蜗杆传动z零件部分.pptx

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1、蜗杆传动的类型和特点 其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。阿基米德蜗杆（ZA型）车刀刀刃与蜗杆轴线在同一水平线上，加工出来的蜗杆在 轴剖面的齿形是直线，在法向剖面内的齿形为曲线，垂直 于轴线剖面的齿形为阿基米德螺旋线。渐开线蜗杆（ZI型）车刀刀刃与蜗杆的基圆柱相切，在切于基圆柱的轴向剖面 -内的齿形的一侧为直线，在轴向剖面和法向剖 面内的齿形均为曲线，端面的齿形为渐开线。法向直廓蜗杆（ZN型）车刀刀刃放在蜗杆齿面的法平面内，加工出来的蜗杆在法向 剖面内的齿形是直线，在轴剖面内的齿形为曲线，在端面上 的齿形为延伸渐开线锥面包络圆柱蜗杆（

2、ZK型）将直母线梯形圆盘铣刀的直母线放置于蜗杆齿间的 法面内，蜗杆在各个剖面内的齿形都是曲线。圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的。蜗杆传动的类型第1页/共45页蜗杆传动的类型和特点 环面蜗杆传动 环面蜗杆传动如图所示。蜗杆螺纹段的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面。该传动同时啮合的齿对数增多，承载能力为普通圆柱蜗杆的24倍，齿间润滑油膜易形成和保持，效率高，体积小，寿命长，但制造、安装复杂。第2页/共45页蜗杆传动的类型和特点 锥蜗杆传动 如图所示，蜗杆为一等导程的锥形螺纹，故称锥蜗杆。涡轮像一个曲线齿圆锥齿轮，故称锥轮。他们的轴线在

3、空间交错，交错角通常为90。锥蜗杆传动的特点是：啮合齿数多，重合度大，故传动平稳，承载能力高，涡轮能用淬火钢制造，可节省有色金属。第3页/共45页蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动的精度：142页 表7-1第4页/共45页普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算复习第5页/共45页蜗杆传动的滑动速度和效率第三节 蜗杆传动的滑动速度和效率一、齿面间相对滑动速度 ；蜗杆传动中，在蜗杆与蜗轮齿面间会产生很大的滑动速度，由图得 第6页/共45页二、蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合时的摩擦损耗、轴承摩擦损耗和搅油损耗，故蜗杆传动的总效率为式中 蜗杆传动的啮合效率，当蜗杆为主动件时：

4、（其中 为蜗杆导程角，为当量摩擦角，查表7-4，147页）。轴承效率及搅油效率，一般取 。蜗杆传动效率主要取决于 ，一般 随 的增大而提高，但 后，提高已不明显，而且大导程角的蜗杆制造困难，所以实用为 。蜗杆传动的滑动速度和效率 在传动尺寸设计出之前，为近似地设计出蜗轮受的转矩T2，传动效率可如下估取：第7页/共45页蜗杆头数 z1 1 2 3 4总效率 0.70 0.80 0.85 0.9 第8页/共45页蜗杆传动的失效形式和计算准则和材料选择 第四节 蜗杆传动的失效形式及设计准则蜗杆传动齿轮的受力情况与齿轮传动基本相同，故蜗杆传动的失效形式也与齿轮传动相似。但是，由滑动速度计算公式可知，蜗

5、杆传动齿面间具有很大的滑动速度，同时，传动效率低，发热量大，因此，蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。闭式蜗杆传动以胶合为主要失效形式，开式蜗杆传动主要是齿面磨损。由于目前对胶合和磨损的计算尚无成熟的方法，故仍按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行条件性计算，只在许用应力数值中适当考虑胶合和磨损的影响。1.失效形式第9页/共45页2.设计准则对闭式蜗杆传动，一般按齿面接触强度进行设计，按弯曲疲劳强度进行校核，并进行热平衡计算，以免过高的温升引起润滑失效，导致齿面胶合。对于开式涡轮传动，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗杆通常为细长轴，过大的弯曲变形将导致啮合区接触不良，因此，当蜗杆轴的支

6、撑跨距较大时，应校核其刚度是否足够。蜗杆材料的强度通常比蜗轮材料高，且蜗杆齿为连续的螺旋齿，故蜗杆副的失效一般出现在蜗轮上。通常只对蜗轮进行承载能力计算。蜗杆传动的失效形式和计算准则和材料选择 第10页/共45页3.蜗杆和蜗轮的材料选择蜗杆常用材料为碳钢或合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。根据蜗杆传动的失效特点，蜗杆副材料不但应具有足够的强度，而且还应具有良好的减磨性和抗胶合性能。实践证明，较理想的蜗杆副材料是磨削淬硬的钢制蜗杆匹配青铜

7、蜗轮。蜗杆传动的失效形式和计算准则和材料选择 第11页/共45页蜗杆传动的受力分析 普通蜗杆传动的承载能力计算2蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。在不计摩擦力时，有以下关系：第12页/共45页蜗杆传动的受力分析 在分析蜗杆和蜗轮受力方向时，必须先指明主动轮和从动轮（一般蜗杆为主动轮）；蜗杆或蜗轮的螺旋方向：左旋或右旋；蜗杆的转向和位置。蜗杆与蜗轮轮齿上各方向判断如下：径向力的方向：由啮合点分别指向各自轴心；轴向力的方向：蜗杆主动时，蜗杆轴向力的方向由“主动轮左、右手定则”判断，即右旋蜗杆用右手（左旋用左手），

8、四指顺着蜗杆转动方向弯曲，大拇指指向即蜗杆轴向力的方向。蜗轮轴向力的方向与蜗杆圆周力方向相反。圆周力的方向：主动轮圆周力与其节点速度方向相反，从动轮圆周力与其节点速度方向相同；蜗杆传动受力方向判断第13页/共45页蜗杆传动的承载能力计算 一、蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度的校核公式为：适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮涡轮齿面接触疲劳强度的设计公式为 由于阿基米德蜗杆在中间平面上，相当于齿条与齿轮的啮合传动，而蜗轮又相当于一个斜齿轮，所以蜗杆传动可以近似的看做齿条与斜齿圆柱齿轮的啮合传动。目的：防止“点蚀”和“胶合”失效。强度条件：第14页/共45页蜗杆传动的承载能力计算 式中 载荷

9、系数，见150页 第15页/共45页蜗杆传动的承载能力计算 二、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 蜗轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算齿根弯曲应力比较困难，通常把蜗轮近似地看做斜齿轮来考虑，进行条件性计算。设计公式为：式中 蜗轮齿形系数，按 查表7-7，153页；蜗轮齿根弯曲强度的校核公式为：第16页/共45页蜗杆传动的承载能力计算 三、蜗杆的刚度计算 通常把蜗杆螺旋部分看做以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段，进行刚度校核。其最大挠度可按下式作近似计算。具体见153页第17页/共45页普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2蜗杆传动的润滑 润滑的主要目的在于减摩与散热。因为润滑不良时，传动效率将显著降低，而且会带来剧

10、烈的磨损和产生胶合的危险，所以往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑。在润滑油中还加入添加剂，使其提高抗胶合能力。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。蜗杆传动的润滑及热平衡计算 闭式蜗杆传动的润滑油黏度及润滑方法见表7-9，154页。开式蜗杆传动常采用黏度较高的齿轮油或润滑脂。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1/3。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，蜗杆正反转时，两边都要装有喷油

11、嘴。而且要控制一定的油压，第18页/共45页12.6.2 蜗杆传动的热平衡计算由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。如果产生的热量不能及时散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润滑状态，从而导致系统进一步恶化。系统因摩擦功耗产生的热量为：自然冷却从箱壁散去的热量为：Ks箱体表面的散热系数，没有循环空气流动时可取Ks(8.1510.5)W/(m2K)；通风良好时Ks(1417.45)A 箱体的可散热面积(m2)；t1润滑油的工作温度()；t0环境温度()。一般取20度在热平衡条件下可得：可用于系统热平衡验算，一般限制在6070 ，最高不超过90 蜗杆传动的润滑及热平衡计算

12、 W/(m2K)如果t1超过允许值，必须采用以下措施以提高散热能力。第19页/共45页蜗杆传动的润滑及热平衡计算 冷却水管动画演示压力喷油动画演示第20页/共45页12.2.3 蜗杆、蜗轮的结构1.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。（动画演示）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 较前一种差。（动画演示）12.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 第21页/共45页2.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

13、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：整体式蜗轮齿圈式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮观看蜗轮照片12.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 第22页/共45页蜗杆传动的跑和和试运转蜗杆传动安装蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如右图所示。为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。12.7 蜗杆传动的安装与维护 蜗杆传动装配后，须经跑合，以使齿面接触良好。跑合时采用低速运转，通常 r/min,逐步加载至额定载荷，跑合15h。若发现蜗杆齿

14、面上粘有青铜，应立即停车，用细砂纸打去，在继续跑合。跑合好后，应清洗全部零件，换新润滑油，并应把此时蜗轮相对于蜗杆的轴向位置打上印记，便于以后装拆时配对和调整到位。新机试车时，先空载运转，然后逐步加载至额定载荷，观察齿面啮合、轴承密封及温升等情况。第23页/共45页例题12.1 设计一运输机的闭式蜗杆传动。蜗杆输入功率，蜗杆的转速，传动比，载荷平稳，单向回转，通风良好。预期使用寿命15000h，估计散热面积 解：（1）选择材料并确定许用应力 蜗杆：由于功率不大，采用45钢表面淬火，硬度45HRC。蜗轮：因转速较高，采用抗胶合性能好的铸锡青铜，ZcuSn10P1，砂 模铸造。查表12.6，蜗轮材

15、料的基本许用接触应力为查表12.8，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为12.7 蜗杆传动的安装与维护 第24页/共45页计算应力循环次数N（蜗轮转速 ）计算寿命系数计算许用应力：12.7 蜗杆传动的安装与维护 第25页/共45页（2）确定蜗杆头数和蜗轮齿数由表12.1，根据传动比i值取（3）计算蜗轮转矩 取（4）按齿面接触疲劳强度计算取载荷系数 由式（12.10）得 12.7 蜗杆传动的安装与维护 第26页/共45页查表12.2，按选取得m=8，q=10 查表12.5，得由式（12.11）得齿根的弯曲疲劳强度校核合格。12.7 蜗杆传动的安装与维护 第27页/共45页（5）验算传动效率 蜗杆分度圆速

16、度为 查表12.9得 与原估计相近。12.7 蜗杆传动的安装与维护 第28页/共45页（6）热平衡计算 取室温取散热系数 符合要求。（7）中心距a及各部分尺寸各部分尺寸计算略。12.7 蜗杆传动的安装与维护 第29页/共45页（8）精度选择由v2选择精度等级。精度等级选择参考GB1008988。故选8级精度。（9）绘制蜗杆、蜗轮零件工作图12.7 蜗杆传动的安装与维护 第30页/共45页第31页/共45页圆弧圆柱蜗杆传动第32页/共45页中间平面第33页/共45页蜗杆主要参数常用值及其匹配表第34页/共45页车制蜗杆第35页/共45页铣制蜗杆第36页/共45页第37页/共45页滑动速度影响系数第38页/共45页寿命系数第39页/共45页第40页/共45页蜗杆螺旋线的形成第41页/共45页散热措施蛇形冷却水管第42页/共45页压力喷油循环冷却第43页/共45页第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页