蜗杆传动1学习.pptx

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1、潘存云教授研制改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为线接触。点接触优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：i=1000,i=1000,通常i=8i=88080缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。线接触第1页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 环面蜗杆锥蜗杆 锥蜗杆

2、传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋形成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。第2页/共42页类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直线刀刃直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。齿面的齿廓形状不同。潘存云教授研制普通圆柱蜗杆第3页/共42页潘存

3、云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆 圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是加工用的车刀为加工用的车刀为圆弧刀刃圆弧刀刃。传动特点：传动特点：1）传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达90%以上；以上；2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.52.5倍；倍；3）结构紧凑。结构紧凑。第4页/共42页潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动

4、圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德螺线2阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆单刀加工单刀加工阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)第5页/共42页潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐

5、开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆双刀加工双刀加工潘存云教授研制阿基米德螺线第6页/共42页潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)渐开线蜗杆渐开线基圆第7页/共42页潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传

6、动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 潘存云教授研制dx延伸渐开线车刀对中齿厚中心法面车刀对中齿厚中心法面法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)第8页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动

7、蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)dx延伸渐开线2车刀对中齿槽中心法面车刀对中齿槽中心法面第9页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(ZK)2近

8、似于阿基米德螺线是一种非线性螺旋齿面蜗杆。是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加工，只能在铣不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，加工时工件作削或磨削，加工时工件作螺旋螺旋运动运动，刀具作，刀具作旋转运动旋转运动。砂轮砂轮第10页/共42页类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 环面蜗杆传动特点：环面蜗杆传动特点：1）传动效率高，一般可达传动效

9、率高，一般可达8590%；2）承载能力高，约为承载能力高，约为阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆的的24倍；倍；3）要求制造和安装精度高。要求制造和安装精度高。潘存云教授研制环面蜗杆第11页/共42页潘存云教授研制类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 锥蜗杆传动特点：锥蜗杆传动特点：锥蜗杆1）同时接触的点数较多，重合度大；同时接触的点数较多，重合度大；

10、2）传动比范围大，一般为传动比范围大，一般为10360；3）承载能力和传动效率高；承载能力和传动效率高；4）制造安装简便，工艺性好。制造安装简便，工艺性好。阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆最常用最常用第12页/共42页潘存云教授研制d d蜗杆旋向：蜗杆旋向：左旋、右旋左旋、右旋(常用常用)1 11 1精度等级：精度等级：对于一般动力传动，按如下等级制造：对于一般动力传动，按如下等级制造：v v1 17.5 m/s -77.5 m/s -7级度；级度；v v1 1 3 m/s -8 3 m/s -8级度；级度；v v1 11.5 m/s -912 12 m/s m/s时 ZCuSn10P1ZCuSn10

11、P1锡青铜制造。vS S 12 12 m/s m/s时 ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜vS S 6 6 m/sm/s时 ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3铝青铜。vS S 2 2 m/sm/s时球墨铸铁、灰铸铁。11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发热严重和磨损加剧。二、蜗杆传动的常用材料二、蜗杆传动的常用材料 第21页/共42页三、蜗杆传动的设计准则三、蜗杆传动的设计准则 *蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算 *蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算*蜗轮的齿面接触疲劳强度计算蜗轮的齿面接

12、触疲劳强度计算为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：*传动系统的热平衡计算传动系统的热平衡计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：为了防止过热引起的失效，就要进行：为了防止过热引起的失效，就要进行：第22页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制四、圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解为三个分力：圆周力：Ft轴向力：Fa径向力：Fr且有如下关系：Ft1=Fa2 Fr1=Fr2 Fa1=Ft2=2T1/d1=2T2/d2=Ft2 tg式中：T1、T1分别

13、为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2=T1 i 2第23页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制1 11p212p由相对运动原理可知:v2=v1+vS 齿面间滑动速度vS S=v1/cos vS=v2 2+v1 2作速度向量图，得:v2=v1 tg蜗轮的转向:v22 22 2CW蜗轮转向的确定 vSttv1v2第24页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制1 11 112p12p右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速 度vp2p2的方向与拇指指向相同。用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。2 22 2v2v2蜗轮的转向因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转

14、向判别方法：ar1r2第25页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制蜗杆传动受力方向的判定 12pFt2Fa1Fr1Fr22 22)2)蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且 Ft2=Fa1；4)4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且 Ft1=-=-Fa2；3)3)蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-=-Fa2；1)1)蜗杆所受扭矩T T1 1与转动方向1 1一致；T T1 1T T1 11 11 1Ft1Ft1Fa2Fa2第26页/共42页五、圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算齿面接触强度校核公式：L0 KFnH=Z=ZE Ea3KT2=Z=ZE EZ Z H 由上式可得

15、设计公式：式中K为载荷系数，取：K=KA Kv K Z Z-接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。赫兹公式:a KT2 H Z ZE EZ Z23 H -许用接触应力按下表选取。1）接触强度 第27页/共42页潘存云教授研制0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影响系数Z ZZC蜗杆使用系数KA工作类型 I II III I II III 载荷性质 均匀、无冲击 不均匀、小冲击 不均匀、大冲击 每小时启动次

16、数 25 2550 50 50 起动载荷 小 较 大 大 KA 1 1.15 1.2 1 1.15 1.2 动载系数Kv ，当V V2 2 3 m/s,3 m/s,Kv=1=11.1 1.1 当V V2 233 m/s,m/s,Kv=1.1=1.11.2 1.2 齿向载荷分布系数K，当载荷平稳时 ,取K=1=1 当载荷变化时 ,取K=1.1=1.11.3 1.3 ZA,ZI,ZN,ZK蜗杆第28页/共42页第29页/共42页潘存云教授研制2）蜗轮齿根弯曲强度 计算 校核计算：设计公式：F F-许用弯曲应力；蜗轮的许用弯曲应力 F F 蜗轮材料 铸造方法 铸锡青铜 砂铸模型 40 2940 29

17、ZCuSn10P1 ZCuSn10P1 金属模铸造 56 4056 40铸锡锌青铜 砂铸模型 26 2226 22ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5 金属模铸造 32 2632 26铸铝铁青铜 砂铸模型 80 5780 57ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3 金属模铸造 90 6490 64HT150 HT150 砂铸模型 40 2840 28HT200 HT200 砂模铸造 48 3448 34灰铸铁单侧工作 双侧工作 0F0F -1F-1F 第30页/共42页2）蜗轮齿根弯曲强度 计算 校核计算：设计公式：Y YFa2 Fa2-为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮变位

18、系数选取,详见下页线图。Y Y -为螺旋角影响系数，Y Y =1-=1-/140/140 F F-许用弯曲应力；第31页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.710 11 12 13 14 15 16 18 20 25 30 40 50 80 100 400 Z Zv v 蜗轮的齿蜗轮的齿形系数形系数YFa2x2=-0.5-0.3-0.20.30.

19、20.10.40.50.70.80.90.6-0.3-0.4x=1x2=0理论根切极限理论根切极限齿顶变尖极限齿顶变尖极限第32页/共42页一、蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。=（0.950.96）tg(tg(+v v)tgtg 蜗杆主动时，总效率计算公式为：蜗杆主动时，总效率计算公式为：式中:为蜗杆导程角;v v称为当量摩擦角，称为当量摩擦角，v v=arctg f v vf v v为当量摩擦系数为当量摩擦系数，11-5 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 Z1效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头

20、数蜗杆头数Z1 总总 效效 率率 0.70 0.80 0.90 0.95 tg tg1 1 =Z1/q v v，f v v取值见下页表取值见下页表 第33页/共42页潘存云教授研制3.00 0.028 136 0.035 2 0.045 235 4.00 0.024 122 0.031 147 0.04 217 5.00 0.022 116 0.029 140 0.035 2 8.00 0.018 102 0.026 129 0.03 143 10.0 0.016 055 0.024 122 15.0 0.014 048 0.020 109 24.0 0.013 045当量摩擦系数和当量摩擦角

21、当量摩擦系数和当量摩擦角 蜗轮材料蜗轮材料 锡青铜锡青铜 无锡青铜无锡青铜 灰铸铁灰铸铁 蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度 HRC45 其他情况其他情况 HRC45 HRC45 其他其他 滑动速度滑动速度 fv v v v fv v v v fv v v v fv v v v fv v v v 0.01 0.11 6 17 0.12 651 0.18 1012 0.18 1012 0.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 343 0.09 509 0.09 509 0.1 5431.0

22、0 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 5092.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs m/s第34页/共42页潘存云教授研制 蜗杆加工困难 过大当当 28 时，效率增加很少。当当 v v 时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。50%=（0.950.96）tg(tg(+v v)tgtg 分析：分析：上述公式不直观，工程上常用以下估计值。闭式传动：闭式传动：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1=4 =0.870.92z1=1、2 =0.600.70开式传动：开式传动：0 10 20 30 40

23、50 20406080100效率%在=45=45-/2/2 处效率曲线有极大值。f v v=tg=tgv v=0.12=0.12对动力传动，宜采用多头蜗杆自锁极限一般取：一般取：510 1015 1525 25 载荷类型载荷类型 重重 重重 中中 （不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）（不限）900 500 350 220 150 100 80 运动粘度运动粘度 v/cSt（40）蜗杆传动的相对滑动蜗杆传动的相对滑动速度速度vs/(m/s)给油方法给油方法 油池润滑油池润滑 喷油润滑喷油润滑或或 油池润滑油池润滑 喷油压力喷油压力 MPa 0.7 2 3 表表11-21 蜗杆

24、传动的润滑油粘度荐用值及给油方法蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深，约为一个齿高一个齿高。当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。ra/3 一一个个齿齿高高第37页/共42页三、蜗杆传动的热平衡计算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

25、杆传动必须进行热平衡计算由热平衡条件：由热平衡条件：H H1 1=H=H2,2,得：得：ta=ta+d d S S1000P1000P1 1(1-)(1-)其中：其中：P P1 1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率；d d-表面散热系数；一般取：表面散热系数；一般取：d d=8.1517.45 W/(m2)S S-散热面积散热面积,m,m2 2,指箱体外壁与空气接触而内壁被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，其散热油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按面积按50%50%计算。计算。摩擦损耗产生的热量:H H1 1=1000P=1000P1 1(1-)

26、(1-)箱璧散发的热量:H H2 2=d d S(tS(t0 0-t-ta a)-蜗杆传递的效率；蜗杆传递的效率；t t0 0-工作油温，一般取：工作油温，一般取：6070 t ta a-工作环境温度，一般取：工作环境温度，一般取：20 保持工作温度所需散热面积：保持工作温度所需散热面积：S S=m2d d(t0-ta)1000P1000P1 1(1-)(1-)第38页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 当工作油温：当工作油温：t0 80 或散热面积不足时，应采或散热面积不足时，应采取散热措施：取散热措施：1 1）增加散热面积）增加散热面积-加散热片；加散热片；2 2）提高表

27、面传热系数）提高表面传热系数-加风扇、冷却水管、循环油冷却。加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷却冷却水水第39页/共42页潘存云教授研制蜗杆的结构蜗杆的结构:通常与轴制成一体通常与轴制成一体z1=1或2时：b1(11+0.06z2)mz1=4时:b1(12.5+0.09z2)mb1 蜗杆轴蜗杆轴蜗杆长度b1的确定：12-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计1)无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。2)有退刀槽：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。潘存云教授研制潘存云教授研制第40页/共42页潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制蜗轮齿宽角 90130 轮圈厚度 C 1.6m+1.5 mm轮缘宽度B 0.75da 0.67 da 蜗轮顶圆直径de2 da2+2m da2+1.5m da2+2m 蜗杆头数Z11 2 4蜗轮的常用结构：蜗轮的常用结构：整体式整体式组合式组合式过盈配合过盈配合de2de2de2de2BBBBccc组合式组合式螺栓联接螺栓联接组合式铸造组合式铸造骑缝螺钉48个，孔心向硬边偏移=23mm潘存云教授研制第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页