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1、第十一章蜗杆传动,11-1蜗杆传动概述,11-2蜗杆传动的类型,11-3普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4普通蜗杆传动的承载能力计算,11-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计,11-5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,11-1蜗杆传动概述,作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。通常 蜗杆主动、蜗轮从动。,90,组成：,优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小、线接触可传动较大动力、机构易自锁。,分度机构：i=1000,通常i=880,缺点：磨损大，效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高,蜗轮,蜗杆,类型,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,11-2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
2、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,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相等：,mt2=ma1=m，t2=a1=，1=2 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,11-3普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸,a=20,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：,为了限制滚刀数目及便于滚刀标准化，规定d1只能取标准值。,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,摘自GB10085-88，括号中的数字尽可能不采用,称比值 为蜗杆的直径系数
3、。,q=d1/m,一般取:q=818,4.蜗杆头数z1,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,蜗杆旋向：左旋、右旋(常用),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，增大啮合区 z228,一般情况 z280,z2过大,蜗杆长度,刚度、啮合精度,结构尺寸,=u,齿数比,7.蜗轮齿数z2,a(d1+d2)/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,
4、由蜗杆传动的功率，以及给定的传动比 i,z1,z2,强度计算求得 m、d1,计算几何尺寸,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,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：vS12m/s时 ZCuSn10P1锡青铜制造,vS12m/s时 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜。,vS6 m/s时 ZCuAl10Fe3铝青铜。,vS2 m/s时 球墨铸铁、灰铸铁。,11-4普通蜗杆传动的承
5、载能力计算,一、蜗杆传动的常用材料,蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发热严重和磨损加剧。,三、蜗杆传动的设计准则,*蜗杆的刚度计算,*蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算*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,二、蜗杆传动的失效形式,主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。,四、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,且有如下关系：,Ft1Fa2,Fr1 Fr2,Fa1 Ft2,2T1/d1,2T2/d2,Ft2 tan,式中T1、
6、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,右旋蜗杆：伸出右手，四指蜗杆转向，大拇指蜗杆轴向力方向，蜗轮圆周力方向相反，则蜗轮转动方向确定。,用手势确定蜗轮的转向：,左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。,蜗轮的转向,因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：,蜗轮转向的确定,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。,例：蜗杆传动受力方向的判定,2,(3)蜗杆轴向力用主动轮的左右手定则，且 Fa1=-Ft2；,(4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且 Fr1=-Fr2。,(2)蜗杆圆周力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2；,(1)
7、蜗杆所受扭矩T1与转动方向1一致(主动)；,五、圆柱蜗杆传动的强度计算,校核公式：,设计公式：,式中K为载荷系数，取KKAKvK,Z接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。,H 许用接触应力按下表选取，P253256。,(1)齿面接触疲劳强度,(2)蜗轮齿根弯曲强度计算,校核计算,设计公式,圆弧圆柱蜗杆,动载系数Kv，当V23m/s,Kv=11.1,当V23m/s,Kv=1.11.2,齿向载荷分布系数K，当载荷平稳时，取K=1,当载荷变化时，取K=1.11.3,校核计算,设计公式,YFa2 为蜗轮齿形系数，按当量齿数zv=z/cos3 以及蜗轮变位系数选取。,Y 为螺旋角影响系数，Y=1-/
8、140,F 许用弯曲应力；,(2)蜗轮齿根弯曲强度计算,六、蜗轮蜗杆传动设计的步骤,选择材料、热处理和精度,根据i选择齿数z1，见表1、2，z2=iz1，圆整，求实际i=z2/z1,按接触强度计算中心距a，并按表2圆整为标准值。,校核齿根弯曲疲劳强度,按表2确定m和d1，验算d1/a。,确定蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸,蜗杆刚度校核,开 始,结 束,作业：Ex11-1,热平衡计算,结构设计,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，总效率计算公式为,11-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,二、蜗杆传动的润滑（略）,三、蜗杆传动的热平衡计算,由热平衡条件
9、H1=H2,其中：P1蜗杆传递的功率；,d表面散热系数；一般取d=8.1517.45 W/(m2),S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。,摩擦损耗产生的热量 H1=1000P1(1-),箱璧散发的热量 H2=dS(t0-ta),蜗杆传递的效率；,t0工作油温，一般取6070,ta工作环境温度，一般取20,保持工作温度所需散热面积,当工作油温t080或散热面积不足时，应采取散热措施：,（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。,蜗杆的结构:,通常与轴制成一体,蜗杆轴,12-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计,(1)无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,(2)有退刀槽:加工螺旋部分可用铣制也可用车制的办法。,蜗轮齿宽角 90130,轮圈厚度 C 1.6m+1.5 mm,轮缘宽度B 0.75da 0.67 da,蜗轮顶圆直径de2 da2+2m da2+1.5m da2+2m,蜗轮的常用结构,整体式,组合式过盈配合,组合式螺栓联接,组合式铸造,
