12章蜗杆传动(机械设计基础)解析PPT课件.ppt

121 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第十二章第十二章 蜗杆传动蜗杆传动122 圆柱蜗杆传动的主要参数圆柱蜗杆传动的主要参数 和几何尺寸和几何尺寸 概述概述123 蜗杆传动的失效形式、材料蜗杆传动的失效形式、材料 和结构和结构1-125 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算126 圆柱蜗杆传动的效率、圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算124 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 2-概述概述 蜗杆传动是由蜗蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，间交错轴之间的传动，通常两轴交错角通常两轴交错角=90。传动中一般蜗杆传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动是主动件，蜗轮是从动件。件。蜗杆传动广泛应用蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。于各种机器和仪器中。3-12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型一、一、蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点 二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型 4-一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点优点：优点：结构紧凑结构紧凑;工作平稳、噪声小工作平稳、噪声小;传动比大传动比大;在在一定条件下，可以实现自锁。一定条件下，可以实现自锁。但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。缺点：缺点：按蜗杆形状分按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动5-圆柱蜗杆按其螺旋面圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：的形状分为：阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动1、蜗杆的形状、蜗杆的形状2、蜗杆的旋向、蜗杆的旋向蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。3、蜗杆的制造精度、蜗杆的制造精度6-端面齿廓形状为：端面齿廓形状为：切削刃的切削刃的平面通过平面通过蜗杆轴线蜗杆轴线NN法向剖面法向剖面II轴向剖面轴向剖面车刀切削刃夹角车刀切削刃夹角2 0407-切削刃的平面与基切削刃的平面与基圆或上或下相切。圆或上或下相切。8-圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 9-环面蜗杆环面蜗杆 10-锥蜗杆锥蜗杆 11-122 122 圆柱蜗杆传动的主圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何尺寸要参数和几何尺寸一、一、圆柱蜗杆传动的主要参数圆柱蜗杆传动的主要参数二、二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算12-在中间平面内在中间平面内一、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数1、模数模数 m 和压力角和压力角蜗轮加工蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆正确啮合条件：正确啮合条件：ma1=mt2=ma1=t2=20中间（主）平面中间（主）平面 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。13-蜗杆导程角蜗杆导程角与蜗轮螺与蜗轮螺旋角旋角之关系之关系=90 时：时：=且旋向相同且旋向相同 z1=1、2、42、蜗杆头数蜗杆头数 z1、蜗轮齿数、蜗轮齿数 z2 及传动比及传动比 i i=n1/n2=z2/z1=d2/d1?d2/d1 但但 z1 少，效率低少，效率低要得到大传动比要得到大传动比时取：时取：z1=1 z1 过多过多,制造困难制造困难z2=i z1=26 80 常取常取 z2=32 63为提高效率可取：为提高效率可取：z1 114-3、蜗杆直径系数蜗杆直径系数 q 及导程角及导程角 d1 标准系列值标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化。便于刀具标准化。d1=m qq与导程角与导程角之关系：之关系：q =d1/m蜗杆直径系数：蜗杆直径系数：螺旋线导程螺旋线导程轴向齿距轴向齿距15-4、齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度 vs由此可见，由此可见，vs v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。在节点在节点C处，蜗杆速度处，蜗杆速度为为v1，蜗轮速度为，蜗轮速度为v2，则齿，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为对滑动速度为vs，有：，有：16-在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。17-二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸计算见表其他尺寸计算见表12-3普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：传动比传动比 i 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i=d2/d1 i d2/d1 m、法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值中间平面为标准值 1=-2=,旋向相同旋向相同 d1 d1=mnz1/cosd1=mq,且为标准值且为标准值 18-12-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、材料材料 和结构和结构 一、一、蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的失效形式及材料选择 二、二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆和蜗轮结构19-一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1、失效形式、失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损和轮齿断裂等齿面磨损和轮齿断裂等 由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。碳素钢碳素钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火蜗蜗 杆杆合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡铸锡青铜青铜 ZCuSn10P1 适合高速适合高速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载减摩性好减摩性好2、材料选择、材料选择20-二、二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆和蜗轮结构蜗杆结构蜗杆结构蜗轮结构蜗轮结构蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。轮齿部分轮齿部分青铜青铜 轮毂部分轮毂部分钢钢 21-22-12-4 12-4 圆柱圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析 1、确定蜗轮的旋转方向确定蜗轮的旋转方向2、蜗杆与蜗轮作用力判断蜗杆与蜗轮作用力判断23-1、确定蜗轮的旋转方向、确定蜗轮的旋转方向 蜗轮的转向与蜗杆的蜗轮的转向与蜗杆的旋向旋向和蜗杆的和蜗杆的旋转方向旋转方向有有关。关。方法：方法：24-12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）蜗轮的转向、旋向；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。上作用力的方向。n2Fr2xFa2Fr1Fa1Ft1Ft225-2、蜗杆与蜗轮受力分析、蜗杆与蜗轮受力分析圆周力圆周力Ft1 蜗杆传动的受力蜗杆传动的受力分析同斜齿轮相似。分析同斜齿轮相似。齿面上的法向力齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂分解成三个相互垂直的分力，分别为：直的分力，分别为：轴向力轴向力 Fa1 径向力径向力 Fr1 蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮圆周力圆周力Ft2 轴向力轴向力 Fa2 径向力径向力 Fr2 26-各力方向：各力方向：1、蜗杆上的圆周力、蜗杆上的圆周力Ft1起阻起阻力作用，其方向与蜗杆回转力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。方向相反。蜗轮上的圆周力蜗轮上的圆周力Ft2起驱起驱动作用，其方向与蜗轮回转动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。方向相同。2、径向力、径向力Fr分别指向各自的圆心。分别指向各自的圆心。3、蜗杆轴向力、蜗杆轴向力Fa1，按，按“左、右手定则左、右手定则”来判断。来判断。蜗轮轴向力蜗轮轴向力Fa2与与蜗杆圆周力蜗杆圆周力Ft1方向相反。方向相反。27-各力关系：各力关系：各力大小：各力大小：28-闭式传动闭式传动 圆柱蜗杆传动的计算圆柱蜗杆传动的计算 开式传动开式传动29-125 圆柱蜗杆传动的圆柱蜗杆传动的 强度计算强度计算30-一、齿面接触疲劳强度计算一、齿面接触疲劳强度计算1 1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2 2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮蜗轮类似斜齿轮特点：特点：因此，因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导31-设计公式设计公式 说明：说明：mm、d d1 1相互关联，相互关联，相互关联，相互关联，故设计时计算故设计时计算故设计时计算故设计时计算 mm2 2d d1 1，mm2 2d d1 1求出后，查表求出后，查表求出后，查表求出后，查表6-16-1选择合适的选择合适的选择合适的选择合适的 mm、d d1 1 如：如：如：如：mm2 2d d1 148004800，则，则，则，则 mm8 8、d d1 1 8080 由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度由于齿形的原因，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、比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z z2 2特特特特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。二、轮齿的弯曲强度二、轮齿的弯曲强度32-12-6 12-6 圆柱蜗杆传动的效率、圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算一、一、圆柱蜗杆传动的效率圆柱蜗杆传动的效率二、二、圆柱蜗杆传动的润滑圆柱蜗杆传动的润滑三、三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算圆柱蜗杆传动的热平衡计算33-一、一、圆柱蜗杆传动的效率圆柱蜗杆传动的效率=123 与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：与齿轮传动类似：230.950.97轮齿啮合的功率损耗轴承中摩擦损耗 搅动箱体内润滑油的油阻损耗 啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：啮合效率类似于螺旋副：故：故：故：故：34-设计之初，设计之初，未知，可按未知，可按 z1 初选：初选：由上式可知，由上式可知，由上式可知，由上式可知，z z1 1 z1=1 时，时，=0.70.75 z2=2 时，时，=0.750.82 z2=4 时，时，=0.870.92 当当 时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低 4 m/s时蜗杆上置时蜗杆上置有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 三、三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算圆柱蜗杆传动的热平衡计算对象对象 连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动目的目的 控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合36-闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱闭式传动中，热量是通过箱壳散热，要求箱体内的油温体内的油温 t（C）和周围空气温度）和周围空气温度 t0（C）之差）之差不超过允许值：不超过允许值：如果超过温差允许值，可如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：采用下述冷却措施：37-38-