《机械设计基础》蜗杆传动.ppt
第6章 蜗杆传动,6-1 蜗杆传动的特点和类型,6-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,6-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,6-4 蜗杆传动的强度计算简介,6-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,6-1 蜗杆传动的特点和类型,作用：用于传递交错轴之间的运动和动力。,通常90,一、蜗杆传动的特点,优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。,分度机构：i=1000,通常i=880,缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。,可实现反行程自锁。,精度等级：,对于一般动力传动，按如下等级制造：,v17.5 m/s-7级精度；,v1 3 m/s-8级精度；,v1 1.5 m/s-9级精度；,二、蜗杆传动类型,按螺旋面形状分,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,环面蜗杆,按蜗杆外形分,圆柱蜗杆,中间平面,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。,在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。,6-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,压力角:=20,模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。,mt2=ma1=m,1.模数m和压力角,一、蜗杆传动的主要参数,2.传动比 i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2,蜗杆头数z1：即螺旋线的数目。,蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。通常：z1=14,传动比:,若想得到大 i,可取：z1=1，但传动效率低。,对于大功率传动,可取：z1=2，或 4。,蜗轮齿数：z2=i z1,为避免根切：z2 26,一般情况：z2 80,z2过大,蜗杆长度,刚度、啮合精度,结构尺寸,蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.,正确啮合条件,正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：,右旋蜗杆,左旋蜗杆,3.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q,加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相同，为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值，并与模数相配。,q 为蜗杆直径系数,定义：,q=d1/m,一般取:q=818。,tg=pa z1/d1,=z1/q,于是有：d1=mq,=mz1/d1,4.中心距a,二、蜗杆传动的几何计算,一、齿面间滑动速度vs,=v1/cos,v2=v1 tg,6-3 蜗杆传动失效形式、材料和结构,二、蜗杆传动的失效形式,1.主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。,材料,蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。,蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。,2.设计准则：,只对蜗轮轮齿进行强度计算。闭式按齿面接触强度设计，再校核弯曲强度和进行热平衡计算；开式只按齿根弯曲强度设计。,三、蜗杆、蜗轮常用材料,四、蜗杆蜗轮的结构,蜗杆通常与轴制成一体,z1=1或2时：b1(11+0.06z2)m,z1=4时:b1(12.5+0.09z2)m,蜗杆轴,蜗杆长度b1的确定：,6-4 蜗杆传动的强度计算简介,法向力可分解为三个分力：,圆周力：Ft,轴向力：Fa,径向力：Fr,且有关系：,Ft1=Fa2,Fr1=Fr2,Fa1=Ft2,=2T1/d1,=2T2/d2,=Ft2 tg,式中：T1、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,T2=T1 i,一、蜗杆传动的受力分析,二、蜗杆传动的强度计算,齿面接触强度验算公式：,H,由上式可得设计公式：,式中K为载荷系数，取：K=1.11.3,m、d1应选取标准值确定。,按节点处啮合条件来进行强度计算。,6-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、蜗杆传动的效率,功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。,蜗杆主动时，总效率计算公式为：,式中:为蜗杆导程角,称为当量摩擦角，=arctg f,f 为当量摩擦系数。,对动力传动，宜采用多头蜗杆,蜗杆加工困难,过大,当 28 时，效率增加很少。,当 时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。,分析：,闭式传动：,z1=1=0.700.75,z1=2=0.750.82,z1=4=0.8.20.92,z1=1、2=0.600.70,开式传动：,润滑方式的选择：,当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。,当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。,当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。,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。,三、蜗杆传动的热平衡计算,对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：,t-油温；t0-环境温度,P1-蜗杆传递的功率；,Ki-散热系数,A-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。,要求油温：t 90,不能满足要求时，可采取冷却措施：,1）增加散热面积-加散热片；,2）提高表面传热系数-,加风扇、冷却水管、循环油冷却。,普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,名 称,计 算 公 式,分度圆直径,齿顶高,齿根高,顶圆直径,根圆直径,蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距,径向间隙,中心距,蜗 杆,蜗 轮,d1=mq d2=mz2,ha=m ha=m,df=1.2m df=1.2m,da1=m(q+2)da2=m(q+2),df1=m(q-2.4)df2=m(q-2.4),pa1=pt2=m,c=0.2 m,a=0.5(d1+d2)m=0.5m(q+z2),
