第9章蜗杆传动.ppt

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1、概述,一、特点和应用,外形类似：螺旋与斜齿轮的传动,从中间平面剖开：齿轮与齿条的传动,1、应用,由于 i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。,2、特点,1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。,2）i大,蜗杆1、2、4、6,传递动力时：i=8100（常用1550）传递运动时：i=几百上千（单头，）,用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直,优点：,齿轮z117,3）结构紧凑、重量轻、噪音小。,4）自锁性能好(用于提升机构)。,缺点：,1）蜗轮需用贵重的减摩材料。制造成本高，加工困难。,2）滑动速度vs大。低。,3）制造和安装精度要求高,9.1 蜗杆传动的材料和失效形式,1、齿面相对滑动

2、速度,9.1.1 蜗杆传动的材料,作速度向量图，得:,vs,1、蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料,铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差,铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合,HT、QT：vs2m/s,大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）,2、蜗杆,碳钢,合金钢,硬面蜗杆：首选 淬火磨削,调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。,2、蜗杆传动的材料,9.1.2 蜗杆传动的失效形式和设计准则,失效形式：与齿轮传动类似：胶合、点蚀、磨损、折断,vs、发热 主要为：胶合、磨损、点蚀,蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。,蜗杆传动的设计准则：,另外，若蜗杆较长，还应进行蜗杆刚度计算。,闭式传动：润滑良好时，多

3、因齿面点蚀而失效。润滑不良时，将发生齿面胶合失效。设计准则：按齿面接触强度进行设计，再按齿根弯曲强度进行较核。同时，为保证散热，还应进行热平衡计算。,开式传动：多发生齿面磨损和轮齿折断，设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。,9.2 蜗杆传动的受力分析和强度计算,(蜗杆主动),蜗杆传动总效率,忽略Ff,9.2.1 蜗杆传动的受力分析,蜗杆头数z1 1 2 3 4总效率 0.7 0.8 0.85 0.9,效率与蜗杆头数的大致关系为：,方向判定：,1）蜗轮转向,已知：n1、旋向n2,左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n2,2）各分力方向,Fr：指向各自轮心,蜗杆与n1反向,蜗轮与n2同向,蜗

4、杆：左、右手定则,蜗轮：,3）旋向判定,练习：,已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。,1.n4 n3 n2 Ft2 Fa2,2.Fa3 Fa2 Ft1 n1,9.2.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,蜗轮齿强度低于蜗轮齿,接触强度计算,设计式,参数说明：,1）T2蜗轮转矩,N mm,2）K使用系数,表9.2（同齿轮传动）,3）ZE弹性系数,表9.3，P195,（蜗杆主动）,4）KHN寿命系数,P195,5),基本许用接触应力，表9.4，9.5，P196,由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算齿根弯曲应力是比较困难的。所以通常采用条件性计算：将蜗轮近似地视

5、为斜齿轮，按斜齿轮弯曲强度计算。,9.2.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,F 蜗轮的许用弯曲应力，P197,表9.7,YFa蜗轮齿形系数，由蜗轮的当量齿数zv2=z2/cos3 和 蜗轮的变位系数从教材表9.6中查得。,Y螺旋角影响系数，Y=1-/140,弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。,参数说明：,9.2.4 蜗轮的刚度校核,由蜗杆的结构和受力情况可知，对蜗杆传动除了进行蜗轮轮齿部分的强度计算外，还应对蜗杆进行刚度计算。蜗杆的刚度计算通常是把蜗杆看作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段，校核其弯曲刚度，即：,9.3.1 蜗杆传动的效率,与齿轮类似：,1、啮合1：近似按螺旋副计算,（蜗杆主动）,（蜗轮

6、主动）,v当量摩擦角，与vs有关。,（p199，表9.8）,9.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,说明：1）vsvv 油膜易形成1,2）为影响1的主要因素：1,时，1 max,此后，1,一般取,大时，加工困难,2、2 搅油效率：,3、3 轴承效率：,蜗杆头数z1 1 2 3 4总效率 0.7 0.8 0.85 0.9,效率与蜗杆头数的大致关系为：,f v=tgv=0.12,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。,蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。,9.3.2 蜗杆传动的润滑,润滑方式的选择：,当v1510 m/s时，采用油池浸

7、油润滑。润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。,当v1 5 m/s时，蜗杆置于上方（上置式）。浸油深度约为蜗轮外径的1/3,当v14 5 m/s时，蜗杆置于下方（下置式）。浸油深度应为蜗杆的一个齿高，但油 面不应超过轴承最低滚动体的中心。,给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等。,油池润滑,当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。,压力喷油润滑,9.3.3 蜗杆传动的热平衡计算,由于发热大,即：发热率Q1=散热率Q2,摩擦功耗：,冷却散去的热量：,表面传热系数，,则：,不能满足要求时，可采取冷却措施：,1）A加散热片；,2）

8、KS加风扇、冷却水管、循环油冷却。,散热片风扇,1、z1、z2、i、u 表9.10,蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等,z1加工困难,传递动力：,（传动平稳性，避免根切）,(z2d2蜗杆轴长刚度),一般取z2=3280,z1z2：互质均匀磨损,蜗杆主动时:,9.4 圆柱蜗杆传动的结构设计,基本齿廓,中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。,9.4.1 蜗杆传动的基本参数,2、模数m、压力角,正确啮合条件：,标准值(与齿轮不同,表9.11),蜗杆导程角,刀具基准齿形的压力角：,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向压力角,法向直廓蜗杆：法向压力角,3、蜗杆分度圆直径d1（中

9、圆直径）、蜗杆导程角,刀具数量,加工蜗轮时的滚刀与尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。,蜗杆导程角,制造困难,传递动力时:头数z1,采用多头蜗杆,传递运动时:保证自锁(),z1,采用单头蜗杆,蜗杆直径系数q,d1、m为标准值,q为导出值,不一定为整数。,m一定时，qd1蜗杆刚度,z1一定时，q，自锁性,小m蜗杆选用大q，保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q，保证效率适于大P,4、中心距a,9.4.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1,1、蜗杆的结构,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,蜗杆通常与轴制成一体,蜗杆轴,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。,9.4.3 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,2、蜗轮,齿冠：用贵重耐磨金属(青铜),轮心：铸铁或铸钢,铸造（浇铸）,过盈,螺栓（铰制孔）,