第七章蜗杆传动课件.ppt
7.1蜗杆传动的类型和特点7.2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算7.3蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料 和结构7.4蜗杆传动的强度计算7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,7.1 蜗杆传动的类型和特点,组成：蜗杆、蜗轮和机架。,通常两轴交错角为90,蜗杆为主动件。,蜗杆传动三维动画N3101.flc,7.1.1蜗杆传动的特点,1.传动比大，结构紧凑。2.传动平稳，噪声小。3.有自锁性。4.传动效率低。5.蜗轮造价较高。,圆柱蜗杆传动（图7-2a）,环面蜗杆传动（图7-2b）,锥面蜗杆传动（图7-2 c）。,7.1.2 蜗杆传动的类型,1.根据蜗杆的外形,圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥面蜗杆传动。,2.按蜗杆的齿廓形状,圆弧齿圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,7.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算,主平面,7.2.1蜗杆传动的基本参数,1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i,蜗杆头数z1：蜗杆螺旋线的数目。,一般取z1=16。当传动比大于40或要求自锁时取z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值。,蜗轮的齿数：一般取z22780。,z2过少将产生根切；z2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。,蜗杆传动的传动比：蜗杆与蜗轮转速之比。,蜗杆回转一周，蜗轮被蜗杆推动转过z1个齿，传动比为：,（1）,传动比的标准值：5、7.560、70、80。,10、20、40、80为基本传动比应优先选用。,2模数m和压力角,在主平面内蜗杆传动相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数ma1应等于蜗轮的端面模数mt2；蜗杆的轴向压力角a1 应等于蜗轮的端面压力角t2；蜗 杆分度圆导程角 应等于蜗轮分度圆螺旋角、且两者螺旋方向相同。,正确啮合条件,主平面,3.蜗杆的分度圆直径d1和导程角,（2）分度圆直径：,由式7-2得：,（7-3）,4.中心距,（7-4）,规定标准中心距为40、50、63、80500。计算中心距应按标准圆整。,7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,主要几何尺寸计算公式如表7-3所示。,e2,7.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构,7.3.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则,1.齿面相对滑动速度vs,（1）滑动速度的大小：,蜗杆和蜗轮齿面之间滑动速度vs沿蜗杆螺旋线的切线方向。,v1为蜗杆的圆周速度，v2为蜗轮的圆周速度，作速度三角形得：,(7-5),较大的滑动速度vs，对齿面的润滑情况、齿面的失效形式及传动效率都有很大影响。其概略值如图7-8所示。,左（右）旋蜗杆伸左（右）手半握拳，四指指蜗杆转向，则拇指指的相反方向即为蜗轮的转向。,旋向、蜗杆转向、蜗轮转向，三条件知其二可求另外之一。,（2）蜗轮转动方向的判定：(左右手法则）,2.轮齿的失效形式和设计准则,（1）失效形式,由于蜗杆、蜗轮的齿廓间相对滑动速 度 较大、发热量大效率低，传动的主要失效形式为胶合、磨损和点蚀。,因蜗杆的齿是连续的螺旋线，且蜗杆的强度高于蜗轮，失效多发生在蜗轮轮齿上。,闭式传动中，蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；开式传动中主要失效形式是磨损。,（2）设计准则,闭式蜗杆传动：按齿面接触疲劳强度设 计，并校核齿根弯曲疲劳强度，为避免胶合失效必须作热平衡计算；开式蜗杆传动：按齿根弯曲疲劳强度设计。闭式蜗杆传动:载荷平稳无冲击时，蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况多发生于齿数z2 80100，若齿数少于以 上数值，弯曲强度校核可不考虑。,7.3.2蜗杆、蜗轮的材料和结构,1.蜗杆、蜗轮的材料选择,蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。,高速重载传动常用15Cr、20Cr、20CrMnTi等，渗碳淬火，表面硬度5662HRC,须经磨削。,中速中载传动，蜗杆材料可用 45、40Cr、等，表面淬火，表面硬度4555HRC，也须磨削。,速度不高，载荷不大的蜗杆，材料可用45钢调质或正火处理，调质硬度220270HBS。,蜗轮材料可参考相对滑动速度vs选择。,铸造锡青铜:ZCuSn10P1允许的滑动速度可达25m/s,ZCuSn5Pb5Zn5常用于vs12m/s的场合。,铸造铝青铜:ZCuAl10Fe3,一般用于vs4m/s的传动。,灰铸铁:HT150、H200，用于vs2m/s的低速轻 载传动。,2.蜗杆、蜗轮的结构,（1）蜗杆,蜗杆常和轴做成一体，称为蜗杆轴。,df/d1.7时采用蜗杆齿圈套装在轴上的型式。,车制蜗杆需有退刀槽，d=df(24)mm,刚性较 差；铣削蜗杆无退刀槽,d可大于df刚性好。,（2）蜗轮,蜗轮结构分为整体式和组合式两种。,整体式用于铸铁蜗轮及直径小于100mm的青铜蜗轮。图(b)、(c)、(d)均为组合式结构。,小结,7.1 蜗杆传动的类型和特点,1.蜗杆传动的类型,2.蜗杆传动的特点,7.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算,1.蜗杆传动的基本参数,z1、z2、i、m、d1、a。,2.蜗杆传动的几何尺寸计算,7.3 失效形式、设计准则、材料和结构,7.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则,闭式传动:蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；按齿面接触疲劳强度设计，并校核齿根弯曲疲劳强度，为 避 免胶合失效必须作热平衡计算。,开式传动:主要失效形式是磨损。按齿根弯曲疲劳强度设计。,7.3.2蜗杆、蜗轮的材料和结构,蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。蜗轮一般用青铜或灰铸铁制造。,重点：蜗杆传动的几何参数及其计算；蜗杆与蜗轮的结构；蜗轮转向的判定。,作业,P102103,思考题：7-1;7-2;7-3;7-4;7-5;7-6;7-7,习题：7-10;7-11,箭头表示蜗杆和蜗轮可见边圆周速度的方向。,7.4 蜗杆传动的强度计算,7.4.1 蜗杆传动的受力分析,法向力Fn,切向力Ft,径向力Fr,轴向力Fa,1.力的方向,蜗杆：,蜗轮：,2.各力的大小可按下式计算：,（7-6）,（7-7）,（7-8）,（7-9）,T1、T2分别为作用在蜗杆和蜗轮上的转矩，为蜗杆传动的总效率。,7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算,1.校核公式,（7-10）,2.设计公式,（7-11）,7.4.3蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算,1.校核公式：,（7-12）,2.设计公式为：,（7-13）,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,1.啮合效率1是总效率的主要部分，蜗杆为主动件时，可按螺旋传动公式求出：,蜗杆的螺旋升角（导程角）；v 当量摩擦角，v=arctan fv 如表7-8所示。,2.闭式蜗杆传动的总效率,（7-14）,啮合效率1、搅油效率2、轴承效率3，通常取230.950.97,故有：,（7-15）,3.初步计算时近似取值,闭式传动：,z1 1 2 4 6 0.70.75 0.750.82 0.820.92 0.860.95,开式传动：z11、2；0.600.70。,7.5.2 蜗杆传动的润滑,1.润滑油选择,闭式蜗杆传动的润滑油粘度和润滑 方法可参考表7-9选择。开式传动则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。,2.闭式蜗杆传动油池润滑,VS5m/s时常采用蜗杆下置式，浸油深度约为一个齿高，但油面不得超过蜗杆轴承的最低滚动体中心，如图7-12（a）（b）所示。,VS 5m/s时，常采用上置式，如图7-12（c）所示，油面允许达到蜗轮半径1/3处。,7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算,1.单位时间内，蜗杆传动由于摩擦损耗产生的热量：,P1 蜗杆传动的输入功率（kW）；蜗杆传动的效率。,KS为散热系数，取KS=(8-17)W/m2，通风良好时取大值；A为散热面积（）；t1为箱体内的油温，一般取t1=6080，最高不超过90；t0为周围空气的温度，通常取t0=20。,2.自然冷却时单位时间内经箱体外壁散逸到周围空气中的热量：,3.由热平衡条件Q1=Q2得油温：,（7-16）,4.避免超温的措施,（1）在箱体壳外铸出散热片，增加散热面积A。,（2）在蜗杆轴上装风扇提高散热系数，此时 Ks2028W/m2。,（3）加冷却装置。在箱体油池内装蛇形冷却管 或用循环油冷却。,例7-1,设计用于带式运输机的一级闭式蜗杆传动，蜗杆轴输入功率P1=4kW,转速n1=960r/min,传动比i=20,连续单向运转，载荷平稳，一班制，预期寿命10年。,小结,7.4 蜗杆传动的强度计算,7.4.1 蜗杆传动的受力分析,1.力的方向,2.力的大小,7.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,1.校核公式：,2.设计公式：,7.4.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,1.校核公式：,2.设计公式：,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,7.5.2蜗杆传动的润滑,7.5.3蜗杆传动的热平衡计算,重点：蜗杆传动受力分析。,作业,P103,习题7-12,
