第七章-蜗杆传动课件.ppt

第七章,蜗杆传动,7.1,蜗杆传动的特点和类型,7.1.1,蜗杆传动的特点及应用,蜗杆传动的特点：,1,、能够实现空间交错轴之间的传动，通常,交错角为,90,；,2,、单级传动比大（一般为,10,80,），结构,紧凑；,3,、传动平稳，噪音小；,4,、可以实现自锁（当,时）；,5,、传动效率低，通常为,70,80,；,6,、成本较高。,v,?,?,?,7.1.2,蜗杆传动的类型,?,根据蜗杆的形状不同，蜗杆传动分为,圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传,动三大类。,环面、圆柱及锥蜗杆传动,环面蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,锥蜗杆传动,?,根据刀具加工位置的不同（根据垂,直于蜗杆轴线剖面上的齿廓形状），,普通圆柱蜗杆分为：,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向,直廓蜗杆。,阿基米德蜗杆,?,加工时，标准齿条,形车刀水平放置在,蜗杆轴线平面内；,?,轴截面齿形为直齿,齿条形齿廓；,?,法截面齿形为外凸,曲线齿廓；,?,横截面齿廓为阿基,米德螺旋线。,渐开线蜗杆,?,可用两把刀具加工，刀,具顶面与基圆柱相切，,一把刀具的刀刃高于蜗,杆轴线，另一把刀具的,刀刃低于蜗杆轴线；,?,横截面为渐开线齿廓，,轴截面为凸曲线齿廓；,?,齿廓能磨削加工，加工,精度高，多用于较高速,较精密或较大功率传动,.,法向直廓蜗杆,?,车刀刀刃平面位于螺,旋线的法面上；,?,横截面为延伸渐开线,齿廓，法截面为直线,齿廓；,?,齿廓可以进行磨削加,工，多用于精密传动。,?,根据蜗杆的头数不同：单头蜗杆、,双头蜗杆、多头蜗杆等。,7.2,普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,?,7.2.1,普通圆柱阿基米德蜗杆传动的主要参数,?,1,、蜗杆传动的正确啮合条件及模数,m,和齿形角,。,?,中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。,对于蜗杆，其为蜗杆的轴面；对于蜗轮，中间平面,为蜗轮的端面,?,蜗杆传动的设计计算以中间平面为准。,?,蜗杆传动中间平面主要参数关系,节距与模数的关系,1,2,1,2,1,2,a,t,a,t,a,t,P,P,P,m,m,m,?,?,?,?,?,?,?,?,?,蜗杆的导程角与蜗轮螺旋角的关系,2,?,?,?,蜗杆正确啮合条件,1,2,1,2,a,t,a,t,m,m,m,?,?,?,?,?,?,?,；,；,2,?,?,?,2,、蜗杆分度圆直径,d,1,和导程角,?,?,蜗杆的分度圆直径：蜗杆上理论齿,厚等于齿槽宽的圆柱称为蜗杆的分,度圆柱。,1,1,1,1,1,1,1,1,1,tan,/,/,tan,a,z,P,d,z,m,d,z,m,d,d,qm,z,m,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,蜗杆分度圆柱上的导程角,为蜗杆的直径系数；,Z,为蜗杆的头数；,?,加工蜗轮的滚刀是和蜗杆尺寸参数完全相同的蜗杆,滚刀。一个蜗杆对应一个蜗杆滚刀。为了限制加工,蜗轮时滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因此对每,一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径,d1,m,mm,1,1.25,1.6,2,d,1,mm,18,20,20.4,20,28,(18)22.4(28),35.5,m,2,d,1,mm,18,31.25,35,51.2,71.68,72,89.6,112,142,m,mm,2.5,3.15,4,d,1,mm,(22.4),28,(35.5),45,(28),35.5(45),56,(31.5),40,(50),71,m,2,d,1,mm,140 175,221.9,281,352.5,446.5,556,504,640,800,1136,3,、蜗杆头数,Z,1,和蜗轮齿数,Z,2,?,蜗杆头数：是指组成蜗杆螺纹线的数量,Z,1,，,通常取为：,1,，,2,，,4,6,(,若要得到大传动比，可取,Z,1,1,，但此时传动效,率低；,Z,1,越大传动效率越高，但加工越困难。）,?,蜗轮齿数,，一般取,Z,2,=2680,（,Z,2,过少易根切，过多会使结构尺寸过大，蜗杆长,度增加，导致蜗杆刚度降低，影响啮合精度。）,?,传动比：,1,2,2,1,Z,Z,n,n,i,?,?,2,1,Z,i,Z,?,?,传动比,i,蜗杆头数,z,1,蜗轮齿数,z,2,713,4,2852,1427,2,2854,2840,2,、,1,2880,40,1,40,蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值,?,?,?,?,?,cos,1,2,2,2,1,?,?,?,s,4,、齿面间相对滑动速度,?,式中：,d,1,-,蜗杆分,度圆直径，,mm,；,?,n,1,-,蜗杆的转速，,r/min,；,?,蜗杆分度圆上的,导程角。,?,2,/,),(,2,1,d,d,a,?,?,2,.,0,1,*,*,?,?,c,h,a,7.2.2,普通圆柱蜗杆传动的几何计算,中心距计算公式：,齿顶高系数及顶隙系数：,名称,符号,蜗杆,蜗轮,分度圆直径,d,d,1,d,2,=mz,2,中心距,a,a=,（,d,1,+d,2,）,/2,齿顶圆直径,d,a,d,a1,=,d,1,+2m,d,a2,=,d,2,+2m,齿根圆直径,d,f,d,f1,=,d,1,-2.4m,d,f2,=,d,2,-2.4m,蜗轮最大外圆直径,d,e2,d,e2,=,d,a2,+m,蜗轮齿顶圆弧半径,R,a2,R,a2,=,d,f1,+0.2m,蜗轮齿根圆弧半径,R,f2,R,f2,=,d,a1,+0.2m,蜗轮轮缘宽度,b,z,1,3,时，b,0.75,d,a1,z,1,=4,时，b,0.67,d,a1,蜗杆分度圆柱上导程角,=arctan,（,z,1,m/d,1,）,p,P=m,蜗杆螺旋部分长度,L,z,1,=1,、,2,时，L(,11+0.06,z,2,)m;,z,2,=4,时，L(,12.5+0.09,z,2,)m;,磨削蜗杆加长量：,当,m10(mm),时，加长,25,（,mm,）,当,m=10,16(mm),时，加长,35,40,（,mm,）,7.3,蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择,7.3.1,蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的失效形式主要是齿面胶合、点蚀、,磨损和轮齿的折断，而且失效通常发生在蜗轮轮,齿上。,7.3.2,设计准则,闭式蜗杆传动中，蜗轮轮齿多因齿面胶合或点,蚀而失效，因此通常按齿面接触疲劳强度进行设,计。并进行热平衡计算。,开式蜗杆传动中，多发生齿面磨损和轮齿折断，,因此应按齿根弯曲疲劳强度进行设计。,7.3.3,蜗杆和蜗轮材料的选择,?,对材料的要求：,蜗杆和蜗轮的材料不仅要求具有足够,的强度，更重要的是要求具有良好的减,摩性、耐磨性及跑和性能。,?,蜗杆材料：,蜗杆一般用碳素钢或合金钢制成，要,求齿面光洁并具有较高的硬度。,12,s,?,?,10,s,?,?,2,?,s,?,蜗轮材料,?,蜗轮常用材料：铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰,铸铁,?,铸造锡青铜（,ZCuSn10P1,、,ZCuSn5Pb5Zn5),：,减摩性、耐磨性最好，抗胶和能力最强，但是,抗弯曲强度较低，价格较高，多用于,m/s,的重要传动中。,?,铝铁青铜（,ZCuAl10Fe3):,有足够的强度，价格便宜，但是耐磨性和抗胶,和能力差，用于,m/s,的传动中。,?,灰铸铁,(HT150,、,HT200):,用于,m/s,的低速或手动传动中。,?,tan,2,2,2,2,1,2,2,1,2,1,1,2,1,t,r,r,a,t,a,t,F,F,F,d,T,F,F,d,T,F,F,?,?,?,?,?,?,7.4,普通圆柱蜗杆的强度计算,?,7.4.1,蜗杆传动的运动分析和受力分析,?,式中：,T,1,、,T,2,分别为蜗杆和蜗轮轴上,的转矩，,N.mm,；,?,，,i,为传动比；,?,d,1,、,d,2,分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径,?,齿形角；,?,2,1,T,i,T,?,?,受力方向的判定,?,蜗轮蜗杆传动也分为左旋和右,旋，且蜗轮与蜗杆的旋向相同。,?,确定圆周力,F,t,及径向力,F,r,的方,向的方法与外啮合圆柱齿轮传,动相同，而轴向力,F,a,的方向则,可根据相应的圆周力,F,t,的方向,来判定，即,F,a1,与,F,t2,方向相反，,F,t1,与,F,a2,的方向相反。也可按,照,主动件左右手定则,来判断。,480,1,2,2,H,H,d,KT,mz,?,?,?,?,2,2,2,1,2,),480,(,KT,z,d,m,H,?,?,7.4.2,蜗杆传动的齿面接触强度计算,?,蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：,?,设计公式为：,?,式中：,T,2,作用在蜗轮上的转矩,(N.mm),K,载荷系数,蜗轮材料的许用接触应力,H,?,常用蜗轮材料及其许用接触应力,蜗轮材料牌号,铸造方法,适用的滑,动速度,(m/s),许用接触应力,H,滑动速度,(m/s),0.5,1,2,3,4,6,8,ZcuSn10P1,砂,模,25,134,金,属,模,200,ZcuSn5Pb5Zn5,砂,模,12,128,金,属,模,134,离心浇铸,174,ZcuAl10Fe3,砂,模,10,250,230,210,180,160,120,90,金,属,模,离心浇铸,ZcuZn38Mn2P,b2,砂,模,10,215,200,180,150,135,95,75,金,属,模,HT150,砂,模,2,130,115,90,HT200,?,通常按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆,传动的承载能力，即在选择许用应力的时，,要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。,同时，对闭式传动要进行热平衡计算，必,要时对蜗杆强度和刚度进行计算。,3,2,1,?,?,?,?,?,1,tan,tan(,),v,?,?,?,?,?,?,7.5,蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,?,7.5.1,蜗杆传动的效率计算：,?,式中：,啮合效率,?,分别为轴承效率和搅油效率,?,一般取,=0.950.96,1,?,2,3,?,?,2,3,?,?,螺纹副的效率计算,0,0,0,tan(,),tan,tan,/,tan(,),RBA,G,F,F,F,G,F,G,F,F,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,tan,(0.95,0.97),tan(,),v,?,?,?,?,?,?,?,蜗杆传动的总效率,?,在设计蜗杆传动时，可根据蜗杆头数,Z,1,按下表初步估计蜗杆传动的总效率。,Z,1,1,2,4,闭式传动,0.70.75,0.750.82,0.870.92,0.95,开式传动,0.60.7,7.5.2,蜗杆传动的润滑,?,润滑的目的：,提高传动效率、降低工作温度、减少磨损、避免胶合等。,?,蜗杆传动润滑油黏度和润滑方式：,运动粘度,C,O,40,滑动速度,v,s,(m/s),1,1,2.5,2.5,5,5,10,10,15,15,25,25,工作条件,重载,重载,中载,/,（,mm,2,/s,）,1000,680,320,220,150,100,68,润滑方法,浸油润滑,浸油或,喷,油,润,滑,压力喷油润滑,),1,(,1000,?,?,?,P,P,s,7.5.3,蜗杆传动热平衡计算,?,热平衡：散发的热量产生的热量,?,在闭式传动中，热量是通过箱壳散逸，,转化为热量的摩擦耗损功率：,?,式中：,p,传动输入的功率,(kW),传动总效率,),(,2,1,t,t,kA,p,c,?,?,c,s,p,p,?,),1,(,1000,2,1,t,t,kA,P,t,?,?,?,?,?,?,经箱体表面散发热量的相当功率：,?,式中：,k,散热系数；,A,散热面积；,t,1,，,t,2,润滑油的工作温度和环境温度；,?,达到热平衡时：,式中：,t,允许的润滑油工作温度,常用散热措施,?,如果超过温差允许值，,可采取措施，以提高,其散热能力,?,常用措施,:,1,、合理设计箱体结,构，铸出或焊上散热,片，以增大散热面积；,2,在蜗杆轴上装置风扇,进行人工通风,以,提高散热系数,3,在箱体油池内装设蛇形冷却水管,4,采用压力喷油循环润滑,总结,7.6.1,蜗杆的结构,铣削蜗杆和车制蜗杆,7.6.2,蜗轮的结构,蜗轮可制成整体式或装配式,?,1,）,整体式,(,铸铁蜗轮和直径,小于,100,的青铜蜗,轮）,2,）,组合式（直径较大时）,3,）铰制孔螺栓联,接式,（直径大于,600mm,时）,4,）浇铸式,（大批量）,