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1、122 蜗杆传动的主要参数及几何关系,123 蜗杆传动的失效、材料、受力,124 蜗杆传动的设计计算,第12章 蜗杆传动设计,121 蜗杆传动的类型及特点,125 圆弧园柱蜗杆传动的设计,126 蜗杆传动的效率、润滑、热平衡,蜗杆传动概述,12-1 蜗杆传动的类型及特点,一、蜗杆的形成,蜗杆,蜗轮,螺旋角：1导程角：=90-1,斜齿轮 蜗杆,蜗杆机构实质上是相错轴斜齿轮机构的变形。,为了改善啮合情况，用与蜗杆的参数和尺寸相同的滚刀，按范成原理切制蜗轮。这样加工，蜗杆蜗轮啮合时为线接触。同时将蜗轮的母线做成弧形，部分地包住蜗杆，以增加接触线的长度。,点接触,线接触,蜗杆蜗轮传动,12-1 蜗杆传
2、动的类型及特点,二、蜗杆的类型,圆柱蜗杆,环面蜗杆,普通圆柱蜗杆（按刀具位置不同）,阿基米德蜗杆,延伸渐开线（法向直廓）蜗杆,渐开线蜗杆,12-1 蜗杆传动的类型及特点,圆锥蜗杆,阿基米德蜗杆(ZA),加工：刀刃与蜗杆轴线共面,特点：端面-阿基米德螺线,轴面-直线,延伸渐开线蜗杆(ZI),加工：刀具平面垂直于螺线,法面-直线,特点：端面-延伸渐开线,12-1 蜗杆传动的类型及特点,渐开线蜗杆(ZI),加工：刀刃与蜗杆的基圆柱相切,特点：端面-渐开线,后两种蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿基米德蜗杆。,12-1 蜗杆传动的类型及特点,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,一、阿基米
3、德蜗杆传动的正确啮合条件,主平面（中间平面）：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。,主平面,正确啮合条件,在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。,=,1,1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2,螺旋线的条数，称为蜗杆的头数Z1（取Z1=1-4）。,头数过多不易加工；蜗杆过长，蜗杆刚度；Z1取小些，自锁好；Z1取大些，效率高。,二、蜗杆传动的主要参数,（标准参数取在主平面）,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,Z2=iZ1；为保证传动平稳，Z226；一般Z2不宜大于80：Z2结构尺寸，蜗杆刚度。,2、压力角,3、模数,与齿轮不同，见表6-1。,12-
4、2 蜗杆传动主要参数及几何关系,4.蜗杆的导程角,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,5、蜗杆中圆（分度圆）直径d1与蜗杆直径系数q,为了限制滚刀数量，对同一种模数的蜗杆，规定了14个标准的中圆直径。,中圆直径d1与模数m的比值称为蜗杆直径系数q。,蜗杆直径系数和标准模数对应值见表6-1。,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,直径数太多 加工相配蜗轮的刀具数,蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列（mm）,摘自GB10085-88，括号中的数字尽可能不采用。,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,三、几何尺寸计算（与齿轮基本相同，自学）。,四、传动比,五、蜗轮的转向：,左右手法：左旋左手，右
5、旋右手，四指转向1，拇指反向；即为v2。,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,例：试判断蜗轮或蜗杆的转（旋）向。,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,五、啮合特点,传动比大（一般i12=10100)，结构紧凑；,连续啮合且为线接触，传动平稳，噪声小；,蜗轮主动时自锁，常用于起重机械；,齿面滑动速度大，易发热、胶合、磨损，故蜗轮常用耐磨材料（青铜）制造，成本较高；,效率低；,轴向力较大。,12-2 蜗杆传动主要参数及几何关系,12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。,材料,蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。,蜗杆采用碳
6、素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。,材料牌号选择：,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。,二、蜗杆蜗轮的结构,12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开
7、制作。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2,12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,普通蜗杆传动的承载能力计算2,在不计摩擦力时，有以下关系：,12-4 圆柱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,普通蜗杆传动的承载能力计算2,方向：,主动轮（蜗杆）：左旋用左手 右旋用右手 四指-方向 拇
8、指-Fa1方向,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,从动轮（蜗轮）：Ft2与Fa1反向，由此确定其转向。,例、标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。,n1,1,2,n1,1,2,n2,2,1,Fa1,Ft1,Fa2,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,径向力Fr 的方向：略,传动系统如图，已知轮4为输出轮，转向如图，试：1、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；2、标出各轮受力方向。,例,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,径向力Fr 的方向：略,图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：,例,1、电机转向n1；2、斜齿轮2的旋向；3、啮合点受力方向
9、。,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,径向力Fr 的方向：略,12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,齿面接触强度验算公式：,H,由上式可得设计公式：,式中K为载荷系数，取：K=1.11.3,m、d1应选取标准值,赫兹公式:,讨论,表121,12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,当蜗轮采用青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用的接触应力如下表：,12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,许用应力H值确定,讨论,当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动速度来确定。,12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、圆柱
10、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，总效率计算公式为：,式中:为蜗杆导程角;,称为当量摩擦角，=arctg f,f 为当量摩擦系数，取值见表12-6,P190,对动力传动，宜采用多头蜗杆,蜗杆加工困难,过大,当 28 时，效率增加很少。,当 时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。,分析：,闭式传动：,z1=1=0.700.75,z1=2=0.750.82,z1=4=0.870.92,z1=1、2=0.600.70,开式传动：,12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,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。
11、,润滑油粘度的选择：,12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,润滑方式的选择：,当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。,当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。,当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。,12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,三、蜗杆传动的热平衡计算,对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：,t,t=(t-t0)-温度差；,P1-蜗杆传递的功率；,i-表面散热系数；一般取：i=1017 W/(m2),A-散热面积,m2,指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按50%计算。,12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,t-温差许用值，一般取：t=6070,要求油温：t=t0+t 90,不能满足要求时，可采取冷却措施：,1）增加散热面积-加散热片；,2）提高表面传热系数-加风扇、冷却水管、循环油冷却。,12-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,
