《春温蜗杆传动》PPT课件.ppt

蜗杆传动,第12章 蜗 杆 传 动,12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,12-1 蜗杆传动的特点和类型,蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90。传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件(故一般是减速装置)。,蜗杆传动的特点和应用,蜗杆传动的特点,1传动比大，一般 i=1080，最大可达1000；结构紧凑,2重合度大，传动平稳，噪声低；,5 传动机械效率低，齿间相对滑动速度大，故磨损严重。所以常需要需用较贵重的耐磨的有色金属材料来制造蜗轮，成本高。6 蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。,主要用于中小功率，间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。,一、蜗杆传动的特点：,3结构紧凑，可实现反行程自锁；（当蜗杆的导程角小于啮合面间的当量摩擦角时，机构具有自锁性。）4 线接触，可传递较大的动力。,特殊的交错轴斜齿轮传动,第一节 蜗杆传动的类型和特点,形成：在交错轴斜齿轮中，当小齿轮的齿数很少（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，,蜗杆,小齿轮称为蜗杆，而啮合件称为蜗轮。,点接触,蜗轮加工：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。,蜗轮,其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，加工出的蜗杆的齿廓形状不同。,蜗杆传动的类型1,蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；,重合度大；承载能力和效率较高。,二、蜗杆传动的类型,本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。,圆柱蜗杆传动,圆弧蜗杆,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,阿基米德蜗杆传动(ZA型),阿基米德蜗杆又称为轴向直齿廓蜗杆，这种蜗杆切削时的刀具切削平面通过蜗杆轴线，所切出的蜗杆齿廓在轴面内为直线；在与轴线垂直的平面内，为阿基米德螺旋线。该类型蜗杆具有加工、测量简单、方便等优点；单齿面不便于磨削，不宜采用硬齿面，传动效率低，只是用于低速轻载的传动中。,a)单刀加工（当导程角3时）,b)双刀加工（当导程角3时）,延伸渐开线蜗杆传动（法向直廓蜗杆）（ZN型),延伸渐开线蜗杆又称为法向直廓蜗杆，切削时刀具的切削平面在垂直于齿槽（或齿厚）中点螺旋线的法平面内，在法面内的齿形为直线。而在垂直于轴线平面内的齿形为延伸渐开线。这种蜗杆容易实现磨削，可采用硬齿面，精度和传动效率较高。适用于螺旋线数较多、导程较大的蜗杆传动。,a)单刀加工,b)双刀加工,延伸渐开线蜗杆传动（法向直廓蜗杆）（ZN型),渐开线蜗杆传动(ZI型),端面齿廓为渐开线,渐开线蜗杆是使刀具切削平面通过蜗杆基圆的切平面时，所切出的蜗杆。其齿廓在基圆的切平面内为直线，而齿廓与垂直于蜗杆轴线的平面交线为渐开线。这种蜗杆可用滚刀滚铣，也可进行磨削。因而，制造精度较高，也可采用硬齿面。适用于批量生产、大功率、高速传动的场合。,渐开线蜗杆传动(ZI型),（二）环面蜗杆传动,蜗杆体在轴向的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面。,在传动的啮合带内，蜗轮的节圆位于蜗杆的节弧面上，亦即蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮。,在中间平面内，蜗杆和蜗轮都是直线齿廓。,同时相啮合的齿对多，轮齿的接触线与蜗杆齿运动的方向近似于垂直。改善了轮齿受力情况和润滑油膜形成的条件，承载能力约为阿基米德蜗杆传动的24倍，效率一般达0.850.9；,蜗杆传动分类,蜗杆分左旋和右旋。,蜗杆传动的类型2,左旋,右旋,蜗杆还有单头和多头之分。头数就是蜗杆螺旋线的数目。蜗杆头数从端面数,三、蜗杆传动的精度等级,分为12个精度等级，常用59级。,(二)蜗杆的形成,导程角 轮齿方向与端面的夹角螺旋角轮齿方向与轴线的夹角,1.外形:蜗杆短螺杆 蜗轮特殊的斜齿轮 螺母的一部分,2.具有螺旋传动的特点,第12章 蜗 杆 传 动,12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,112 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算（一）普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择 1.模数m和压力角,国家标准规定普通圆柱蜗杆以轴向模数为标准模数。,圆柱蜗杆传动的基本参数,1 模数 m 和压力角,中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面,蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合,在中间平面内,mx1=mt2=m,x1=t2=20,蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系,=90 时：=,且旋向相同,2 蜗杆直径系数 q 及分度圆直径d1,d1 标准系列值,限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化,蜗杆直径系数：q=d1/m,d1=m q,q与导程角之关系：,z1=1、2、4、6,3 蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i,i=n1/n2=z2/z1,=d2/d1?,d2/d1,当要求传动比大或要求自锁时，z1=1，但 z1 少，效率低为避免根切或传递功率较大时，z1=2、4、6，z1 过多,制造困难,z2=i z1=28 100,常取 z2=32 80,且z2和z1最好互质。,但需注意：规定 z228（z2 min17）。当z226时，啮合区，传动平稳性；当z230时，可实现两对齿以上的啮合。传递动力时，要求z280。当d2不变时，z2，m，蜗轮轮齿弯曲强度；而当m不变时，z2,d2，蜗杆长度蜗杆刚度。此外还应避免蜗杆头数与蜗轮齿数之间存有公因数，以使蜗杆蜗轮磨损均匀。,当要求自锁时，,为提高传动效率，导程角选较大值，但导程角过大，加工困难且齿面间相对滑动速度也增大，磨损加速，故,4 导程角,=45-v/2时，效率 1 最大。,中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2,其他尺寸计算见表11-2,5 中心距a,注意：a0.5m(z1+z2),蜗杆传动即使在节点C处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动，滑动速度vs 沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆周速度为v l、蜗轮圆周速度为v 2，由图12-6可得,滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传动效率等都有很大影响。,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸7,6 齿面间滑动速度vs,普通圆柱蜗杆传动与斜齿圆柱齿轮传动的区别：,传动比 i,齿轮传动,蜗杆传动,i=d2/d1,i d2/d1,m、,法面为标准值,中间平面为标准值,1=-2,=,旋向相同,d1,d1=mnz1/cos,d1=mq,且为标准值,二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算设计蜗杆传动时，一般是先根据传动的功用和传动比的要求，选择蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，然后再按强度计算确定模数m和蜗杆分度圆直径d1(或q)，再根据表12-3计算出蜗杆、蜗轮的几何尺寸(两轴交错角为90、标准传动)。,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸8,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸9,表12-3 蜗杆传动的几何尺寸计算,第12章 蜗 杆 传 动,12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,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1.主要失效形式：胶合、磨损、点蚀等。在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。失效常发生于蜗轮的轮齿上。2.设计准则,按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。,通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。,蜗杆传动的材料,3.常用材料由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。,适用于齿面滑动速度 较高的传动。,vs 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差）,vs 2 m/s 的场合。,（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）,二、蜗杆和蜗轮的结构由于蜗杆的直径不大(df11.7d)，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,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。,虚拟现实中的蜗杆,蜗杆和蜗轮的结构1,蜗杆和蜗轮的结构2,组合式蜗轮,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：,虚拟现实中的蜗轮1、2,祥述,齿圈式,整体式,蜗轮的结构,镶铸式,螺栓连接式,蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护,普通圆柱蜗杆传动规定了112个精度等级,1级精度最高，12级为最低，69级精度应用最多,6级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度v25m/s,7级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速度v27.5m/s,8级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v23m/s,9级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构,蜗杆传动安装,蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。,为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。,蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。,第12章 蜗 杆 传 动,12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿所受法向力Fn可分解为：径向力Fr、周向力Ft、轴向力Fa。,1.力的大小当两轴交错角为90时，各力大小为：,2.力的方向当蜗杆主动时，各力方向判断如下：圆周力Ft 蜗杆上的圆周力 Ft1的方向与蜗杆转向相反。蜗轮上的圆周力 Ft2 的方向与蜗轮的转向相同（与蜗杆上的轴向力 Fa1的方向相反）。轴向力Fa 蜗杆上的轴向力 Fa1的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋向和蜗杆转向，用（左）右手定则判断。如图所示。蜗轮上的轴向力 Fa2 的方向与蜗杆上的圆周力 Ft1的方向相反。径向力 Fr 蜗杆和蜗轮上的径向力 Fr1、Fr2的方向分别指向各自的轴心。,式中：T2=T1i，为蜗杆传动的效率。,圆柱蜗杆传动的受力分析2,圆柱蜗杆传动的受力分析3,3.力对应关系：当两轴交错角为90时，各力的对应关系为：Ft1=-Fa2，Fa1=-Ft2，Fr1=-Fr2练习,右旋,求蜗杆的旋向？,求蜗杆的转向？,Ft1,n1,n1,蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算（二）蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动承载能力计算（二）蜗杆传动的受力分析,第12章 蜗 杆 传 动,12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。由于目前对胶合和磨损的计算尚无成熟的方法，故仍按齿面接触强度和齿根弯曲疲劳强度进行条件性计算，只在许用应力数值中适当考虑胶合和磨损的影响，故其强度计算公式是条件性的。由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因而失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮轮齿进行强度计算。,蜗杆传动的计算准则,闭式传动：先按齿面接触强度设计 再按齿根弯曲强度校核 热平衡计算 细长蜗杆轴需作刚度计算 开式传动：只按齿根弯曲疲劳强度计算出 m，然后将模数加大10%左右。,目的：防止“点蚀”和“胶合”失效。强度条件：HH以蜗杆蜗轮节点为计算点，计算齿面接触应力 H。,圆柱蜗杆传动的强度计算2,（三）圆柱蜗杆传动的设计计算,1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算,（三）圆柱蜗杆传动的设计计算,1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算,强度条件式：,式中：,ZE材料弹性系数，查表10-6；,T蜗轮转矩，工作载荷不变时：,许用接触应力。查表11-6,设计公式：,（一）圆柱蜗杆传动的设计计算,蜗轮的许用接触应力,式中：,j蜗轮每转一圈每个轮齿的啮合次数；当N25107时，取N=25107；当N2.6105时，取N=2.6105；,铸造锡青铜的基本许用接触应力，MPa，见表11-7。,1、当蜗轮材料为铸造锡青铜时：主要失效形式为疲劳点蚀,2、当蜗轮材料为铸造铝铁青铜或灰铸铁时：主要失效形式为蜗轮齿面的胶合按滑动速度查（见表11-6）。,KHN接触强度的寿命系数，；,当蜗轮材料为锡青铜时，其材料具有良好的抗胶合能力，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。因此，许用接触应力与应力循环次数N、材料及相对滑动速度v2有关。可按表11-7选择。当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时，材料的强度较高，抗点蚀能力强，蜗轮的损坏形式主要是胶合，其承载能力取决于其抗胶合能力，与应力循环次数无关，因此，许用接触应力可从表11-6查取。,圆柱蜗杆传动的强度计算3,圆柱蜗杆传动的强度计算3,强度条件：FF校核公式：,设计公式：,2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 目的：防止“疲劳断齿”。,（三）圆柱蜗杆传动的设计计算,蜗杆轴的刚度计算 P256,蜗杆轴刚度计算的目的,蜗杆属于比较细长的零件，工作中受到载荷作用后会产生弹性变形。如果弹性变形过大，就将影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，导致轮齿偏载，甚至会产生干涉。因此，在蜗杆传动设计中，应对蜗杆的弹性变形进行计算、并加以限制。,蜗杆轴刚度计算,影响蜗杆传动性能的弹性变形主要是蜗杆的挠曲变形。引起蜗杆产生挠取变形的作用力主要有径向力Fr和圆周力Ft。在这两个力的作用下，蜗杆将在两个方向上产生弹性变形。为简化计算，通常把蜗杆螺纹部分视为以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段。于是可得,式中：y最大许用挠度，y=d1/1000；其余参数见教材。,式中，I蜗杆轴中间截面得惯性距；l两支撑间得距离；y最大许用挠度；淬火蜗杆取0.004m，调质蜗杆取0.01m，m为模数。,第12章 蜗 杆 传 动,12-1 蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、蜗杆传动的效率与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其总效率为=123其中最主要的是啮合效率，当蜗杆主动时，啮合效率可按螺旋传动的效率公式求出。,式中：为蜗杆导程角；为当量摩擦角，=arctgf。当量摩擦系数 f主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度等有关(见表11-19)。,因此考虑 23后，蜗杆传动的总效率为,所以 z1,估计蜗杆传动的总效率时，可取下列数值：闭式传动 z1=1 2 4=0.700.75 0.750.82 0.870.92开式传动 z1=1、2=0.600.70,圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算2,表11-19 蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角v,蜗杆传动总效率,蜗杆传动啮合效率,搅油或溅油效率,轴承效率一对滚动轴承为30.990.995滑动轴承为30.90.9,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,（一）蜗杆传动的效率,根据蜗杆传动的滑动速度由表11-19选取，,1、润滑油及其添加剂,为提高蜗杆传动的抗胶合性能，常采用黏度较大的矿物油、或在润滑油中加入适量的添加剂，如抗氧化剂、抗磨剂、油性极压添加剂等。在表11-20中列出了蜗杆传动常用的润滑油牌号。,润滑的目的：减摩、散热。由于蜗杆传动滑动速度大、效率低、产生的热量大，如果润滑不当就会导致过渡磨损、甚至产生胶合。为防止上述问题出现，如何保证蜗杆传动具有良好的润滑状态，就成为蜗杆传动设计时必须考虑的一个至关重要的问题。,（二）蜗杆传动的润滑,2、润滑油粘度及给油方法,在表11-21中列出了不同滑动速度时推荐选用的润滑油运动粘度值，供设计时选用。闭式蜗杆传动常用润滑方法主要有油池浸油润滑、循环喷油润滑等方式。具体选择可根据蜗杆传动的滑动速度大小确定。若采用压力喷油润滑，应注意控制油压，并应使喷油嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。,（二）蜗杆传动的润滑,蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。,一般情况下，采用浸油润滑,vs 很大时，采用喷油润滑,v1 小时，蜗杆下置,v1 10 m/s时蜗杆上置,有利于润滑,避免过大的搅油损失,蜗杆下置,蜗杆上置,蜗杆传动的润滑,润滑油粘度和润滑方法,常采用粘度较大的润滑油。,蜗杆布置和润滑方式,3、润滑油供油量,为保证蜗杆传动的正常润滑、又不致因浸入油池深度过大，过分搅动润滑油而导致功率损失较大和润滑油温升较高而过早失效，必须保证一定的油量。,（二）蜗杆传动的润滑,蜗杆下置时，浸油深度应不超过一个齿高；蜗杆上置时，蜗轮进入深度约为蜗轮外径的三分之一。同时还应使齿顶与箱底保持适当距离，以防止沉入箱底的杂质被搅起而降低润滑性能。,（三）蜗杆传动的热平衡计算,蜗杆传动热平衡计算的目的,1、由于蜗杆传动的效率低,在工作中发热量大,闭式蜗杆传动若散热条件不良,会引起温度升高,润滑失效而使轮齿磨损加剧,甚至导致齿面胶合,因此闭式蜗杆传动要进行热平衡计算.2、热平衡条件：生成的热量1=散发的热量2,问题：1、为什么闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？2、热平衡条件是什么？,热平衡条件及其计算式,12,传动产生的热量11000P(1-),散发出去的热量2dS(t0-ta),热平衡计算的参数选取及有关说明：工作环境温度t a一般取为20；一般工况下取表面传热系数 d8.1517.45W/(m2)；散热面积S-箱体能被空气冷却、且其内壁又能被油飞溅到的面积。散热片及散热肋的面积均只计入其面积的一半（50%)。对于散热肋布置良好的固定式蜗杆减速器，S 可用下式估算：,（三）蜗杆传动的热平衡计算,不能满足热平衡时可采取的措施,（4）、合理设计箱体结构，以增大散热面积；,6 蜗杆和蜗轮的结构设计,一、蜗杆结构,蜗杆轴的形式有两种，一是带有退刀槽的结构，这种结构蜗杆轴的螺纹部分可以车制、也可用铣床铣制，但刚度较差；另外一种当齿根圆直径小于轴径时，只能铣制。,二、蜗轮结构,蜗轮结构主要有整体式与组合式两种。当蜗轮尺寸较小(d2100)或采用铸铁材料时，可浇铸成整体式蜗轮；,直径较大的蜗轮，为节约贵重的有色金属，一般采用青铜齿圈与铸铁或铸钢轮芯组成的组合式蜗轮。,传动类型的选择,在选择传动类型时应考虑以下几个方面,1.传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。,2.在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高速级,3.圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速场合,4.直齿圆锥齿轮仅用于v5m/s的场合，高速时可采用曲面齿等。,5.由工作条件确定选用开式传动或闭式传动。,6.蜗杆的圆周速度v4m/s时采用上置式蜗杆传动。,7.联合使用齿轮、蜗杆传动时，有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形势。前者结构紧凑，后者传动效率较高。,end,总结,蜗杆传动是啮合传动，它在中间平面中，蜗轮与蜗杆的啮合，相当于斜齿轮与直齿条相啮合。因此，在受力分析、失效形式及强度计算等方面，它与齿轮传动有许多相似之处。就蜗杆而言，又与螺杆有相似之处，蜗杆齿为连续不断的螺旋齿轮，故传动平稳、噪声低，并可在一定条件下实现自锁。但由于在啮合处存在相当大的滑动，因而其失效形式主要是胶合、磨损与点蚀，且传动效率较低。所以在材料与参数选择、设计准则及热平衡计算等方面又独具特色。由于效率较低，故不适合于大功率和长期连续工作的场合。,1、蜗杆传动的特点及应用,2、蜗杆传动的正确啮合条件,3、蜗杆的直径系数,1）物理意义 切制蜗轮时用的是蜗轮滚刀，其齿形参数和直径尺寸等要求与该蜗轮配对啮合的蜗杆完全一致。在同一模数时，由于齿数及导程角的变化，将有很多直径不同的蜗杆可供选择，这就要配备很多加工蜗轮的滚刀。为了减少加工蜗轮滚刀的数目，便于刀具的标准化，将d1定为标准值，即对应每一个m规定一定数量的d1。d1与m的比值称为直径系数q。,2）q对传动性能的影响 若q增大，则d1增大，即蜗杆刚性提高。又当z1一定时，若增大q，则减小而使效率降低，但自锁性好；反之，增大，则效率提高。因此，对于小模数的蜗杆，宜选用较大的q值，以保证足够的刚度与强度，适用于小功率传动及需要自锁的场合；对于大模数的蜗杆，宜选用较小q值，以保证一定的效率，适用于较大功率的传动。,4、蜗杆传动变位的特点,为了保持刀具的尺寸不变，只对蜗轮进行变位。变位的目的：（1）凑中心距（2）凑传动比,5、蜗杆传动的失效形式、材料选用及强度计算特点,（1）由于采用材料和传动结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。又因啮合处的相对滑动速度大，所以其主要失效为表面失效，除点蚀外易产生胶合与磨损。因此，对于蜗杆传动中材料的组合，首先要求具有良好的减磨性和抗胶合能力，同时应具有一定的强度。通常蜗杆采用碳钢或合金钢；蜗轮材料则视其传动中相对滑动速度的高低而定。,（2）只需进行蜗轮轮齿的强度计算，对蜗杆必要时应进行刚度校核。一般情况下，蜗轮轮齿很少发生弯曲疲劳折断，只有当z280100或开式传动时，才对蜗轮进行弯曲疲劳强度计算。因此，对闭式蜗杆传动，仅按蜗轮齿面接触强度进行设计，而无需校核蜗轮轮齿的弯曲强度。,6、蜗杆传动具有那些特点？它为什么要进行热平衡计算？若热平衡计算不合要求时怎么办？,蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声低和在一定条件下能自锁等优点而获得广泛的应用。但蜗杆传动在啮合平面间将产生很大的相对滑动、摩擦发热大、效率低等缺点。由于蜗杆传动的效率低,在工作中发热量大,闭式蜗杆传动若散热条件不良,会引起温度升高,润滑失效而使轮齿磨损加剧,甚至导致齿面胶合,因此闭式蜗杆传动要进行热平衡计算.正是由于存在上述缺点，故需要进行热平衡计算。当热平衡计算不合要求时，可采取如下措施：（1）在箱体外壁增加散热片，以增大散热面积。（2）在蜗杆轴端设置风扇，以增大散热系数。（3）若上述办法还不能满足散热要求，可在箱体油池中装设蛇形冷却管，或采用压力喷油循环润滑。,1、与齿轮传动相比较，不能作为蜗杆传动的优点。,A、传动平稳,B、传动比可以较大,C、可产生自锁,D、传动效率高,2、阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的 模数，应符合标准值。,A、端面,B、法面,C、中间平面,3、在标准蜗杆传动中，蜗杆头数一定时，若增大蜗杆直径系数，将使传动效率。,A、提高,B、减小,C、不变,D、增大也可能减小,4、在其它条件相同时，若增加蜗杆头数，则滑动速度。,A、增加,B、不变,C、减小,D、可能增加也可能减小,5、蜗杆常用材料是。,A、HT150,B、ZCuSn10P1,C、45号钢,D、GCr15,6、对蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了防止温升过高导致。,A、材料的机械性能下降,B、润滑油变质,C、蜗杆热变形过大,D、润滑条件恶化而产生胶合失效,7、在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径取标准值，其目的是。,A、限制加工蜗杆的刀具数量,B、限制加工蜗轮刀具的数量，并便于刀具的标准化,C、便于装配,D、提高加工精度,end,蜗杆的布置,蜗杆下量时，浸油量至少为一个齿高，但不能超过最低滚动体的中心。一般情况下，油量大些为好，这样可沉淀油屑，便于冷却散热。速度高时，浸油量可少些，否则搅油损失增加。,当采用浸油润滑时，蜗杆尽量下置；当蜗杆的速度大于45ms时，为避免蜗杆的搅油损失过大，采用蜗杆上置的形式；另外，当蜗杆下置结构有困难时也可采用蜗杆上置的形式。,加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。,铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面。便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。,（4）锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆),一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。,锥蜗杆传动也是一种空间交错轴之间的传动，两轴交错角通常为90。蜗杆是由在节锥上分布的等导程的螺旋所形成的。,（三）锥蜗杆传动,同时接触的点数较多，重合度大；传动比范围大(一般为10360)，承载能力和效率较高；侧隙便于控制和调整；能作离合器使用；可节约有色金属；制造安装简便，工艺性好。,第一节 蜗杆传动的类型和特点,圆柱形蜗杆,环面蜗杆,锥蜗杆,阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）端面齿形为阿基米德螺线,渐开线蜗杆（ZI蜗杆）端面齿形为渐开线。,圆弧齿圆柱蜗杆传动轴剖面内的齿廓为凹圆弧。,蜗杆类型,渐开线蜗杆,阿基米德蜗杆,蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸2,一、圆柱蜗杆传动的主要参数1.模数m和压力角蜗轮蜗杆正确啮合条件是：蜗杆的轴面模数 ma1和轴面压力角a1应分别等于蜗轮的端面模数mt2和端面压力角t2，即 ma1=mt2=m a1=t2=20=且旋向相同模数m的标准值，见表12-1；压力角标准值为20，ZA蜗杆取轴向压力角为标准值，ZI蜗杆取法向压力角为标准值。如图12-4所示，齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱(或称为中圆柱)。蜗杆分度圆(中圆)直径用d1表示，其值见表12-1。蜗轮分度圆直径以d2表示。,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸3,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸4,在两轴交错角为90的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角应与蜗轮分度圆上的螺旋角大小相等旋向相同，即=2.传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2设蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为z2，当蜗杆转一周时，蜗轮转过 z1 个齿(z1/z2周)。因此，其传动比为,z1，自锁，但效率；z1，效率，但制造困难。因此，要求传动效率高的蜗杆传动选较多的头数；而要求自锁的蜗杆传动则选单头为宜。常取，z11，2，4，6。可根据传动比，参考表 12-2中的荐用值选取。,z2=i z1。如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。一般取 z23280。但需注意：规定 z228（z2 min17）。当z226时，啮合区，传动平稳性；当z230时，可实现两对齿以上的啮合。传递动力时，要求z280。当d2不变时，z2，m，蜗轮轮齿弯曲强度；而当m不变时，z2,d2，蜗杆长度蜗杆刚度。此外还应避免蜗杆头数与蜗轮齿数之间存有公因数，以使蜗杆蜗轮磨损均匀。,3.蜗杆直径系数q和导程角 在用蜗轮滚刀加工蜗轮时，滚刀的分度圆直径等参数必须与工作蜗杆的参数相同，为了限制滚刀的数目，国标规定将蜗杆分度圆直径标准化且与其模数匹配，匹配值参阅国标。并把蜗杆分度圆直径 d 1 与模数 m 的比值称为 蜗杆直径系数，用 q 表示。即 q=d1/m，,是导出值,d1=q mz1m,当模数m一定时，q值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸5,如图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线。若将蜗杆分度圆直径为d1的圆柱 面展成平面，并设为蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角，px为轴向齿距，则蜗杆的导程角为,在m和d1为标准值时，z1对于两轴交错角为90的蜗杆传动，正确啮合条件为：,圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸6,如果温差超过允许值，可采取以下措施以增加传动的散热能力；(1)增加散热面积，合理设计箱体结构，箱壳外面增加散热片。(2)在蜗杆轴上设置风扇。(3)在油池中设置蛇形冷却水管(4)采用压力喷油循环润滑,圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算4,三、蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等于散发的热量。传动消耗于摩擦而变为热量的功率为：经箱体表面散发的热量的相当功率为：蜗杆传动的热平衡条件为：PS=PC,在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油温t()和周围空气温度 t0()之差不超过允许值,式中：t温度差，t=t-t0;P1蜗杆传递功率，单位为 kW;t表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一般取 t=1017W/(m2)；,圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算4,A散热面积，单位为 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；t温差允许值，一般为 6070。并应使油温 t(=t0+t)小于 90。如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：增加散热面积 即合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片。,圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算5,第十三章 蜗杆传动,13.5 蜗杆传动受力分析和效率计算,13.5.2 蜗杆传动的效率,功率损失有：,轴承摩擦损耗；,齿面间的啮合摩擦损耗；,溅油损耗。,总效率为：,传动啮合效率1,蜗杆主动：,蜗轮主动：,提高表面散热系数 A 在蜗杆轴上装置风扇b 在箱体油池内装设蛇形冷却水管C 采用压力喷油循环润作业：12-2，12-3，12-6,圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算6,