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1、 蜗蜗杆杆传传动动 蜗杆传动概述概述 失效形式与设计准则失效形式与设计准则 材料选择与结构形式 主要参数和几何关系 蜗杆传动受力分析蜗杆传动受力分析 蜗杆传动的强度计算 蜗杆传动的挠度计算 蜗杆传动的润滑、温度计算机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2 21 1 概述概述一、特点和应用一、特点和应用外形类似：螺旋与斜齿轮的传动从中间平面剖开：齿轮与齿条的传动（虚拟现实中的蜗杆传动）机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动3 31、应用P 750KW（通常50KW），Vs 35 m/s（通常15 m/s）。由于 i 大，可用
2、于机床分度机构、仪器仪表中。2、特点1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。2）i大蜗杆1、2、4、6传递动力时：i=8100（常用1550）传递运动时：i=几百上千（单头，）用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直为什么？优点：齿轮z117机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动4 43）结构紧凑、重量轻、噪音小。4）自锁性能好(用于提升机构)。缺点：1）制造成本高，加工困难。2）滑动速度vs大。3）低。4）蜗轮需用贵重的减摩材料。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动5 51、按蜗杆形状分圆柱蜗杆环面蜗杆锥蜗杆二、
3、分类二、分类机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动6 6ZA型:阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线ZI型:渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动ZN型:法向直廓蜗杆(刀具加工位置不同)圆柱蜗杆机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动7 7锥蜗杆：啮合齿数多，平稳，承载。环面蜗杆：接触齿对数，承载（1.54）倍，高，但制造安装要求高。2、按蜗杆头数分单头蜗杆：i，自锁性，多头蜗杆：相反3、按旋向分左旋右旋一般采用右旋机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动8 8三、精
4、度等级三、精度等级12个等级：动力传动：69级测量分度：5级或以上2 2 失效形式、材料选择和结构失效形式、材料选择和结构一、失效形式一、失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断vs、发热 主要为：胶合、磨损、点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动9 9二、材料二、材料vs减摩性、强度不能都用硬材料1、蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs1226m/s铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2、蜗杆材料碳钢合
5、金钢热处理硬面蜗杆：首选 淬火磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动10 102、蜗轮整体式齿冠：用贵重耐磨金属(青铜)轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）过盈螺栓（铰制孔）三、结构三、结构1、蜗杆：与轴一体。车制、铣制。组合式机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动11 113 3 圆柱蜗杆传动的基本参数圆柱蜗杆传动的基本参数一、基本齿廓一、基本齿廓中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。、二、模数二、模数mm正确啮合条件：轴向 端面标准值(与齿轮不同,表13.4)蜗杆导程角三、齿形角三、
6、齿形角刀具基准齿形的齿形角：阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角法向直廓蜗杆：法向齿形角机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动12 12四、蜗杆分度圆直径四、蜗杆分度圆直径d d1 1（中圆直径）（中圆直径）刀具数量刀具数量刀具数量刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值d1pxpx加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。d1m 表13.4机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动1313五、蜗杆直径系数五、蜗杆直径系数q qd1、
7、m为标准值q为导出值,不一定为整数。六、蜗杆导程角六、蜗杆导程角 制造困难m一定时，qd1蜗杆刚度z1一定时，q，自锁性 小m蜗杆选用大q，保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q，保证效率适于大P机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动14 14传递动力时:头数z1 采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(),z1,采用单头蜗杆七、七、z z1 1、z z2 2蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等z1加工困难传递动力：（传动平稳性，避免根切）(z2d2蜗杆轴长刚度)一般取z2=3280z1z2：互质均匀磨损八、八、i i、u u蜗杆主动时:机械
8、设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动15 15九、中心距九、中心距a a（应按p264系列值选取）十、变位系数十、变位系数1、变位目的：配凑中心距凑中心距凑中心距凑中心距；凑传动比凑传动比凑传动比凑传动比。2、变位方法：与齿轮变位相同,靠刀具的移位实现变位。故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位只能对蜗轮变位加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动16 16机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动17
9、174、变位类型1）齿数不变，凑ax0，正变位 x0 负变位 3、变位结果蜗杆各部分尺寸不变，但节线变化蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆。蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线)蜗轮尺寸发生变化，但机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动18 182）a不变，齿数变化，凑i凑i：（a不变，）例13.1、例13.2x0齿数x0齿数机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动19 194 4 几何计算（略）几何计算（略）5 5 受力分析与效率计算受力分析与效率计算一、作用力一、作用力圆周力：轴向
10、力：(蜗杆主动)啮合效率忽略Ff，Fn径向力：机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2020方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：n2n13）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同。v2机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动21 21练习：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试：确定各
11、轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋n4输出1234蜗杆右旋机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2222二、传动效率二、传动效率与齿轮类似：1、啮合1：近似按螺旋副计算（蜗杆主动）（蜗轮主动）v当量摩擦角，与vs有关。说明：1）vsvv 油膜易形成12）为影响1的主要因素：1时，1 max此后，1（p268 表13.6）机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2323机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2424一般取后：缓慢
12、大时，加工困难2、2搅油效率：3、3轴承效率：6 6 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对蜗轮蜗轮蜗轮蜗轮一、接触强度计算一、接触强度计算校核式设计式机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2525参数说明：1）T2蜗轮转矩,N mm2）KA使用系数,表12.9（同齿轮传动）3）ZE弹性系数,表13.2，P2604）Z接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,Z初值a根据查得。设计时：未知，初选值（蜗杆主动）机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2626机械设计机械设计第六章第六章第六章第六
13、章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2727b）5）Zn转速系数（式13.17、13.18）6）Zh寿命系数基本公式即7）求d1、z1、z2、m。P271三、弯曲强度计算三、弯曲强度计算难于精算条件性估算参见式13.24（P272）弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。讨论：ZH a一定时，d1蜗杆刚度d1一定时，a结构紧凑蜗杆传动的重要参数a）机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动28288 8 温度计算（热平衡计算）温度计算（热平衡计算）由于发热大易胶合即：发热率H1 =散热率H2摩擦功耗：冷却散去的热量：环境温度t0=20箱内工作温度散热面积，可由13.2
14、7式估算表面传热系数，则：热平衡计算机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动2929油温比t1高15左右，油温小于100。蜗杆上置：飞溅冷却作用差，0.8W若t1太高，可采取如下措施：2、蜗杆轴端装风扇1、加散热片3、外冷却压力喷油润滑4、油池内安装蛇形冷却水管机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动30309 9 润滑润滑一、油粘度与润滑方法一、油粘度与润滑方法运动粘度:40抗胶合润滑方法：蜗杆下置浸油润滑：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端二、蜗杆布置与润滑方式二、蜗杆布置与润滑方式蜗杆下置：浸入
15、油中深度至少一个牙高，但油面不应超过轴承最低滚动体的中心。蜗杆上置：浸入油池的蜗轮深度为（1/61/3）r2蜗杆下置式冷却效果更好。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动313110 10 提高圆柱蜗杆传动承载能力的措施提高圆柱蜗杆传动承载能力的措施不同位置：接触线与v1夹角不同,夹角油膜易形成最大夹角(90):发生在蜗杆螺纹退出啮合的齿边上。最小夹角(0):靠近中间平面的区域不易形成油膜，限制承载。蜗杆传动中轮齿间接触线随啮合位置移动。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动3232措施：1）轮齿挖窝：挖去夹角小处，贮油，改善润滑。2）人工油涵：油楔(大滚刀、移动滚刀)。3）蜗轮偏位安装：蜗轮偏向啮出端。机械设计机械设计第六章第六章第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动33334）采用环面蜗杆。