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1、第6章 蜗杆传动,机械设计基础 蜗杆传动,6-1 概述6-2 基本参数和几何尺寸6-3 运动学及效率6-4 蜗杆、蜗轮的材料及结构6-5 蜗杆传动的强度计算6-6 热平衡计算,基本要求: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、强度计算了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法,6-1 概述,一、蜗杆传动及其特点二、蜗杆传动的类型,机械设计基础 蜗杆传动,一、蜗杆传动及其特点,机械设计基础 蜗杆传动,2 特点传动比大：一般传动 i=780;结构紧凑传动平稳，噪声小效率低成本高,1 组成和应用通常二轴交角90蜗杆主动，蜗轮被动,蜗杆,蜗轮,二、蜗杆传动的类型,机械设计基础 蜗杆传动
2、,环面蜗杆锥蜗杆,按蜗杆整体形状分：圆柱蜗杆,二、蜗杆传动的类型,机械设计基础 蜗杆传动,环面蜗杆锥蜗杆,按蜗杆整体形状分：圆柱蜗杆,圆柱蜗杆,机械设计基础 蜗杆传动,渐开线蜗杆(ZI蜗杆)法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)圆弧面蜗杆(ZC蜗杆),按螺旋面形状分阿基米德蜗杆(ZA蝇杆),轴面呈齿条（直廓）,阿基米德螺旋线,刃面过轴面,渐开线,6-2 基本参数和几何尺寸,一、主要参数及几何尺寸二、正确啮合条件,机械设计基础 蜗杆传动,一、主要参数及几何尺寸,机械设计基础 蜗杆传动,1 模数2 压力角3 导程角4 分度圆直径5 中心距,1 模数,机械设计基础 蜗杆传动,mx1=mt2
3、=m具体见表6-1（GB/T 10085-88）,从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形啮合传动类似于齿轮齿条运动,2 压力角,机械设计基础 蜗杆传动,GB/T 10088-88规定：阿基米德蜗杆：a=20动力传动：a=25分度传动：a=12、15,从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形啮合传动类似于齿轮齿条运动,3 导程角,机械设计基础 蜗杆传动,根据正确啮合条件，1=2（蜗轮的螺旋角）,从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动蜗杆的导程角相当于螺纹的螺旋升角,4 分度圆直径,机械设计基础 蜗杆传动,蜗轮分度圆直径同齿轮d2=mz2,蜗杆分
4、度圆标准化，以限制刀具数d1与模数相匹配见表6-1,hf,5 中心距,机械设计基础 蜗杆传动,其余几何尺寸见表6-2,反映功率大小,二、正确啮合条件,机械设计基础 蜗杆传动,正确啮合条件：mx1=mt2=m x1=t2=1=2旋向相同,即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋,主平面(中间平面):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面,啮合特点,机械设计基础 蜗杆传动,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,从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动从主平面看，蜗杆齿形是标准齿条齿形，蜗轮齿形是渐开线齿轮齿形，啮合传动类似于齿轮齿条运动,三、齿数和传动比,机械设计基础 蜗
5、杆传动,z2=i12 z1,(通常2970),从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动蜗杆的齿数即蜗杆的头数，z1=1,2,4、6，取小 i，,自锁性好,v2,va1,?,6-3 蜗杆、蜗轮的材料及结构,材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度一、蜗杆的材料高的强度、刚度及光洁度碳 钢 45号钢 调质或淬火合金钢 20Cr、20CrMnTi(渗碳淬火)、40Cr(表面淬火)二、蜗轮的材料 减摩、抗胶合、抗点蚀铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载灰铸铁 HT200 低速轻载,机械设计基础 蜗杆传动,三、蜗杆结构,机械设计基础 蜗杆传动,通常为
6、整体式蜗杆轴,四、蜗轮结构,机械设计基础 蜗杆传动,通常为组合式,6-4 蜗杆传动受力分析及强度计算,一、失效形式及设计准则二、受力分析三、轮齿表面的接触强度计算四、轮齿的弯曲强度计算,机械设计基础 蜗杆传动,一、失效形式及设计准则,机械设计基础 蜗杆传动,2 设计准则主要考虑蜗轮开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断 保证齿根疲劳强度闭式齿轮传动：齿面胶合、点蚀 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,1 失效形式失效：胶合、磨损、点蚀、齿根折断蜗轮轮齿开式齿轮传动：齿面磨损、轮齿折断闭式齿轮传动：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,二、受力分析,机
7、械设计基础 蜗杆传动,作用力的大小：,受力分析类似斜齿传动蜗杆、蜗轮旋向相同蜗杆三个分力：Fr1,Ft1,Fa1蜗轮三个分力：Fr2,Ft2,Fa2,径向力的判断方法：指向各自圆心圆周力的判断方法：利用转向判断轴向力的判断方法：蜗杆左、右手方法主动轮为右旋，握紧右手，四指弯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力的方向；若主动轮为左旋，用左手,作用力的方向,机械设计基础 蜗杆传动,蜗轮的转向：与Fa1反向,三、轮齿表面的接触强度计算,机械设计基础 蜗杆传动,校核公式：设计公式：,特点：强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮蜗轮
8、轮齿的强度计算与斜齿轮相似,说明：1 z1、z1的选择：z1 查表6-1,根据传动比选择；z226282 载荷系数K：据经验选择,见p2443 许用接触应力：表6-3、6-4,四、轮齿的弯曲强度计算,机械设计基础 蜗杆传动,说明：由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多故在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义,校核公式：设计公式：,6-6 热平衡计算,一、目的及对象二、计算方法三、提高散热能力方法,机械设计基础 蜗杆传动,一、目的及对象,机械设计基础 蜗杆传动,二、计算方法热平衡时，单位时间内：发热量=散热量单位时间内的发热量(由于摩擦损耗引起)：Q1=1000P
9、1(1-h)单位时间内的散热量：Q2=htA(t-t0)Q1=Q2，则温升,对象 连续工作的闭式蜗杆传动目的 控制油温，防止胶合,使用时控制：油温t一般限制在6070，不超过80温升Dt5060,三、提高散热能力方法,机械设计基础 蜗杆传动,增大散热面积；提高散热系数：在蜗杆轴端加装风扇箱内装冷却水管,四、滑动速度,机械设计基础 蜗杆传动,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,相对滑动速度很大产生的利弊：,五、传动效率,机械设计基础 蜗杆传动,轴承及搅油损失效率h2：滚动轴承：h2=0.980.99滑动轴承：h2=0.970.98设计之初，h未知，可按 z1 初选：z1=1 时，h=0.70.75 z1=2 时，h=0.750.82 z1=4 时，h=0.850.92,啮合效率h1类似于螺旋副：,
