《蜗杆机构讲》PPT课件.ppt

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,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,蜗杆传动概述,作用：,主要特点：,1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=580；,2.传动平稳：连续的螺旋齿，逐渐进入啮合和退出，故冲击小、噪声低；,3.可自锁：当蜗杆螺纹升角小于v时；,4.低：齿面滑动速度大，摩擦与磨损严重，故传动效率低。具有自锁性时，效率低于40%。但新型蜗杆的传动效率已可达90%以上。,传递空间交错轴间运动和动力,11-1 蜗杆传动概述,5.为了散热和减小磨损，常需贵重的抗磨材料和良好的润滑装置，故成本较高；,6.蜗杆的轴向力较大。,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,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,根据蜗杆形状分类：,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,11-2 蜗杆传动的类型,根据蜗杆曲线齿廓形状分类:,11-2 蜗杆传动的类型,一、圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,1.普通圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆(ZA蜗杆),车削工艺好，精度低，中小载荷，使用逐渐减少,11-2 蜗杆传动的类型,法向直廓蜗杆(ZN蜗杆),法面齿廓：直线,也用车床加工但磨削较困难,N,N,I,I,延伸渐开线,11-2 蜗杆传动的类型,渐开线蜗杆(ZI蜗杆),也用车床加工，用磨床磨削,11-2 蜗杆传动的类型,锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆),用铣床加工，且便于在磨床上磨削，故蜗杆精度较高，应用日益广泛。,一、圆柱蜗杆传动,2.圆弧圆柱蜗杆传动(ZC蜗杆),11-2 蜗杆传动的类型,蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制的。,11-2 蜗杆传动的类型,二、环面蜗杆传动,环面蜗杆传动的特点：1.同时参与啮合的齿数多，传动平稳，且承载能力强，约为阿基米德蜗杆传动的24倍；2.齿面有利于润滑油膜的形成，传动效率高，一般可达8590可；3.要求制造和安装精度高,11-2 蜗杆传动的类型,三、锥蜗杆传动,上述各类蜗杆的配对蜗轮，均是按范成法原理，在滚齿机上用滚刀加工的。蜗轮滚刀齿廓与相应的蜗杆齿廓一致；滚切时的中心距，也与蜗杆传动的中心距相同。,配对蜗轮的加工,特点：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，可节约有色金属；制造安装简便，工艺性好。,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,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,阿基米德蜗杆传动：,蜗杆与蜗轮啮合时，在中间平面上相当于齿轮齿条的啮合。,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗杆的轴面,蜗轮的端面,普通蜗杆传动的参数与尺寸1,一、模数m和压力角a,正确啮合条件：蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即 且蜗杆的导程角1蜗轮的螺旋角2 ma1=mt2=m a1=t2=,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗杆的轴面,蜗轮的端面,1.模数m,模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。,2.压力角 GB10087-88,阿基米德蜗杆压力角标准值：=20,分度传动，推荐用=15或 12,动力传动，当 30,推荐：=25,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,普通蜗杆传动的参数与尺寸1,二、蜗杆的分度圆直径d1,由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。q=d1 m蜗杆的直径系数。,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,普通蜗杆传动的参数与尺寸1,三、蜗杆的头数z1,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。,蜗杆传动的效率：,蜗杆传动可以视为螺杆与螺母间的螺旋传动,故蜗杆传动的效率符合下式:且有,因为蜗杆的模数m、分度圆直径d1由强度计算获得，是一组确定值,所以齿距pama也为确定值。,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,故有 z1,普通蜗杆传动的参数与尺寸2,四、导程角g,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,规定蜗杆的直径系数:q=d1m 蜗杆的直径：d1=m q 蜗轮的直径：d2=m z2,六、中心距,五、传动比 i,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2=i z1。z2不宜太小（如z226)，否则啮合区域显著减小，同时参与啮合的蜗轮齿数减少，传动平稳性变差。z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径增大，使相啮合的蜗杆变长，支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。,七、蜗轮齿数z2,蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的荐用值,11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸,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,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,普通蜗杆传动的承载能力计算1,一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料,但由于蜗杆传动齿面相对滑动速度vs大，增加了产生胶合和磨损失效的可能性。,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,与齿轮传动相比，具有相似的失效形式。,另外，若蜗杆较长，还应进行蜗杆刚度计算。,闭式传动：润滑良好时，多因齿面点蚀而失效。润滑不良时，将发生齿面胶合失效。设计准则：按齿面接触强度进行设计，再按齿根弯曲强度进行较核。同时，为保证散热，还应进行热平衡计算。,开式传动：多发生齿面磨损和轮齿折断，设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。,1.失效形式及设计准则,普通蜗杆传动的承载能力计算1,2.常用材料,蜗轮：有色金属（铸锡青铜、铸铝铁青铜、灰铸铁等）,高速重载：15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。,低速中轻载：45钢调质。,同齿轮，五种失效形式都有。,ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 ZCuSn5Pb5Zn5vs3 重要传动 vs 4 m/s vs 2 m/s耐磨性好、抗胶合 价格便宜 经济、低速,材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶合性,蜗杆：钢材,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,蜗轮材料较弱，失效经常发生在蜗轮的轮齿上按蜗轮轮齿进行承载能力计算。,普通蜗杆传动的承载能力计算2,二、蜗杆传动的受力分析,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,圆周力Ft主反从同,径向力Fr指向各自的轮心,主动轮轮齿左旋（或右旋）伸左手（或右手），四指沿着主动轮的转向握住轴线，大拇指所指即为主动轮所受的Fa1的方向，Ft2与Fa1方向相反。,轴向力Fa主动轮左右手螺旋法则,T2=T1 i,Ft1,Fr1,Fn1,Fa1,n,d1,n1,P,Fa1,n1,Ft2,Fr2,Fr1,图示蜗杆传动，轮1主动，转动方向如图所示。试在图中标出Ft1 Ft2 Fr1 Fr2 Fa1 Fa2的方向。,n1,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,三、蜗杆传动强度计算,1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,Z接触系数，即 蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数,K载荷系数,ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 ZCuSn5Pb5Zn5vs3 重要传动 vs 4 m/s vs 2 m/s耐磨性好、抗胶合 价格便宜 经济、低速,H 蜗轮的许用接触应力,蜗轮：有色金属（铸锡青铜、铸铝铁青铜、灰铸铁等）,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,当蜗轮材料铸锡青铜时，因其耐磨、减摩性较好，故主要失效形式为齿面点蚀,普通蜗杆传动的承载能力计算1,H 蜗轮的许用接触应力,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,当蜗轮材料铸铝铁青铜或铸铁时，其主要失效形式为 齿面胶合。其许用应力直接在下表选取。因目前尚无完善的胶合强度计算公式，故采用接触强度计算 是一种条件性计算。此时蜗轮的H将考虑相对滑动速度vs的影 响，并不再与应力循环次数N有关。,普通蜗杆传动的承载能力计算2,2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算齿根弯曲应力是比较困难的。所以通常采用条件性计算：将蜗轮近似地视为斜齿轮，按斜齿轮弯曲强度计算。,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,F 蜗轮的许用弯曲应力,YFa蜗轮齿形系数，由蜗轮的当量齿数zv2=z2/cos3 和蜗轮的变位系数从教材图11-19中查得。,Y螺旋角影响系数，Y=1-/140,普通蜗杆传动的承载能力计算2,四、蜗杆刚度计算,11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算,五、普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择,与齿轮传动类似，蜗杆传动的精度也分12级，1级精度最高，第12级精度最低。精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来确定。,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,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡1,一、蜗杆传动的效率,h1啮合摩擦损耗的效率；,h2轴承摩擦损耗的效率；,h3搅油损耗的效率；,h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：,且 Z1,设计之初，为了近似地求出蜗轮轴上的扭矩T2，效率可作如下估算：蜗杆头数总 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95,式中：g 蜗杆的导程角；v当量摩擦角。,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,齿面间的相对滑动速度vS：,作速度向量图，得:,=v1/cos,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,二、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。,蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,润滑方式的选择：,当v1510 m/s时，采用油池浸油润滑。润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。,当v1 5 m/s时，蜗杆置于上方（上置式）。浸油深度约为蜗轮外径的1/3,当v14 5 m/s时，蜗杆置于下方（下置式）。浸油深度应为蜗杆的一个齿高,给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等。,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,油池润滑,当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。,压力喷油润滑,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3,三、蜗杆传动的热平衡计算,由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。如果产生的热量不能及时散去，则系统的热平衡温度将过高，就会使润滑条件恶化，增大摩擦损失，甚至发生胶合。,单位时间内的发热量：,单位时间内的散热量：,d箱体表面的散热系数，可取d(8.1517.45)W/(m2)；,S 箱体的可散热面积(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；,t0润滑油的工作温度()；ta环境温度()。,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3,则箱体内的工作温度：,可用于系统热平衡验算，一般to7080,可用于结构设计,所需散热面积：,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,若to80，怎么办？,不能满足要求时，可采取冷却措施：,1）S加散热片；,2）ad加风扇、冷却水管、循环油冷却。,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4,散热片风扇,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,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,11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1,一、蜗杆的结构,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,蜗杆通常与轴制成一体,蜗杆轴,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。,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2,二、蜗轮的结构,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：,11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,