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1、113.1蜗杆传动的特点和应用 一.特点：1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=780；2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮 合和退出，故冲击小、噪声低；3.可自锁：升角小于当量摩擦角时；4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损 严重。但新型蜗杆的传动效率 已可达90%以上。第1页/共50页2二。蜗杆传动的类型 a）圆柱蜗杆传动 b）环面蜗杆传动 c）锥蜗杆传动 第2页/共50页31.普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动：根据蜗杆的不同齿廓形状及形成机理，可分为：阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）渐开线蜗杆 （ZI蜗杆）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）第3页/共50页4阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）车削工艺好，精度低，中小
2、载荷，使用逐渐减少 中间平面齿廓为直线第4页/共50页5 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）法面齿廓为直线第5页/共50页6 渐开线蜗杆（ZI蜗杆）效率高；传递功率较大 端面齿廓为渐开线第6页/共50页713.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 在中间平面，普通圆柱蜗杆传动相当于齿轮和齿条的啮合，设计时以中间平面的参数为基准。一。蜗杆传动的主要参数 1.模数模数m和压力角和压力角：在中间平面，即蜗杆轴平面与蜗轮中间平面的m和压力角相等且为标准值。2.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1 直径系数直径系数q：第7页/共50页8 3.蜗杆头数蜗杆头数z1：常取 1、2、4、6 传动效率：估取 0.7、0.
3、8、0.9、0.95。蜗轮齿数蜗轮齿数z2：保证一定的重合度，传动平稳；保证抗弯强度、蜗杆的刚度。为什么对蜗杆头数和蜗轮齿数有限制？蜗杆头数少，能得到大的传动比，但导程角小、效率低、发热量大，故载荷大且连续工作时不宜用单头蜗杆。如传动要自锁，应选单头。蜗杆头数多，效率高，但过多加工困难，所以要限制蜗杆头数不宜过多。从传动的平稳性考虑，蜗轮齿数少，同时啮合齿的对数少，传动的平稳性差。齿数愈多，蜗轮直径愈大，蜗杆愈长，蜗杆刚度愈小，所以蜗轮的齿数要限制。第8页/共50页9 4.导程角导程角：第9页/共50页10（1）（2）蜗杆分度圆蜗杆分度圆d1，导程角，导程角 和直径系数和直径系数q关系：关系：
4、从（1）、（2）知，当m一定时，q值增大，则d1变大，蜗杆的刚度及强度相应提高，因此当m较小时，q选较大值又因为在（2）式中，当q取小值时，增大，效率随之提高，故在蜗杆轴刚度允许的情况下，应尽可能选较小的q值。为了满足各种需要，对于同一为了满足各种需要，对于同一m允许允许q值在一定范围内变动，值在一定范围内变动，以便选用不同的标准蜗杆直径。以便选用不同的标准蜗杆直径。第10页/共50页11 5.中心距中心距a：反映功率大小反映功率大小6.传动比传动比i：第11页/共50页12 二。二。蜗轮的变位 蜗杆传动变位的特点：为了保持刀具尺寸不变，不能改变蜗杆的尺寸，因而只对蜗轮进行变位。（1）改变中心
5、距：（2）中心距不变，则蜗轮齿数：第12页/共50页137.3 蜗杆传动的失效形式及常用材料1.失效形式：失效经常发生在蜗轮的轮齿上；滑动速度VS大，发热量大，更易胶合和磨损。2.设计准则：同齿轮传动；必要时核算热平衡。3.材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶合性蜗杆 20Cr渗碳淬火；40Cr、35CrMo淬火 ；45调质 蜗轮 ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 VS3 重要传动 VS 4 m/s VS 2 m/s 耐磨性好、抗胶合 价格便宜 经济、低速第13页/共50页14按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。2.设
6、计准则闭式传动：开式传动：通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。第14页/共50页157.4 蜗杆传动的受力分析和效率计算 一、一、蜗杆传动的受力分析 第15页/共50页16FnFrFaFtFF第16页/共50页17 圆柱蜗杆传动第17页/共50页18练 习右旋求蜗杆的旋向？Fx1求蜗杆的转向？练 习第18页/共50页19 二、二、蜗杆传动的载荷系数 载荷系数 K=KAK Kv使用系数使用系数 KA 齿齿向载荷分配系数向载荷分配系数K =11.3 1.6 （载荷平稳、变化、振动、冲击）动载系数动载系数 Kv=1.01.1（v2 3m/s）；）；1.11.2（v2 3m/s）。）。第19页/共50页
7、20润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合；充分润滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大，摩擦系数越小，提高了传动效率。v1 v2 vS三、三、蜗杆传动的相对滑动速度 相对滑动速度很大产生的利弊：第20页/共50页21 四、四、蜗杆传动的效率第21页/共50页22z-接触系数 图13.12,接触线长度和曲率半径的影响zE-弹性影响系数，表13.12,（钢对青铜或铸铁 zE=160）取标准值m、d1、q、7.5 圆柱蜗杆传动的设计计算 一.齿面接触疲劳强度计算 第22页/共50页23二.蜗轮的许用接触应力锡青铜：主要为接触疲劳失效，与应力循环次数 N 有关灰铸铁及铝铁青铜：主要取决于胶合失效，与滑动
8、速度vs有关 第23页/共50页24 三、三、蜗轮蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 第24页/共50页25 四。四。蜗杆的刚度计算 第25页/共50页26 五。五。蜗杆传动的散热计算(热平衡计算)1.热平衡计算的目的 2.热平衡计算的方法工作温度tI 6070C第26页/共50页27热 平 衡 计 算 1 1 即（a传动的中心距）有散热片时：油的温升：5570h表面传热系数，一般取 h(12 18)W/(m2)；A 箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算，t1润滑油的工作温度()；通常取 t1 20 式中：P1传动的输入功率（kW)；t0环境温度()。摩擦产生的热量散发的热量第27页/共50页28为
9、什么蜗杆传动要进行热平衡计算？由于涡杆传动的相对滑动速度大，传动效率低，在工作时会产生大量的热。若闭式蜗杆传动的散热条件不足，则使温度升高，润滑油的粘度下降，从而引起润滑油膜破裂，引起润滑失效，导致齿面胶合，所以必须对蜗杆传动进行热平衡计算。第28页/共50页29热 平 衡 计 算 2 2蜗杆传动的散热措施自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：1）在箱体外表面加散热片以增大散热面积。2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。3）在油池内安装冷却管路。4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器）。第29页/共50页30热 平 衡 计 算 3 3传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器第30页/共5
10、0页31 7.6 蜗杆传动的润滑 一。润滑油和润滑方式的选择的 润滑油牌号、.粘度及给油方法、润滑油量 二。蜗杆的布置 上置蜗杆,下置蜗杆一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。给油方法：油池润滑：喷油润滑第31页/共50页32（一）蜗杆结构 第32页/共50页33 蜗轮结构第33页/共50页34例：在图示的传动系统中，例：在图示的传动系统中，1，2为锥齿轮；为锥齿轮；3，4为斜齿轮；为斜齿轮；5为蜗杆；为蜗杆；6为蜗为蜗轮，小锥齿轮为主动轮，转向如图所示。为使轴轮，小锥齿轮为主动轮，转向如图所示
11、。为使轴，上传动件的轴向力能相上传动件的轴向力能相抵消，试在图上画出各轮的转动方向、螺旋线方向及轴向力方向。抵消，试在图上画出各轮的转动方向、螺旋线方向及轴向力方向。Fa1Fa2Fa3Fa4Fa5Fa6左旋左旋第34页/共50页35例：图示为一手动滑车的蜗杆传动。已知单头蜗杆的模数m=5mm，蜗杆分度圆直径d1=90mm，传动比i=50，起重链轮分度圆直径d3=200mm，驱动链轮分度圆直径d4=300mm，试判断传动能否自锁？并求驱动力F=150N时起重量Q是多少（蜗杆传动当量摩擦系数v=0.1，忽略链与轴承的摩擦损耗）？第35页/共50页36解：自锁验算蜗杆分度圆程角当量摩擦角 满足自锁条
12、件，蜗杆传动能自锁。起重量计算蜗轮轴上阻力矩第36页/共50页37蜗杆轴上驱动转矩蜗杆传动啮合效率则 第37页/共50页38 例：图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60z4=1，z5=40轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：(1)此时重物是上升还是下降？(2)设系统效率=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T1=10Nm，问重物的重量是多少?第38页/共50页39 Ft4 Fa4 Fr4 Ft5Fr5Fa5n4 解：计算蜗杆的转速在左边1、2、3的周转轮系中以n1的转向为正则蜗杆的转向与轮1相同，向上 对蜗杆传动进行受力分析通过受力分析知道重
13、物上升。从1到5的传动比 第39页/共50页40作业1，如图所式为蜗杆传动与锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮Z4的转速n（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向（2）在图中标出各轮轴向力的方向。第40页/共50页412，手动铰车采用圆柱蜗杆传动，如图，已知m=8、Z1=1、d1=80mm，Z2=40，卷筒直径D=200mm问（1）欲使重物上升1m，蜗杆应转多少转？（2）蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数f=0.18，改机构能否自锁？（3）若重物W=5KN，手摇时施加的力F=100N，手柄转臂的长度l应是多少？第41页/共50页423，为增加蜗杆减速器输出轴的转
14、速，决定用双头蜗杆代替原来的单头蜗杆，问原来的蜗轮是否可以继续使用？为什么？第42页/共50页43答 案第43页/共50页44Fa4Fa3Fa2Fa1Ft1Ft2Fr2右旋蜗杆右旋蜗杆第44页/共50页45Ft2因为d1=mq2解：得直径系数（1）欲使重物W上升1m，设蜗轮的转 数为n2 那么蜗杆的转数n1=in2由于（2）由于 又因为摩擦系数f=0.180.1 即=5.71小于摩擦角=10.20,所以能自锁。第45页/共50页46（3）蜗轮的分度圆直径d2=mZ2=320由题意的要提升重物W=5000N,则蜗轮所需的转矩 蜗杆的啮合效率 第46页/共50页473，为增加蜗杆减速器输出轴的转速
15、，决定用双头蜗杆代替原来的单头蜗杆，问原来的蜗轮是否可以继续使用？为什么？答：不可以。蜗轮蜗杆正确啮合的条件中有 1=2，依题意，如用原来的蜗轮，当蜗杆头数z1由1变为2，模数m和分度圆直径d1不能变，据可知，tg增大为原来的2倍，即导程角1增大了，与蜗轮的螺旋角不再相等。因此，不再符合蜗轮蜗杆的正确啮合条件。第47页/共50页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第48页/共50页第49页/共50页50感谢您的观看！第50页/共50页