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1、第13章 蜗杆轮传动,13.1概述,13.2 蜗杆传动的参数与尺寸,13.3蜗杆传动的运动分析和受力分析,13.4蜗杆传动的设计计算,13.6蜗杆、蜗轮的结构、规定画法和图样,13.5蜗杆传动的效率、润滑和散热,潘存云教授研制,潘存云教授研制,13.1 概述,作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。蜗杆主动、蜗轮从动。,90,形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。,所得齿轮称为 蜗杆,而啮合件称为 蜗轮。,潘存云教授研制,改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为线接触。,优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。,分度
2、机构：i=1000,通常i=880,缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆的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。,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆,圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是加工用的车刀为圆弧刀刃。,传动特点：,1）传动效率高，一般可达90%以上；,2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.52.5倍；,3）结构
3、紧凑。,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德蜗杆,单刀加工,阿基米德蜗杆(ZA),潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,阿基米德蜗杆(ZA),阿基米德蜗杆,双刀加工,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,2蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,
4、锥面包络圆柱蜗杆,渐开线蜗杆(ZI),渐开线蜗杆,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,法向直廓蜗杆(ZN),潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,法向直廓蜗杆(ZN),dx,延伸渐开线,车刀对中齿槽中心法面,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动
5、的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆(ZK),是一种非线性螺旋齿面蜗杆。不能在车床上加工，只能在铣削或磨削，加工时工件作螺旋运动，刀具作旋转运动。,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,2蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,环面蜗杆传动特点：,（1）传动效率高，一般可达85%90%；,（2）承载能力高，约为阿基米德蜗杆的24倍；,（3）要求制造和安装精度高。,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的类
6、型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆,锥面包络圆柱蜗杆,锥蜗杆传动特点：,（1）同时接触的点数较多，重合度大；,（2）传动比范围大，一般为10360；,（3）承载能力和传动效率高；,（4）制造安装简便，工艺性好。,蜗杆旋向：左旋、右旋(常用),精度等级：,对于一般动力传动，按如下等级制造：,v17.5 m/s 7级精度,v1 3 m/s 8级精度,v11.5 m/s 9级精度,判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1.正确啮合条件,中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。,正确啮合条件是中间平面内参数分别
7、相等：,mt2=ma1=m，t2=a1=取标准值,在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,13.2蜗杆传动的参数与尺寸,ZA蜗杆：a=20轴向,模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。,2.模数m和压力角,压力角,轴向压力角与法向压力角之间的关系：推导过程见机械原理斜齿条,tann=tann/cos,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1只能取标准值。,蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.,若 90,12,1+1 90,蜗轮右旋,蜗杆右旋,1+2,定义s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。,3.蜗杆的分度圆直径d1,潘存云教授研制,摘自GB
8、-1008588,括号中的数字尽可能不采用,称比值 为蜗杆的特性系数。,q=d1/m,一般取:q=818,潘存云教授研制,潘存云教授研制,4.蜗杆头数z1,蜗杆头数z1 即螺旋线的数目。,蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。,通常取 z1=1 2 4 6,5.蜗杆的导程角,将分度圆柱展开得,=z1pa1/d1,=mz1/d1,tan1=l/d1,=z1/q,6.传动比 i 和齿数比 u,传动比,若想得到大 i,可取：z1=1，但传动效率低。,对于大功率传动,可取：z1=2，或 4。,蜗轮齿数 z2=i z1,为避免根切 z2 26,一般情况 z2 80,z2过大,蜗杆长
9、度,刚度、啮合精度,结构尺寸,=u,齿数比,7.蜗轮齿数z2,a=(d1+d1)/2,8.蜗杆传动的标准中心距,=m(q+z1)/2,二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算,由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i,z1,z2,计算求得 m、d1,计算几何尺寸,一、蜗杆传动的运动分析,13.3蜗杆传动的运动分析和受力分析,潘存云教授研制,二、蜗杆传动的受力分析,法向力可分解为三个分力：,圆周力Ft,轴向力Fa,径向力Fr,且有如下关系：,Ft1=Fa2,Fr1=Fr2,Fa1=Ft2,=2T1/d1,=2T2/d2,=Ft2 tan,式中T1、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,T2=T1 i,作者：
10、潘存云教授,右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗杆的 轴向力的方向与拇指指向相同。,蜗轮由蜗杆推动，所受切向力与速度方向一致，正确判别蜗轮的转向，对进行力分析至关重要。,左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。,作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,蜗轮的转向可用手势判别：,模型验证,蜗杆传动受力方向的判定,(2)蜗轮切向力指向与其转动方向一致，且 Ft2=-Fa1；,(4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且 Ft1=-Fa2。,(3)蜗杆切向力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2；,(1)蜗杆所受扭矩T1与转动方向1一致；,三、蜗杆传动的设计准则,*蜗杆的刚度计算,*蜗轮的齿根
11、弯曲疲劳强度计算*蜗轮的齿面接触疲劳强度计算,为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行,*传动系统的热平衡计算,为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行,为了防止过热引起的失效，就要进行,13.4蜗杆传动的设计计算,一、蜗杆传动的失效形式,主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。,二、齿面接触强度计算,蜗轮弯曲验算公式接触强度校核公式：,式中K为载荷系数，取K=KA Kv K,蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。,蜗杆传动接触强度验算公式：,材料,蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。,蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。,材料牌号选择,
12、高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火5662HRC)或 40Cr 42SiMn 45(表面淬火4555HRC),一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220250HBS),蜗轮材料：vS 12 m/s时 ZCuSn10P1锡青铜制造。,vS 12 m/s时 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜,vS 6 m/s时 ZCuAl10Fe3铝青铜。,vS 2 m/s时球墨铸铁、灰铸铁。,三、蜗杆传动的常用材料及许用应力,13.4蜗杆传动的设计计算,潘存云教授研制,F 许用弯曲应力；,13.4蜗杆传动的设计计算,一、蜗杆传动的效率,功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。,蜗杆主动时，总
13、效率计算公式为,式中:为蜗杆导程角;,13.5蜗杆传动的效率、润滑和散热,Z1,效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头数Z1 总 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95,tan1=Z1/q,二、蜗杆传动的散热 1、在箱体外表面上铸出或焊上散热片，以增加散热面积；2、在蜗杆轴上安装风扇强行通风；3、在箱体油池内装设蛇形管，用循环水冷却。,13.5蜗杆传动的效率、润滑和散热,潘存云教授研制,二、蜗杆传动的润滑,若润滑不良，,效率显著降低,早期胶合或磨损,润滑对蜗杆传动而言，至关重要。,润滑油：,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,圆柱蜗杆,蜗杆传动的类型,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋形成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。,13.蜗杆、蜗轮的结构、规定画法和图样,一、蜗杆、蜗轮的常风结构,13.蜗杆、蜗轮的结构、规定画法和图样,二、蜗杆蜗轮的规定画法,13.蜗杆、蜗轮的结构、规定画法和图样,三、蜗杆、蜗轮的零件图,13.蜗杆、蜗轮的结构、规定画法和图样,三、蜗杆、蜗轮的零件图,
