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1、第十二章第十二章 蜗杆传动蜗杆传动12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动主要参数及几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算基本要求基本要求:掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法第1页/共36页1212-1 1 蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动的特点二、蜗杆传动的类型第2页/共36页一、蜗杆传
2、动的特一、蜗杆传动的特点点传动比大：一般传动传动比大：一般传动 i=880;分度机构可分度机构可达达1000结构紧凑结构紧凑传动平稳，噪声小传动平稳，噪声小效率低（效率低（0.70.8）成本高成本高通常二轴交角通常二轴交角 90蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆蜗轮1 组成和应用2 特点第3页/共36页二、蜗杆传动的类二、蜗杆传动的类型型圆柱蜗杆圆柱蜗杆环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆 按蜗杆整体形状分按蜗杆整体形状分第4页/共36页圆柱蜗杆圆柱蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI蜗杆蜗杆)法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN蜗杆蜗杆)锥面包络蜗杆锥面包络蜗杆(ZK蜗杆蜗杆)圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆(ZC蜗
3、杆蜗杆)按螺旋面形状分按螺旋面形状分阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA蝇杆蝇杆)2轴面呈齿条（直廓）阿基米德螺旋线刃面过轴面渐开线dbIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII凸廓直廓刃面切于基圆柱面凸廓第5页/共36页12-2 12-2 圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸一、正确啮合条件二、主要参数三、几何尺寸第6页/共36页一、正确啮合条一、正确啮合条件件正确啮合条件：正确啮合条件：mx1=mt2=m x1=t2=1=2旋向相同旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋主平面主平面(中间平面中间平面):):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮
4、轴线的平面平面第7页/共36页啮合特啮合特点点几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算受力上，与斜齿轮相似受力上，与斜齿轮相似从整体看，蜗杆蜗从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动动类似于螺旋传动从主平面看，蜗杆从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形，啮开线齿轮齿形，啮合传动类似于齿轮合传动类似于齿轮齿条运动齿条运动d1Bpda2a2da2d2df 2Ldf1da1hahfh第8页/共36页二、主要参数及其选二、主要参数及其选择择1 模数2 压力角3 导程角4 分
5、度圆直径5 蜗杆头数6 传动比和齿数比7 蜗轮齿数8 齿面滑动速度d1p2da2d2df 2df1da1hahfh第9页/共36页1 1 模数模数mx1=mt2=m具体见表具体见表12-1（GB/T 10088-88）从主平面看，从主平面看，蜗杆齿形是标蜗杆齿形是标准齿条齿形，准齿条齿形，蜗轮齿形是渐蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形开线齿轮齿形啮合传动类似啮合传动类似于齿轮齿条运于齿轮齿条运动动d1p第10页/共36页2 2 压力角压力角GB/T 10088-88规定：规定：阿基米德蜗杆：阿基米德蜗杆：a a=20动力传动：动力传动：a a=25分度传动：分度传动：a a=12、15从主平面看，蜗从主
6、平面看，蜗杆齿形是标准齿杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮形是渐开线齿轮齿形齿形啮合传动类似于啮合传动类似于齿轮齿条运动齿轮齿条运动d1Bp2第11页/共36页3 3 导程角导程角根据正确啮合条件，根据正确啮合条件，1=2（蜗轮的螺旋角）（蜗轮的螺旋角）从整体看，蜗杆蜗从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动动类似于螺旋传动蜗杆的导程角相当蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角于螺纹的螺旋升角pz1pz1pd1第12页/共36页4 4 分度圆直径分度圆直径蜗轮分度圆直径同齿轮蜗轮分度圆直径同齿轮d2=mz2蜗蜗杆杆分分度度圆圆标标准准化化，以限制刀具数以
7、限制刀具数与模数相匹配与模数相匹配直径系数直径系数q=d1/md1、q1见表见表12-1d1Bpa2da2d2df 2df1da1hahfhda2第13页/共36页5 5 蜗杆头数蜗杆头数z z1 1蜗蜗杆杆头头数数根根据据传传动动比和效率来选定比和效率来选定单单头头传传动动比比大大，效效率率低低；头头数数多多效效率率高，但难加工。高，但难加工。常取常取1、2、4、6见表见表12-2d1Bpa2da2d2df 2df1da1hahfhda2第14页/共36页6 6 传动比传动比i i和齿数比和齿数比u u传动比传动比齿数比齿数比当蜗杆主动时，当蜗杆主动时，d1Bpa2da2d2df 2df1d
8、a1hahfhda2第15页/共36页7 7 蜗轮齿数蜗轮齿数z z2 2根根据据传传动动比比和和蜗蜗杆的头数决定杆的头数决定z2=iz1为为了了避避免免根根切切，应应27，通通常常取取30 70，一一 般般不不80 见表见表122d1Bpa2da2d2df 2df1da1hahfhda2第16页/共36页8 8 齿面滑动速度齿面滑动速度VsVs润滑、散热不良时：易产生磨损、润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合胶合 充分润滑时：有利于油膜的形成，充分润滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大，滑动速度越大，摩擦系数越小，摩擦系数越小，提高了传动效率提高了传动效率相对滑动速度很大产生的利弊：相对滑动速
9、度很大产生的利弊：d1v2,va1v1v2vs第17页/共36页中心中心距距其余几何尺寸见表其余几何尺寸见表8-3反映功率大小反映功率大小ad1Bpde22da2d2df 2df1da1hahfh三、几何计算三、几何计算第18页/共36页1212-3 3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构一、失效形式及计算准则二、材料选择三、蜗杆传动的结构第19页/共36页一、失效形一、失效形式式 主要考虑蜗轮主要考虑蜗轮开式蜗轮传动：开式蜗轮传动：齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断 保证齿根弯曲疲劳强度保证齿根弯曲疲劳强度闭式蜗轮传动：闭式蜗轮传动：齿面胶合、点蚀齿面胶合、点蚀 按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲
10、劳强度校核按齿面接触疲劳强度设计，齿根疲劳强度校核另外，还应作热平衡计算另外，还应作热平衡计算失效：失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断胶合、磨损、点蚀、齿根折断蜗轮轮齿蜗轮轮齿开式蜗轮传动：开式蜗轮传动：齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断闭式蜗轮传动：闭式蜗轮传动：齿面胶合、点蚀齿面胶合、点蚀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1 失效形式2 计算准则第20页/共36页材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度高的强度、刚度及光洁度高的强度、刚度及光洁度碳碳 钢钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬
11、火合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi(渗碳淬火渗碳淬火)、40Cr(表面表面淬火淬火)减摩、抗胶合、抗点蚀减摩、抗胶合、抗点蚀铸锡青铜铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速适合高速铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载二、材料选二、材料选择择1 蜗杆的材料2 蜗轮的材料 第21页/共36页通常为整体式通常为整体式蜗杆轴蜗杆轴1 蜗杆结构三、蜗杆传动结构三、蜗杆传动结构第22页/共36页2 2 蜗轮结构蜗轮结构通常为组合式通常为组合式第23页/共36页一、受力分析及力的大一、受力分析及力的大小小作用力的大小作用力的大小：受力分析类
12、似斜齿传动受力分析类似斜齿传动蜗杆、蜗轮旋向相同蜗杆、蜗轮旋向相同蜗杆三个分力：蜗杆三个分力：Fr1,Ft1,Fa1蜗轮三个分力：蜗轮三个分力：Fr2,Ft2,Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft21212-4 4 蜗杆的受力分析第24页/共36页径向力径向力的判断方法：的判断方法：指向各自圆心指向各自圆心圆周力圆周力的判断方法：的判断方法：利用转向判断利用转向判断轴向力轴向力的判断方法：的判断方法：蜗杆左、右手方法蜗杆左、右手方法主动轮为右旋，握紧右手，四指弯主动轮为右旋，握紧右手
13、，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；若主动轮为左旋，用左力的方向；若主动轮为左旋，用左手手二、作用力的方二、作用力的方向向蜗轮的蜗轮的转向转向：与：与F Fa1a1反向反向Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft2第25页/共36页1212-5-5 圆柱蜗杆传动的强度计算一、蜗轮齿面的接触疲劳强度计算二、蜗轮齿根的弯曲疲劳强度计算第26页/共36页一、蜗轮齿面的接触疲劳强度计一、蜗轮齿面的接触
14、疲劳强度计算算校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：特点：特点：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）中中间间平平面面内内相相当当于于齿齿条条与与齿齿轮轮啮啮合合，蜗蜗轮轮类类似似于于斜斜齿齿轮轮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说明：说明：1、使用系数、使用系数KA=1.11.4；2、ZE材料综合弹性系数；材料综合弹性系数；3、Z接触系数，图接触系数，图12-11(d1/a);4、H 表表12-4、12-5第27页/共36页二、轮齿的弯曲强度计二、轮齿的弯曲强度计算算说明：说明：蜗杆导程角，蜗杆导程角，arctanZ1/q;F许用
15、弯曲应力，查表许用弯曲应力，查表12-6；YFa2蜗轮的齿形系数蜗轮的齿形系数,可按当量齿数可按当量齿数ZV=Z2/cos3查图查图11-8。校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：第28页/共36页三、蜗杆的刚度计三、蜗杆的刚度计算算说明：说明：E蜗杆材料的弹性模量，钢蜗杆蜗杆材料的弹性模量，钢蜗杆E2.06105;I蜗杆危险截面惯性矩，蜗杆危险截面惯性矩，Id14/64；l蜗杆支点跨距，蜗杆支点跨距，mm，初步计算时可取，初步计算时可取l0.9d2；Y许用挠度，许用挠度，mm，Yd1/1000。由切向力由切向力Ft1和径向力和径向力Fr1产生的挠产生的挠度：度：合成总挠度：合成总挠度：第2
16、9页/共36页1212-6-6 蜗杆传动效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率二、蜗杆传动的润滑三、蜗杆传动的热平衡计算第30页/共36页一、蜗杆传动的效一、蜗杆传动的效率率轴承轴承h h2及搅油损失效率及搅油损失效率h h3：滚动轴承：滚动轴承：h h2=0.980.99 滑动轴承：滑动轴承：h h2=0.970.98 一般取一般取h h2 h h30.95.096设计之初，设计之初，h h未知，可按未知，可按 z1 初选：初选：z1=1 时，时，h h=0.70.75 z1=2 时，时，h h=0.750.82 z1=4 时，时，h h=0.850.92 啮合效率啮合效率h h1类似于螺
17、旋副：类似于螺旋副：d1v2,va1提示：提示：提示：提示：设计完成后，需验设计完成后，需验设计完成后，需验设计完成后，需验算算算算 ，若与初选值，若与初选值，若与初选值，若与初选值相差太远，则需重相差太远，则需重相差太远，则需重相差太远，则需重选选选选再设计。再设计。再设计。再设计。第31页/共36页油池润滑油池润滑:Vs5:Vs510m/s V10m/s V1 14m/s4m/s上置式上置式喷油润滑喷油润滑:Vs:Vs101015m/s15m/s二、蜗杆传动的润二、蜗杆传动的润滑滑第32页/共36页三、蜗杆传动的热平衡计三、蜗杆传动的热平衡计算算热平衡时，单位时间内：发热量热平衡时，单位时
18、间内：发热量=散热量散热量单位时间内的发热量单位时间内的发热量(由于摩擦损耗引起由于摩擦损耗引起)：Q1=1000P1(1-h h)单位时间内的散热量：单位时间内的散热量：Q2=tA(t-t0)Q1=Q2，则温升，则温升对象对象 连续工作的闭式蜗杆传动连续工作的闭式蜗杆传动目的目的 控制油温，防止胶合控制油温，防止胶合v使用时控制：使用时控制：v油温油温t一般限制在一般限制在6070，不超过不超过80v温升温升D Dt5060计算方法计算方法第33页/共36页提高散热能力方提高散热能力方法法增大散热面积；增大散热面积；提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇箱内装冷却水管箱内装冷却水管第34页/共36页小结小结12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动主要参数及几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算基本要求基本要求:掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法掌握蜗杆传动的几何参数的计算、选择方法掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算掌握进行蜗杆传动的力分析、强度计算了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页