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1、第六章 蜗杆传动,东北大学国家工科机 械基础课程教学基地,目 录,6-1 蜗杆传动的特点和类型,6-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸,6-3 蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料,6-4 蜗杆传动的受力分析、转向判定与滑动速度,6-5 蜗杆传动的承载能力计算,6-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,6-1蜗杆传动的特点和类型,一、特点,3、传动比大，准确恒定，一般 i=580,2、重合度大，传动平稳，噪声低 （连续啮合）,6、齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算）,5、可实现自锁（效率低于40% ）,4、传动效率低，z1=1 =0.70.75, z1=2 =0.750.82,7、技术数据:
2、n1=4000 r/min; v1=69 m/s; P=1000kW; T2=700 kNm,1、传递空间交错轴间运动与动力常用,二、类型,6-1蜗杆传动的特点和类型,6-1蜗杆传动的特点和类型,齿型：轴垂面：阿基米德螺线 轴 面：直廓（ x1=20直齿条齿廓 ） 特点：加工方便，应用广，不能磨削，精度低,加工：直刃车刀，切削刃过轴线,6-1蜗杆传动的特点和类型,加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切,齿形：轴垂面：渐开线， 轴剖面：凸齿廓 基圆柱切面:直齿廓,特点：可滚切、磨削，制造精度高,6-1蜗杆传动的特点和类型,加工：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内,齿形：蜗杆：轴垂面：
3、延伸渐开线， 轴剖面：凸齿廓 法 面：直廓（齿形角n=20 ）,特点：可车、指状铣刀、盘铣刀加工，磨削困难,6-1蜗杆传动的特点和类型,加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内 齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线 轴剖面：凸齿廓 齿法面：凸齿廓 特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用广泛,6-1蜗杆传动的特点和类型,加工：凸圆弧车刀车削加工 齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧 蜗轮端面齿廓：凸圆弧 特点：高承载(普蜗50%)、高效90%、应用广泛,6-1蜗杆传动的特点和类型,三、精度等级,6-2蜗杆传动的特点和类型,1、精度等级：GB10095-88规定，1-12级（12级最低）,2、精度选择：传
4、动功率、使用条件、蜗轮圆周速度 （P141表6-1）,6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸,一、主要参数与选择,1、模数m和齿形角a,（1）中间平面： 过蜗杆轴线、 垂直蜗轮轴线的平面,（2）啮合关系：齿条、齿轮啮合 mx1= mt2 = m; ax1= at2=a ；2=1,(3)基准蜗杆齿形角： 阿基米德蜗杆（ZA）： ax1= 20 延伸渐开线蜗杆（ZN）：an1= 20 渐开线蜗杆（ZI）： an1= 20 法面与轴面齿形角的关系：,中间平面,6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸,一、主要参数与选择,2、蜗杆的分度圆直径d1,分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同， 为了限制滚刀的
5、数目，标准规定对应每一模数,仅有有限 数目的标准蜗杆分度圆直径d1。,6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸,一、主要参数与选择,3、蜗杆的头数z1、z2按传动比与效率要求选定,选取原则： (1) i大，取z1小，（避免z2过大，蜗轮尺寸大） (2) 传递功率大，选大z1(避免发热、功率损失) (3) z1=1、2、4、6 (4) z2=2780（d2、m、z2 的关系）,z1小，机构紧凑、加工方便；效率较低；,z1大，效率越高，加工困难。 通常蜗杆头数取为1、2、4、6。,6-2蜗杆传动的主要参数和尺寸,一、主要参数与选择,4、主要尺寸,蜗轮 蜗杆,二.蜗杆传动变位,6-2蜗杆传动的主要参数与几何尺
6、寸,2、变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变,4、变位系数： 中心距 变位系数,3、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变 蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合 蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合,1、变位目的： (1)凑中距 (2)提高承载能力和传动效率,6-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料,一、失效形式与设计准则,1、蜗杆刚度不足：蜗杆齿强度高，只计算轴强度、刚度,2、蜗轮胶合、点蚀、磨损（条件性设计）,闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶合） 校核弯曲强度,开式传动：按弯曲强度设计,3、系统过热：热平衡计算,二、常用材料,要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力,6-
7、3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料,蜗轮材料： 锡青铜:(ZCuSn10Pb1等)， 耐磨好，价格高，用于VS3 m/s 铝青铜:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，强度高，价格低VS2 m/s 铸 铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动,蜗杆材料： 高速重载合金钢 渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度5862HRC 表面淬火(45，40Cr，40CrNi) 、硬度4550HRC 一般低速中载碳钢(40，45)调质，硬度200300HBS,一、轮齿受力分析,6-4蜗杆传动受力分析和载荷计算,1、大小与相互关系,3、转向判定,6-4蜗杆传动受力分析和载荷计算,6-4蜗
8、杆传动受力分析与载荷计算,4、滑动速度VS,二、载荷计算,6-5蜗杆传动承载能力计算,一、蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮方法推导）,1、计算模型：中间平面，齿条与齿轮啮合（斜齿）,2、接触应力计算,6-5蜗杆传动承载能力计算,6-5蜗杆传动承载能力计算,二、蜗轮齿根弯强度计算（按斜齿轮近似计算),1、计算模型： 按斜齿轮近似计算,2、弯强度计算式,6-5蜗杆传动承载能力计算,三、蜗杆刚度计算（略）,1、闭式蜗杆传动效率,四、蜗杆传动效率与热平衡计算,= 1 .2. 3,6-5蜗杆传动承载能力计算,、闭式蜗杆热平衡计算,6-5蜗杆传动承载能力计算,3、蜗杆传动散热措施,（1） 加散热片以增大散热面
9、积,（2） 在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通,6-5蜗杆传动承载能力计算,3、蜗杆传动散热措施,(3) 加冷却管路或压力喷油循环润滑冷却,传动箱内装循环冷却管路,传动箱外装循环冷却器,6-6蜗轮蜗杆结构,一、蜗杆的结构,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋 部分的直径较大时，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。,6-6蜗轮蜗杆结构,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：,本章结束,