（抗胶合能力差）s 2 m/s 2 m/s 的场合。的场合。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）见表见表6-56-53 3、常用材料常用材料灰铸铁：灰铸铁：铝青铜：铝青铜：锡青铜：锡青铜：工学第六章蜗杆传动二、蜗杆的结构二、蜗杆的结构由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），如下图。由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），如

11、下图。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。（上图）无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。（上图）有退刀槽，螺旋部分可用车制也可用铣制，但该结构刚度较前一种差。有退刀槽，螺旋部分可用车制也可用铣制，但该结构刚度较前一种差。当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。工学第六章蜗杆传动蜗杆和蜗轮的结构2为了减摩的需要，蜗轮通常要用为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用直径较大时，采用组合式组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮

12、的结构形式如下：素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮整体式蜗轮配合式蜗轮配合式蜗轮镶铸式蜗轮镶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三、蜗轮的结构三、蜗轮的结构工学第六章蜗杆传动受力分析受力分析一、蜗杆传动的受力分析一、蜗杆传动的受力分析轮齿所受的法向力轮齿所受的法向力F Fn n，可分解为：，可分解为：切向力切向力F Ft t 、径向力、径向力F Fr r 、轴向力、轴向力F Fa a。gcoscos2n22ndTF11212dTFFat22212dTFFtatant2r2r1FFF式中：式中：n n蜗轮的法向压力角，蜗轮的法向压力角，gcostantannT T2

13、2蜗轮的工作转矩，蜗轮的工作转矩，112iTT6-4 6-4 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算1 1、名义工作载荷、名义工作载荷工学第六章蜗杆传动方向判定：方向判定：1 1、蜗轮转向、蜗轮转向已知：已知：n n1 1、旋向、旋向n n2 2左、右手定则：四指左、右手定则：四指n n1 1、拇指反向：啮合点、拇指反向：啮合点v v2 2nn2 22 2、各分力方向、各分力方向F Fr r：指向各自轮心：指向各自轮心F Ft t蜗杆与蜗杆与n n1 1反向反向蜗轮与蜗轮与n n2 2同向同向12atFFF Fa a蜗杆：左、右手定则蜗杆：左、右手定则蜗轮：蜗轮：12taFFn n2 2

14、n n1 13 3、旋向判定、旋向判定g蜗轮与蜗杆旋向相同蜗轮与蜗杆旋向相同。v v2 2工学第六章蜗杆传动2aF右旋右旋求蜗杆的旋向？求蜗杆的旋向？F Fa a1 12tF求蜗杆的转向？求蜗杆的转向？1aF练练 习习工学第六章蜗杆传动K K载荷系数，载荷系数，KKKKAK KA A 工作情况系数，见表工作情况系数，见表6-76-7；动载荷系数；动载荷系数；K 齿向载荷分布系数；齿向载荷分布系数；K2 2、计算载荷：齿面接触线单位长度上的载荷、计算载荷：齿面接触线单位长度上的载荷0/LKFPnca 最小接触线长度；最小接触线长度；0L工学第六章蜗杆传动二、普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算二、普通

15、圆柱蜗杆传动的承载能力计算1 1、蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算以以节点节点为计算点，按赫兹公式，计算齿面接触应力为计算点，按赫兹公式，计算齿面接触应力 H H 。校核式：校核式：2212480ddKTHH式中：式中：d d1 1、d d2 2 -蜗杆、蜗轮的分度圆直径；蜗杆、蜗轮的分度圆直径；T T2 2蜗轮的工作转矩（蜗轮的工作转矩（N.mm)N.mm)；蜗轮的许用接触应力（蜗轮的许用接触应力（MPa)MPa)，见表，见表6 68 8。H设计式：设计式：qm322251103.2HzKT（6-126-12）将将 d d1 1mq mq 和和 d d2 2mzmz2 2 代

16、入校核式整理得：代入校核式整理得：（6-116-11）目的：防止目的：防止“点蚀点蚀”。工学第六章蜗杆传动2 2、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的：防止目的：防止“疲劳断齿疲劳断齿”蜗轮轮齿形状复杂，将其近似蜗轮轮齿形状复杂，将其近似简化为斜齿圆柱齿轮。简化为斜齿圆柱齿轮。校核式：校核式：gYYmddKTFF21264.1式中：式中：Y YF F 蜗轮齿形系数，按当量齿数蜗轮齿形系数，按当量齿数 查表查表6-96-9；g3coszz蜗杆导程角系数，蜗杆导程角系数，gY1401ggY蜗轮的许用弯曲应力（蜗轮的许用弯曲应力（MPa)MPa)见见表表6 68 8。F设计式：设计

17、式：qm3gYYzKTFF2264.1（6-146-14）F工学第六章蜗杆传动一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率321式中式中：)tan(tan1gg Z Z1 1 其中：其中：g g 蜗杆的导程角；蜗杆的导程角；当量摩擦角，见当量摩擦角，见表表6-116-11。6-5 6-5 蜗杆传动的效率、润滑和温升计算蜗杆传动的效率、润滑和温升计算1啮合效率；啮合效率；轴承的效率；轴承的效率；考虑搅油损耗的效率；考虑搅油损耗的效率；23工学第六章蜗杆传动蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑目的：目的：减摩、散热。减摩、散热。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法，一般根据相对滑动

18、速度选择润滑油的粘度和给油方法，见表见表6-136-13。蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/31/3。给油方法给油方法油池润滑油池润滑喷油润滑喷油润滑三、蜗杆传动的温升三、蜗杆传动的温升 由于由于 低，运转中产生热量多，导致温度升高（粘度降低），低，运转中产生热量多，导致温度升高（粘度降低），破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。为控制温升，需进行为控制温升，需进行热平衡计算热平衡计算。工学第六章蜗杆传动 即：即：0111100

19、0ttAKPiaA5109a a传动的中心距传动的中心距有散热装置时：有散热装置时：806001ttt要求：要求：t t0 0环境温度环境温度(),(),通常取通常取 t t1 1 20 20 摩擦产生的热量摩擦产生的热量散发的热量散发的热量热平衡：热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等于散发的热量。在单位时间内，摩擦产生的热量等于散发的热量。一般一般23h23h后后指数；散热好指数；散热好1.851.85，散热差，散热差1.81.8A A 箱体的散热面积箱体的散热面积(m(m2 2)，可按下式近似计算，可按下式近似计算，式中：式中：P P1 1传动的输入功率（传动的输入功率（kW)kW)；K

20、iKi散热系数，一般取散热系数，一般取 Ki Ki(12 18)W/(m(12 18)W/(m2 2)；t t1 1润滑油的工作温度润滑油的工作温度()();工学第六章蜗杆传动热平衡计算2蜗杆传动的散热措施：蜗杆传动的散热措施：自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：1 1、在箱体外表面、在箱体外表面加散热片加散热片以增大散热面积。以增大散热面积。2 2、在蜗杆轴端加、在蜗杆轴端加装风扇装风扇以加速空气流通以加速空气流通（图（图6-126-12）。3 3、在油池内安装、在油池内安装冷却水管冷却水管。（图（图6-136-13）4 4、采用、采用压力喷油压力喷油循环润滑（安装散热器）。循环润滑（安装散热器）。散热片溅油轮风扇过滤网集气罩工学第六章蜗杆传动热平衡计算3通水油泵过滤器冷却器传动箱内装循环冷却水管路传动箱内装循环冷却水管路传动箱外装循环冷却器传动箱外装循环冷却器工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动工学第六章蜗杆传动