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1、12.1 12.1 概述概述12.3 12.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构12.2 12.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12.4 12.4 蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的受力分析和强度计算12.5 12.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算小结小结本章教学内容本章教学内容第1页/共26页12.1 概述1.组成 蜗杆1 蜗轮2 蜗杆相当于螺纹传动中的螺杆，而蜗轮相当于做回转运动的不完整的螺母。通常蜗杆为主动件，作减速运动。第2页/共26页2.蜗杆传动的特点 传动比大 连续啮合，传动平稳
2、 具有自锁性 效率较低 具有自锁性的蜗杆传动，效率在0.5以下，一般效率只有0.7-0.9。发热量大，齿面容易磨损，成本高。啮合齿面间有很大的相对滑动，磨损较快且易胶合，效率较低，尤其在大传动比、大功率和长期使用时更为突出 一般在动力传动中，取传动比10-80；在分度机构中，可达1000 当蜗杆的蜗旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。第3页/共26页3.蜗杆传动的分类 按蜗杆分度曲面形状分 圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动第4页/共26页 按照蜗杆的旋向分右旋左旋 按照蜗杆的头数分单头多头本章只讨论普通圆柱阿基米德蜗杆的设计。按照刀具及安装位置分阿基米德蜗杆渐开线蜗杆
3、法面直廓蜗杆第5页/共26页12.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面。中间平面是蜗杆传动设计计算的基准面.第6页/共26页1.圆柱蜗杆传动的主要参数 1)模数m、压力角压力角标准值为20 第7页/共26页2)蜗杆分度圆直径d1、蜗杆直径系数q和导程角当m一定时，q增大，则d1变大，蜗杆的刚度和强度相应提高。当q较小时，增大，效率随之提高 第8页/共26页3)蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i 选择蜗杆头数z1 从增大传动比出发 从提高效率看 从制造方面看 选择较少的头数 头数越多，效率越高 头数越多，蜗杆制造精度要求也越高 当传动比较小时，宜采
4、用多头蜗杆，通常取2或4 在传递运动要求自锁时，常选用单头蜗杆。第9页/共26页4)齿面间滑动速度vs和蜗杆传动的效率 相对滑动速度vs大于v1、v2，若齿面润滑不良，将加剧齿面磨损和发热，使效率显著下降。蜗杆传动具有自锁性，但其效率低于50%。第10页/共26页5)圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 名称计算公式蜗 杆蜗 轮分度圆直径齿顶高ha=mha=m齿根高hf=1.2m hf=1.2m顶圆直径da1=m(q+2)da2=m(z2+2)根圆直径df1=m(q-2.4)df2=m(z2-2.4)径向间隙c=0.20m蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距pa1=pt2=p=m中心距a=0.5(d1+d2)=0
5、.5m(q+z2)第11页/共26页标准中心距标准中心距a 12.212.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸蜗杆传动的参数和几何尺寸均在中间平面内确定。模数m、压力角 蜗杆分度圆直径d1、蜗杆直径系数q和导程角蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i齿面间滑动速度vs和蜗杆传动的效率a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)第12页/共26页12.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构1 蜗杆传动的失效形式 相对滑动速度较大 摩擦发热量大 润滑性能下降 胶合点蚀磨损 设计准则 对于闭式蜗杆传动，首先按齿面接触疲劳强度进行设计(确定主要几何尺寸)，再按齿根弯曲疲劳强度
6、进行校核；若散热条件较差，应进行热平衡计算。对于开式蜗杆传动，通常只需进行齿根弯曲疲劳强度设计，适当降低许用值以考虑磨损。第13页/共26页2 蜗杆传动的材料 1)蜗杆常用碳钢或合金钢制造，并进行热处理。高速重载 20Cr、20CrMnTi 渗碳淬火 一般蜗杆 40、45等碳钢 调质处理 低速或人力 蜗杆可不经热处理，甚至可采用铸铁。2)蜗轮常用铸造锡青铜、铝青铜或铸铁等。重要传动 锡青铜ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5 滑动速度小于8m/s 铝青铜ZCuAl10Fe3和ZCuAl10Fe3Mn2 滑动速度小于2m/s 灰铸铁HT150、HT200 第14页/共26页3 蜗杆和蜗轮
7、的结构 蜗杆结构蜗轮结构第15页/共26页12.3 12.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构失效形式 胶合点蚀磨损 设计准则 对于闭式蜗杆传动，首先按齿面接触疲劳强度进行设计(确定主要几何尺寸)，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核；若散热条件较差，应进行热平衡计算。对于开式蜗杆传动，通常只需进行齿根弯曲疲劳强度设计，适当降低许用值以考虑磨损。材 料 蜗杆常用碳钢或合金钢制造，并进行热处理;蜗轮常用铸造锡青铜、铝青铜或铸铁等。结 构第16页/共26页12.4 蜗杆传动的受力分析和强度计算法向力Fn可分解为三个相互垂直的分力：圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa 1.受力分析
8、蜗杆主动第17页/共26页力的方向判断 圆周力Ft1 轴向力Fa1径向力Fr 主反从同指向回转中心【例13.1】图13.9(a)所示起重装置，由电动机、锥齿轮1和2、斜齿轮3和4、蜗杆传动5和6组成，蜗杆5右旋，欲使重物上升，试求：1）画出各轴转向；2）为使II、III轴上轴向力最小，试决定两个斜齿圆柱齿轮及蜗轮的螺旋线方向；3）画出所有齿轮、蜗杆及蜗轮的轴向力方向。蜗杆右旋用右手蜗杆左旋用左手第18页/共26页Ft6Fa5Fa1Fa2Fa3Fa4第19页/共26页2 蜗杆传动的强度计算 轮齿齿面接触疲劳强度设计公式 式(13.7)计算出m2d1值，用表13.1确定模数m和蜗杆分度圆直径d1。
9、校核公式第20页/共26页12.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算1 蜗杆传动的效率 啮合摩擦损失油阻损失轴承中的摩擦损失功率损耗滚动轴承2=0.99，用滑动轴承2=0.98 3=0.960.99 增大导程角可提高效率。但导程角过大，蜗杆加工困难，而且导程角 28时，效率提高很少。故当要求效率高时，常用=1530的多头蜗杆。第21页/共26页2 蜗杆传动的润滑 目的：1）提高效率；2）降低温升，防止磨损和胶合润滑方式有油浴润滑和喷油润滑两种。滑动速度vs1015m/s时，则采用压力喷油润滑 开式蜗杆传动应选用粘度较高的润滑油和润滑脂。第22页/共26页3 蜗杆传动的热平衡计算 达到热平衡时，传动的发热速率应和箱体的散热速率相等。即若油温超过了允许值，应采取如下措施提高散热能力 第23页/共26页小结小结1.蜗杆传动是用来传递空间互相垂直的两交错轴之间的运动和动力的。它具有传动比大、结构紧凑等优点。2.蜗杆传动的参数和几何尺寸计算3.蜗杆传动正确啮合的条件 4.承载能力计算 受力分析 失效形式 5.热平衡计算 散热措施 第24页/共26页第25页/共26页感谢您的观看！第26页/共26页