《窝杆传动》PPT课件.ppt

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1、蜗杆传动,概述普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计环面蜗杆传动蜗杆传动的现状及发展方向,1 概述,组成：作用：传递空间交错轴间的运动和动力，两交错轴间的夹角可为任意值，通常为900。,1.1 蜗杆传动的特点1传动比大、结构紧凑 i=680（传递动力），i可达到1500（只传递运动的分度 机构）；传动比大，零件数少，结构紧凑。2传动平稳、无噪声 蜗杆是连续的螺旋齿，逐渐进入啮合和退出啮合的，啮合 的齿对多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。3能实现反行程自锁 蜗杆作主动件，蜗

2、杆带动蜗轮。自锁条件：蜗杆的导程角 小于啮合面的当量摩擦角V。4齿面上相对滑动速度大，因此摩擦大，发热大，效率低。当蜗杆作主动件时，0.70.8；当传动具有自锁性 时，0.4。,1.2 蜗杆传动的类型根据蜗杆形状分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。,a）圆柱蜗杆传动 b）环面蜗杆传动 c）锥蜗杆传动,圆柱蜗杆传动分为：普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动1.普通圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿面可在车床上用直线刀刃的车刀车制。根据车刀安装位置的不同，可加工出不同的齿廓形状。根据齿廓形状，普通圆柱蜗杆可分为：（1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）（2）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）（3）渐开线蜗杆（ZI

3、蜗杆）（4）锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）2.圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆）圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状不同。,阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）轴面齿廓为直线,法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）法面齿廓为直线,渐开线蜗杆（ZI蜗杆）端面齿廓为渐开线,锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）,2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算,2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择中间平面：过蜗杆轴线且与蜗轮轴线相垂直的平面。蜗杆传动在中间平面上相当于齿条与齿轮的啮合传动，故取中间平面上的参数（模数、压力角等）和尺寸（齿根顶圆、分度圆等）为基准，并采用齿轮传动的计算关系。,蜗杆传动的主要参数：m、z1、z2、蜗

4、杆的直径d1等，进行蜗杆传动设计时，首先要正确地选择这些参数。1m和 蜗杆传动的正确啮合条件：在中间平面上，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即把中间平面上的模数和压力角规定为标准值，则 阿基米德蜗杆的x（轴向压力角为200），其余三种（法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、锥面包络蜗杆）的法向压力角n为标准值200。,2蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆传动的传动比，i=n1/n2=z2/z1z1可根据传动比和效率选定，单头蜗杆可实现大传动比，但低，易自锁，多头蜗杆可提高，但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。z1：若传动比大，且要求自锁时，z1=1；若要求高，传递功率大，z1可取24，常

5、用2或4。蜗轮齿数z2=iz1 z2过小易产生根切，为避免根切和保证传动平稳，通常z228；z2过大，尺寸增加与之啮合的蜗杆长度也随之增加，致使蜗杆刚度不足，影响正常啮合，z280。,3蜗杆的分度圆直径d1和导程角把d1与m的比值称为蜗杆直径系数q，即q=d1/m 蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角称为导程角（px蜗杆轴向齿距）,4蜗杆的螺旋角1与蜗轮螺旋角2 在中间平面内，蜗杆传动相当于斜齿条和斜齿轮传动，且1、2同向，1+2=900，=2；斜齿轮：1=2，旋向相反。5中心距 当蜗杆的节圆和分度圆重合时为标准传动，这时蜗杆与蜗轮间的中心距也为标准中心距a。,2.2 蜗杆传动变位的特点普通圆柱蜗杆传动

6、变位的主要目的是配凑中心距或传动比，使之符合标准值或推荐值。为了保持刀具尺寸不变，不能改变蜗杆的尺寸，因而只能对蜗轮进行变位。凑中心距时，蜗轮变位系数x2为 凑传动比时，变位前、后的传动中心距不变，即a=a，用改变蜗轮齿数z2来达到传动比略作调整的目的。变位系数x2为,2.3 蜗杆传动的几何尺寸计算,3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,3.1 蜗杆传动的失效形式及常用材料 1、失效形式失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合、磨损，无塑性变形。闭式传动：胶合、点蚀；开式传动：磨损、齿根折断。开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证轮齿弯曲疲劳强度进行计算。闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失

7、效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行校核。另外，还应作热平衡计算。蜗杆传动为防止蜗杆轴变形过大而影响啮合状况，还须进行蜗杆轴刚度计算。,2、常用材料材料的基本要求：足够的强度、磨合和耐磨性。蜗杆：碳钢或合金钢 高速重载：15Cr、20Cr并经渗碳淬火，或40、45、40Cr并经 淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性，要求淬火 后的硬度达到4055HRC，经氮化后的硬度为 5562HRC。低速中载：40、45，调质，硬度220300HBS；蜗轮：铸造锡青铜ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5，用于vS12m/s的 重要传动；铸造铝铁青铜ZCuAl10Fe3，用于

8、一般用途，vS10m/s;灰铸铁HT150、HT200：用于vS2m/s。,3.2 蜗杆传动的受力分析,力的大小力的方向 Fa1方向的确定：根据蜗杆的转向及螺旋线方向按左（右）手定则确定。,圆柱蜗杆传动,例：,Fa1,Fa2,Fr2,Fr1,Ft1,Ft2,n1,3.3 蜗杆传动强度计算,计算准则：防止点蚀和胶合：接触疲劳强度准则；防止磨损和折断：弯曲疲劳强度准则。计算对象：蜗轮 原因：蜗轮材料差（蜗杆常用碳钢或合金钢，并作淬 火处理，蜗轮常采用青铜，使其形成具有良好减 摩性的滑动摩擦副）；中间平面内，蜗杆齿形齿根强度高于蜗轮轮齿 的强度。计算特点 闭式传动：按齿面接触疲劳强度设计，然后校核齿

9、根弯曲 疲劳强度，由于散热较差，发热大，为防止胶 合，还应进行热平衡计算；开式传动：按齿根弯曲疲劳强度设计。,1、初选d1/a值中心距a在蜗杆传动中是最基本的尺寸，其大小决定了传动的承载能力和外廓尺寸。,2、蜗轮齿面接触疲劳强度计算在中间平面内，蜗杆传动相当于斜齿条与斜齿轮的啮合传动，因此蜗轮可当作斜齿圆柱齿轮，把蜗杆传动的参数带入到赫兹公式，可得蜗轮齿面接触疲劳强度的校核公式。校核公式式中 ZE弹性影响系数，对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆配对 时，取ZE=160MPa1/2；Z：接触系数，考虑接触线长 度L0和曲率半径对接触强度的影响；KA：使用系数，同齿轮传动。设计公式,许用接触应力 式中 H

10、 lim：接触疲劳极限，MPa；SH min：接触疲劳强度的最 小安全系数，可取11.3；Zn转速系数：Zh寿命系数；其中：Lh为载荷不变时的寿命时数，因寿命不宜过短，故规定 Zh一般应小于1.6，Lh应大于1 500h。只有在间歇、短时 运转下工作的蜗杆传动才允许Zh1.6，即Lh1 500h。,注：设计计算时，求得中心距a需圆整为标准值。进而用下列公式求取蜗杆直径d1、蜗杆头数z1 和模数m d10.68a0.875 z1=(7+2.4a)/u，z2=uz1 m=(1.4-1.7)a/z2 d1和m均应取标准值，z1和z2均应为整数。利 用tan=z1m/d1的关系可以求出蜗杆导程角。,3

11、、蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算计算特点：把蜗轮近似地当做斜齿圆柱齿轮来考虑，只是应将蜗杆传动参数代入，校核公式 式中：F lim：齿根弯曲疲劳极限；SF min：弯曲疲劳强度的最小安全系数，可取为1.4；b2、d2：蜗轮宽度和蜗轮直径；F：许用弯曲应力。,3.4 蜗杆的刚度计算,如果蜗杆变形过大，会影响蜗杆、蜗轮的正确啮合，应进行刚度校核。计算特点：把蜗杆螺旋部分当作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段：式中：I，危险截面的惯性距，I=d41/64；l，蜗杆两端支承间的跨距；，许用最大挠度，=0.004m0.01m。,3.5 蜗杆传动精度等级选择与标准化状况（1）蜗杆传动精度等级的选择 蜗杆可以在车床上切

12、制，也可以在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动，要按照6-9级精度制造。（2）蜗杆传动减速器的标准化状况标准化的蜗杆传动减速器：1）WD和WS型圆柱蜗杆减速器（JB/ZQ439086）2）圆弧齿圆柱蜗杆减速器（JB 914788）3)平面二次包络环面蜗杆减速器（ZB J 1902189）,WD 型圆柱蜗杆减速器,CWU 型圆弧齿圆柱蜗杆减速器,（1）圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数 模数 m 有标准系列 齿形角0 砂轮轴截面齿形角0=23 齿廓圆弧半径 砂轮轴截面圆弧半径=(5-6)m 变位系数 x2 一般推荐 x2（2）圆弧圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算（3

13、）圆弧圆柱蜗杆传动强度计算,4 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算,5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,5.1 蜗杆传动的效率主要取决于计入啮合摩擦损耗时的效率1，当蜗杆作主动件时式中：，蜗杆分度圆柱上的导程角；V，V=arctguV。一般23=0.950.96。则=123=(0.950.96)tan/tan(+V),蜗杆传动的滑动速度当蜗杆传动在节点处啮合时，蜗杆的圆周速度为v1，蜗轮的圆周速度为v2，滑动速度vS为,v1,v2,vS,影响效率因素：、V 当V一定，增大，可提高效率（tan=z1/q，z1，但z1不宜太多，上升缓慢，270以后，增 加缓慢，当450时，下降）。当一定时，V，当

14、vS越大时，V越小，但只有在润滑条件良好的情况 下，才能采取增大vS，降低V以提高的措施。注：当蜗杆传动处于多级传动中时，为了提高，往往将其放在高速级，甚至把蜗杆与电动机直接连接，目的是为了提高vS，从而提高传动效率。但在设计之初，为了计算T2，值可作如下估取（T2=T1i）z1=1，=0.70；z1=2，=0.8；z1=4，=0.9。,5.2 蜗杆传动的润滑蜗杆的圆周速度 v110 m/s时，可采用浸油润滑 下置蜗杆:一般浸油深度为蜗杆的一个齿高；但 油面又不应超过滚动轴承最低滚动体的 中心。上置蜗杆:不得已才采用；浸油深度可为蜗轮半径 的1/6-1/3。v110 m/s时，就必须采用压力喷

15、油润滑喷油嘴宜放在啮出侧；蜗杆正反转时，两边都要 装喷油嘴，而且要控制一定的油压。,5.3 蜗杆传动的热平衡计算1目的：对于闭式传动，若散热性能不好，必须进行热平衡 计算，为防止胶合或急剧磨损。2理论依据热平衡条件：单位时间内蜗杆传动所产生的热量1同一时间内箱体的散热量2。式中Kt箱体表面的传热系数，Kt=（8.717.5）W/(m2.0C)；A内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气 冷却的箱体表面面积；t1油的工作温度；t0周围空气温 度，可取200。tp：油的许用工作温度（）=600_700C，最高900C。,3如果t1tp可采取下列冷却措施 1）加散热片以增大散热面积；2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气的流通；3）在传动箱内装循环冷却管路。4）采用压力喷油润滑冷却。,6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,蜗杆螺旋部分的直径不大，常和轴做成整体，a）结构无退刀槽用铣制方法加工螺旋部分，b）结构有退刀槽可用车制、铣制方法加工螺旋部分。,蜗轮结构：1）齿圈式：2）螺栓联接式：3）整体浇铸式：4）拼铸式：,7 环面蜗杆传动,7.1 直廓环面蜗杆传动(TSL型)7.2 平面包络环面蜗杆传动 7.3 锥面包络环面蜗杆传动,8 蜗杆传动的现状及发展方向,8.1 蜗杆传动的现状8.2 改善蜗杆传动质量的途径与措施,