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1、1,第七章 蜗杆传动,7.1蜗杆传动的概述 7.1.1 蜗杆传动的组成、主要特点及应用,蜗杆传动图,1.组成,2,2、蜗杆传动的特点和应用,1）特点：,单级传动比大; 结构紧凑; 传动平稳，无噪音; 可自锁; 空间交错轴; 传动效率低; 成本高。,3,2）应用：,机床：数控工作台、分度 汽车：转向器 冶金：材料运输机 矿山：开采设备 起重运输：提升设备、电梯、自动扶梯,电动后视镜转向器,数控回转工作台,4,7.1.2、蜗杆传动的主要类型 1、按蜗杆形状分,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,圆柱蜗杆传动,5,2、根据齿面形状不同，圆柱螺杆传动分为：,普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动,6,3. 按齿廓曲
2、线不同，普通圆柱螺杆传动分为 1.）阿基米德蜗杆（ZA螺杆）,车刀刀刃与螺杆轴线在同一水平面上 在轴剖面：直线齿廓 法剖面：凸曲线 端面（垂直轴剖面）：阿基米德螺线 车削加工，不能磨削，精度低。,7,2.）渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 两把车刀刀刃顶相切于基圆柱，可以磨削、精度较高、传动效率较高 端面：渐开线 轴面：凸曲线,8,3.）法向直廓蜗杆(ZN蜗杆) 车刀刀刃平面要置于螺旋线的法面上 ，可以磨削，精度较高 端面：延伸渐开线 法面：直线 4.）锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆) 蜗杆的螺旋面是圆锥面族的包络曲面，各个剖面上的齿廓均为曲线，可以磨削，精度较高。,9,7.1.2 几点说明,1.蜗轮轮齿的
3、加工 1.）一般用相当于相啮合的蜗杆的蜗轮滚刀在滚齿轮上加工。 2.）滚刀齿顶高比相应蜗杆齿顶高大C*m，以便在蜗轮轮齿上加工出径向间隙C*m,10,2.中间平面 1.）定义：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为蜗杆传动的中间平面 2.）意义：在中间平面上，阿基米德蜗杆齿廓为直线，相当直齿齿条；而相啮合蜗轮齿廓为渐开线，因此阿基米德蜗杆传动相当于直齿齿条与渐开线齿轮的啮合，将复杂的空间啮合转化为平面啮合。 取中间平面上的参数和尺寸作为设计计算的基准，并沿用齿轮传动的计算关系,11,7.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算,以中间平面上的参数作为设计基准,一、普通圆柱蜗杆传动的主要参
4、数及其选择,1 、蜗杆传动的正确啮合条件及模数m和压力角,旋向相同,12,2 、蜗杆分度圆直径d1和导程角,为了限制蜗轮滚刀的数量并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1（表7-1）,导程角：,13,普通蜗杆传动的m与d1搭配值 （表7.1）,14,3 、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2,蜗杆头数Z1通常取为：1，2，4，或6,Z2=iZ1，一般取Z2=2880,4 、传动中心距a和变位系数x2,1.)标准中心距,15,2.)变位蜗杆传动 目的：凑配中心距； 微调传动比； 提高承载能力及传动效率 特点：只对蜗轮变位，蜗杆不能变位； 变位后，蜗轮的分度圆仍与节
5、圆重合，但齿顶圆、齿根圆变了，也即ha、hf变了；蜗杆的分度圆与节圆不再重合了，但蜗杆的齿顶圆、齿根圆不变，也即ha、hf不变。,16,（1） 变位前后，蜗轮的齿数不变: Z2= Z2 而传动中心距改变: aa,一般取 x 1,按变位后的尺寸加工、安装,17,（2）变位前后，传动中心距不变 a=a 蜗轮的齿数变化: Z2 Z2,一般取 x 1,18,5 相对滑动速度S,m/s,式中： d1-蜗杆分度圆直径，mm n1-蜗杆的转速，r/min -蜗杆分度圆上的导程角, 度,19,7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,20,21,7.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择,7.3.1蜗杆传动的失
6、效形式和设计准则,1.失效形式：主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。,2.设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。 在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。 对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。,22,7.3.2 蜗杆和蜗轮的常用材料,对蜗杆和蜗轮材料的要求：不仅要求具有足够的强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨性和跑合性能。,蜗杆材料：一般用碳素钢，如20、40、45钢或合金钢如、20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、42SiMn等，,蜗轮材料：通常按齿面间的相对滑动速度 大小来选择。
7、 6m/s ，铸造锡青铜。如ZCuSn10P1、ZCuSn5PbZn5 6m/s，用铸造铝铁青铜。ZCuAl10Fe3 2m/s手动时，用灰铸铁。如HT150、HT200,23,7.4 普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算,7.4.1 蜗杆传动的受力分析和计算载荷,1 运动及受力分析 特点：要计及齿面间的摩擦力， 要先进行运动分析，确定传动件的转动方向与轮齿螺旋线方向。,24,而法向力,取,，,则有,N,1.）力的大小,25,式中： T1、T2分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mm, T2=iT1； 传动效率，i 传动比； d1 、 d2分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径, mm；,压力角， =20； 蜗杆
8、分度圆柱上的导程角，度。,26,2.）力的方向： 确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定， Fa1与 Ft2方向相反， Ft1与 Fa2的方向相反。 也可按照主动件左(右)手定则来判断。,27,2 蜗杆传动的计算载荷,计算载荷=K*名义载荷,式中KA工作情况系数 KA=1.01.2 K动载荷系数 K =1.01.2 K齿向载荷分布系数 K =1.01.3,可在教材中查取,28,7.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,利用赫兹接触模型， 在蜗轮中间剖面相当齿轮齿条啮合。,29,在中间平面上，沿用斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲
9、劳强度计算方法。可得： 1.校核公式为：,2.设计公式为：,30,ZE弹性系数，对于青铜或 铸铁蜗轮与钢制蜗杆 配对时，取,蜗轮材料的许用接触应力，,式中：,31,当蜗轮材料 B 300 MPa时，主要疲劳失效。,基本许用接触应力，MPa；见下表：,寿命系数 ( 可在教材中查取 ),32,当蜗轮材料 B 300 MPa时，主要胶合失效,许用接触应力，MPa；见下表：,33,7.4.3 蜗杆轴的强度与刚度计算,将蜗杆轴简化成普通阶梯轴，按第9章提供的方法进行强度与刚度计算。,34,7.5 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,式中：1啮合效率，,2 3分别为轴承效率和搅油
10、效率， 一般取2 3=0.950.96；,由表7.8查取,35,蜗杆传动的总效率,36,7.5.2 蜗杆传动的润滑,1.润滑的目的：防止胶合和减轻磨损、散热降温、降低振动和噪声、提高传动效率,2 润滑方式 1）开式传动：采用润滑脂或粘度较高的齿轮油定期润滑。,2）闭式传动：浸油或喷油润滑，查表7.9,37,7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算,目的：限制油温在允许的范围内。单位时间内由摩擦损耗的功率产生的热量为,式中：P1蜗杆传动的功率，KW； 蜗杆传动的总效率。,38,单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为,式中 Ks散热系数， ； A散热面积 ， ； t达到平衡时，箱体内的 油温，t一般限制在
11、(6070)C，最高不超过80C； t0周围空气温度， t0=20C。,39,根据热平衡条件H1=H2可求得既定工作条件下的油温,一般应使t在80以下 在既定工作条件下，保持正常油温所需要的散热面积,40,若t80或有效的散热面积不足时,则必须,采取措施,以提高其散热能力,常用措施: 1 ）合理设计箱体结构,铸出或焊上散热片,以增大散热面积,2 ）在蜗杆轴上装置风扇,进行人工通风,以提高散热系数,41,42,7.6 蜗杆和蜗轮的结构,7.6.1 蜗杆的结构,车削：有退刀槽，图7.21（a） 铣削：无退刀槽，图7.21（b）,43,7.6.2 蜗轮的结构,蜗轮可制成整体式或装配式 1 整体式：,44,2 齿圈压配式：用于中等尺寸、工作温度变化较小、不常拆卸的蜗轮。,45,3 螺栓联接式，用于尺寸较大需经常更换齿圈的蜗轮。,46,4 镶铸式:适用于大批量生产的蜗轮。,47,力的方向判断例题,蜗轮转向和旋向，轴上的轴向力互相抵消。,下图中。,下图中。,48,齿轮蜗轮减速器,