机械设计蜗杆传动复习.ppt

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1、蜗 杆 传 动 复 习,一、重点内容分析,1、蜗杆传动的特点及应用,蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。蜗杆传动是啮合传动，中间平面（通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面）上蜗轮与蜗杆的啮合，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。另一方面，蜗杆传动与螺旋传动有相似之处，具有传动平稳、传动比大，并可在一定条件下实现可靠的自锁等优点。,但由于在啮合处存在相当大的滑动，因而其主要失效形式是胶合、磨损与点蚀。且传动效率较低，所以在材料与参数选择、设计准则及热平衡等方面又独具特色。由于传动效率较低，故不适合于大功率传动和长期连续工作的场

2、合。,2、蜗杆传动的正确啮合条件,mt2=ma1=m ，t2 =a1=， 1=2（旋向相同）,轴向压力角与法向压力角之间的关系：,tga=tgn /cos,ZA蜗杆：a=20,其它蜗杆：n=20,3、蜗杆的分度圆直径d1,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。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就需要有一种对应的蜗轮滚刀。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1 ，而把比值q=d1/m称为直径系数。,4、蜗杆传动的受力分析,Ft1 = Fa2,Fr1 = Fr2,Fa1 = Ft2,=2T1 / d1,=2

3、T2 / d2,= Ft2 tg,力的大小,右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 圆周速度v2的方向与拇指指向相同。,用手势判断蜗轮的转向：,左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。,力的方向：,尤其注意蜗杆所受轴向力方向是由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定的。按右（左）手法则确定。,蜗轮圆周力方向与其转动方向一致，且 Ft2=-Fa1 。,蜗轮蜗杆所受径向力的方向指向各自的轴心。,蜗杆圆周力方向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2 。,5、蜗杆传动的失效形式、材料选用及强度计算特点,（1）由于采用材料和蜗杆、蜗轮结构上的原因，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

4、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摩性、耐磨性和抗胶合能力，同时应具有一定的强度。,通常蜗杆采用碳钢或合金钢，而蜗轮材料则视其传动中齿面相对滑动速度vs的高低而定。vs较高时，选用抗胶合能力强的锡青铜，较低时，选用价格较低的铝铁青铜或铸铁。,（2）由于蜗杆传动的失效形式与齿轮传动的失效形式相似，目前尚缺乏对胶合和磨损的工程实用计算方法，通常仿效齿轮传动的方法进行条件性计算。又由于蜗杆传动的失效多发生在蜗轮上，所以只需进行蜗轮轮齿的强度计算，而对蜗杆必要时应进行刚度校核。,一般情况下，蜗轮很少发

5、生弯曲疲劳折断，因此，对于闭式蜗杆传动，仅按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计，而无需校核蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度。,6、蜗杆传动变位的特点,蜗杆传动的变位方法与齿轮传动变位相似，也是在切削时利用刀具相对蜗轮毛坯的径向位移来实现变位。但是在蜗杆传动中，由于蜗杆的齿廓形状和尺寸要与加工蜗轮的滚刀形状和尺寸相同，所以为了保持刀具尺寸不变，只能对蜗轮进行变位。,变位的目的：凑中心距，凑传动比。,a=a+x2m,z2=z2-2x2,7、蜗杆传动效率及热平衡计算,闭式蜗杆传动的总效率=123，其中1为考虑啮合摩擦损耗的效率，2为考虑轴承摩擦损耗的效率，3为考虑浸入油池中的零件搅油损耗的效率。一般23=0.950

6、.96 。,为提高效率，应增大导程角或采用多头蜗杆。,蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大，为防止胶合，对连续工作的闭式蜗杆传动应进行热平衡计算。,为了保证油温稳定处于规定范围之内，单位时间内蜗杆传动的发热量1应等同时间内的散热量2，以达到热平衡。,保持工作温度所需散热面积：,在既定工作条件下的油温：,一般可限制油温：t0=6070C；最高不应超过80C，若超过允许值，必须采取散热措施。,二、难点内容分析,1、圆弧齿圆柱蜗杆传动的齿形角及齿廓圆弧半径,对承载能力的影响很大，较小的值对承载能力是有利的，但太小了会产生干涉现象。,在标准中推荐齿形角 ，但考虑到蜗杆的加工、啮合时接触线的形状以及承

7、载能力等，常取 。,2、蜗杆传动的热平衡计算,在蜗杆传动中，因为有很大的滑动速度，摩擦损耗大（特别是轮齿的啮合摩擦损耗），所以传动效率低，工作时发热量大。由于蜗杆传动结构紧凑，箱体的散热面积小，散热能力差，所以在闭式传动中，所产生的热量不能及时散去，油温会急剧升高，这样就容易使齿面产生胶合。因此要进行热平衡计算。 热平衡计算的基本原理是单位时间内产生的热量等于或小于同时间内散发出去的热量。在实际工作中，主要是利用热平衡条件，求出工作条件下应该控制的油温t0。,三、蜗杆传动设计中应注意的事项,1）要重视各种类型蜗杆传动的比较与选用。 2）为了提高蜗轮副的耐磨性及降低成本，对尺寸较大的蜗轮，其轮缘

8、采用铜合金材料，轮芯采用铸铁或钢。 3）蜗杆轴在设计时应保证一定的刚度，以避免与蜗轮啮合时，蜗杆轴产生过大的变形。 4）为了保证蜗杆传动的正确啮合，要求蜗轮的中间平面能过蜗杆轴线。因此，在设计蜗轮轴的轴承部件组合结构时，一定要使轴能够进行轴向调整。 5）可以利用蜗杆自锁来阻止某些机构的运动。 6）蜗杆减速器外壳散热片的方向与冷却方式有关。,四、单项选择题,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，噪声小 B、传动效率高 C、可产生自锁 D、传动比大,B,2、蜗杆直径系数q= 。,A、q=d1/m B、q=d1m C、q=a/d1 D、q=a/m,A,3、在蜗杆传动中，当其

9、他条件相同时，增加蜗杆头数z1，则传动效率 。,A、提高 B、降低 C、不变 D、提高，也可能降低,A,4、在蜗杆传动中，当其他条件相同时，减小蜗杆头数z1，则 。,A、有利于蜗杆加工 B、有利于提高蜗杆刚度 C、有利于实现自锁 D、有利于提高传动效率,C,5、蜗杆直径d1的标准化，是为了 。,A、有利于测量 B、有利于蜗杆加工 C、有利于实现自锁 D、有利于蜗轮滚刀的标准化,D,6、蜗杆的常用材料是 。,A、40Cr B、GCr15 C、ZCuSn10P1 D、LY12,A,7、采用变位蜗杆传动时 。,A、仅对蜗杆进行变位 B、仅对蜗轮进行变位 C、同时对蜗杆与蜗轮进行变位,B,8、提高蜗杆

10、传动效率的最有效的方法是 。,A、增大模数m B、增加蜗杆头数z1 C、增大直径系数q D、减小直径系数q,B,9、闭式蜗杆传动的主要失效形式是 。,A、蜗杆断裂 B、蜗轮轮齿折断 C、磨粒磨损 D、胶合、疲劳点蚀,D,10、用 计算蜗杆传动比是错误的。,A、i=1/2 B、i= z2/z1 C、i = n1/n2 D、i= d2/d1,D,11、在蜗杆传动中，作用在蜗杆上的三个啮合分力，通常以 为最大。,A、圆周力Ft1 B、径向力Fr1 C、轴向力Fa1,A,12、蜗杆传动中较为理想的材料组合是 。,A、钢和铸铁 B、钢和青铜 C、铜和铝合金 D、钢和钢,B,五、填空题,1、阿基米德蜗杆和

11、蜗轮在中间平面上相当于直齿条与 的啮合。,斜齿轮,2、在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越 ，自锁性越 ，一般蜗杆头数常取z1= 。,低,好,1、2、4、6,3、在蜗杆传动中，已知作用在蜗杆上的轴向力Fa1=1800N，圆周力Ft1=880N，若不考虑摩擦影响，则作用在蜗轮上的轴向力Fa2= , 圆周力Ft2= 。,880N,1800N,4、蜗杆传动的滑动速度越大，所选润滑油的粘度值应越 。,高,5、蜗轮轮齿的失效形式有 、 、 、 ，但因蜗杆传动在齿面间有较大的 ，所以更容易产生 和 失效。,齿面胶合,疲劳点蚀,磨损,6、变位蜗杆传动仅改变 的尺寸，而 的尺寸不变。,蜗轮,蜗杆,齿根弯曲

12、疲劳,相对滑动速度,胶合,磨损,7、蜗杆传动中，一般情况下 的材料强度较弱，所以主要进行 轮齿的强度计算。,蜗轮,蜗轮,8、蜗杆传动中，蜗杆所受的圆周力Ft1的方向总是与旋转方向 ，而径向力Fr1的方向总是指向 的 。,相反,9、闭式蜗杆传动的功率损耗，一般包括： 、 、 三部分。,搅油损耗,啮合功率损耗,轴承磨擦损耗,10、在标准蜗杆传动中，当蜗杆为主动时，若蜗杆头数z1和模数m一定，而增大直径系数q，则蜗杆刚度 ；若增大导程角，则传动效率 。,增大,提高,圆心,11、阿基米德蜗杆传动的中间平面是指 的平面。,通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线,12、为了提高蜗杆的传动效率，应选用 头蜗杆；为了满

13、足自锁要求，应选z1= 。,多,13、蜗杆传动发热计算的目的是防止 ，以防止齿面 失效。发热计算的出发点是 等于 ，以保持热平衡。,单位时间内产生的热量,温升过高,胶合,14、为了蜗杆能自锁，应选用 头蜗杆；为了提高蜗杆的刚度，应采用 的直径系数q 。,单,较大,1,散发的热量,15、蜗杆传动时蜗杆的螺旋线方向应与蜗轮螺旋线方向 ；蜗杆的 角应等于蜗轮的螺旋角 。,相同,导程,16、蜗杆的标准模数是 模数；其分度圆直径d1= ；蜗轮的标准模数是 模数，其分度圆直径d2= 。,轴面,17、阿基米德蜗杆传动变位的主要目的是为了 和 。,凑传动比,凑中心距,18、在进行蜗杆传动设计时，通常蜗轮齿数z

14、226是为了 ；z280是为了 、 。,保证传动的平稳性,防止蜗轮尺寸过大，造成相配蜗杆的跨距增大，,mq,端面,mz2,降低蜗杆的弯曲强度,19、蜗杆传动中，已知蜗杆分度圆直径d1，头数z1，蜗杆的直径系数q，蜗轮齿数z2，模数m，压力角，蜗杆螺旋线方向为右旋，则传动比 i= ，蜗轮分度圆直径d2= ，蜗杆导程角= ，蜗轮螺旋角= ，蜗轮螺旋线方向为 。,z2/z1,mz2,右旋,20、由于蜗杆传动的两齿面间产生较大的 速度，因此在选择蜗杆和蜗轮材料时，应使相匹配的材料具有良好的 和 性能。通常蜗杆材料选用 或 ，蜗轮材料选用 或 ，因而失效通常多发生在 上。,相对滑动,减摩,耐磨,碳素钢,

15、合金钢,青铜,铸铁,蜗轮,六、问答题,1、蜗杆传动具有哪些特点？它为什么要进行热平衡计算？热平衡计算不合要求时怎么办？,解题要点：,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，具有摩擦发热大，效率低等缺点。 正是由于存在上述的缺点，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：,2、蜗杆传动的正确啮合条件是什么？自锁条件是什么？ 3、如何恰当地选择蜗杆传动的传动比i12、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，并简述其理由。 4、蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点？常用于什么场合？ 5、为什么蜗杆传动要

16、进行热平衡计算？,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，可在箱体油池中设蛇形冷却管，或采用压力喷油循环润滑。,七、例题,1、带式运输机用阿基米德蜗杆传动，已知传递功率P1=8.8kW，n1=960r/min，传动比i=18，蜗杆头数z1=2，直径系数q=8，蜗杆导程角 ，蜗轮端面模数m=10mm，蜗杆主动时的传动效率=0.88，蜗杆为右螺旋，转动方向如图所示。,（1）试在图上标出蜗轮的转向及各力的指向。 （2）列式计算蜗杆与蜗轮各自所受到的圆周力Ft、轴向力Fa、径向力Fr。,（1）蜗轮的转向及各力的指向见右图。

17、 （2）各分力大小的计算如下：,1）计算蜗杆与蜗轮所传递的转矩T1、T2。,解题要点：,2）计算蜗杆、蜗轮分度圆直径d1、d2,3）计算Ft、 Fa、 Fr,2、图示蜗杆传动均以蜗杆为主动件，试在图上标出蜗杆（或蜗轮）的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各力的方向。,解题要点：,蜗杆（或蜗轮）的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各力的方向均标于下图中。,3、图示为一对标准斜齿圆柱齿轮与蜗杆组成的二级传动，小齿轮为主动轮。已知：蜗轮的节圆直径d4，螺旋角，端面压力角；蜗轮传递的转矩T4，试求：,（1）齿轮1、2及蜗杆的螺旋线方向；轴、的旋转方向。 （2）在图中标出蜗杆传动各分力的方向。,解题要点：,蜗杆、齿轮的螺旋线方向以及轴的旋转方向，蜗蜗传动各分力的方向均标于下图中。,