第11章蜗杆传动简.ppt

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1、第十一章蜗杆传动第十一章蜗杆传动11-1蜗杆传动概述蜗杆传动概述11-2蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型11-3普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸11-4普通蜗杆传动的承载能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算11-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计11-5蜗杆传动的效率、蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算11-1蜗杆传动概述蜗杆传动概述 作用：作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。通常用于传递交错轴之间的回转运动和动力。通常 蜗杆主动、蜗轮从动。蜗杆主动、蜗轮从动。9090组成：组成：优点：优点：传动比大、结构紧凑、传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声

2、小、传动平稳、噪声小、线接触可传动较大动力、线接触可传动较大动力、机构易自锁。机构易自锁。分度机构：分度机构：i=1000,i=1000,通常通常i=8i=88080缺点：缺点：磨损大，磨损大，效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高高 蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆类类型型环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 11-2蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆最常

3、用最常用1.正确啮合条件正确啮合条件中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：mt2t2=ma1a1=m，t2=a1=，1=2 取标准值在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。一、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数11-3普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸普通圆柱蜗杆传动的参数与尺寸a=20模数模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。取标准值，与齿轮模数系列不同。第一系列第一系列1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4,5,6.3 8 10,12.5,16,20,25,3

4、1.5,40第二系列第二系列1.5,3,3.5,4.5,5.5 6,7,12,14蜗杆模数蜗杆模数m值值 GB10088GB10088-88882.模数模数m和压力角和压力角 压力角：压力角：为了限制滚刀数目及便于滚刀标准化，规定为了限制滚刀数目及便于滚刀标准化，规定d d1 1只只能取标准值。能取标准值。定义：定义：s=es=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。d d1 1d d2 23.3.蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d d1 1e es s表表11-2蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mmm11.251.62d1182022.

5、42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5(45)56(31.5)m456.3d140(50)71(40)50(63)90(50)63m6.3810d1(80)112(63)80(100)140(71)90摘自摘自GB10085-88，括号中的数字尽可能不采用括号中的数字尽可能不采用称比值称比值 为蜗杆的直径系数。为蜗杆的直径系数。q=d1/m一般取一般取:q=818 20 q=12.5 28 q=17.51.64.蜗杆头数蜗杆头数z1通常取通常取 z1=1 2 4 65.蜗杆的导程角蜗杆的导程角将分度圆柱展开得将分度圆柱展

6、开得 z z1 1pa1/d1 mz1/d1 tan1=l/d1 z1/q 蜗杆旋向：蜗杆旋向：左旋、右旋左旋、右旋(常用常用)6.传动比传动比 i 和齿数比和齿数比 u传动比传动比 z1z2 =n2n1i=若想得到大若想得到大 i,可取：可取：z1=1，但传动效率低。，但传动效率低。对于大功率传动对于大功率传动,可取：可取：z1=2，或，或 4。蜗轮齿数蜗轮齿数 z2=i z1 为避免根切，增大啮合区为避免根切，增大啮合区 z228 一般情况一般情况 z28080 z2过大过大 蜗杆长度蜗杆长度 刚度、啮合精度刚度、啮合精度 结构尺寸结构尺寸=u齿数比齿数比 7.蜗轮齿数蜗轮齿数z2表表11

7、-1蜗杆头数蜗杆头数z1与蜗轮齿数与蜗轮齿数z2的推荐值的推荐值传动比传动比i 5 715 1430 2982 蜗杆头数蜗杆头数z1 6 4 2 1 蜗轮齿数蜗轮齿数z2 2931 2961 2961 2982 a(d1+d2)/28.蜗杆传动的标准中心距蜗杆传动的标准中心距m(q+z1)/2二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算由蜗杆传动的功率，以及给定的传动比由蜗杆传动的功率，以及给定的传动比 i,z1 z2 强度强度计算求得计算求得 m、d1 计算几何尺寸计算几何尺寸表表 11-3普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名名 称称计计 算算 公公

8、 式式分度圆直径分度圆直径齿顶高齿顶高齿根高齿根高顶圆直径顶圆直径根圆直径根圆直径蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距径向间隙径向间隙中心距中心距蜗蜗 杆杆蜗蜗 轮轮d1=mq d2=mz2 ha=m ha=m hf=1.2m hf=1.2m da1=m(q+2)da1=m(q+2)df1=m(q-2.4)df2=m(q-2.4)pa1=pt2=px=mc=0.2 ma=0.5(d1+d2)m=0.5m(q+z2)材料材料蜗轮齿圈采用青铜蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。减摩、耐磨性、抗胶合。蜗杆采用碳素钢与合金钢蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高表面光洁、硬度高材

9、料牌号选择材料牌号选择高速重载蜗杆：高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火渗碳淬火5662HRC)或或 40Cr40Cr、42SiMn42SiMn、4545(表面淬火表面淬火4555HRC)一般蜗杆：一般蜗杆：4040、4545钢调质处理钢调质处理(硬度为硬度为220220250HBS)蜗轮材料：蜗轮材料：vS S12m/s12m/s时时 ZCuSn10P1ZCuSn10P1锡青铜制造锡青铜制造vS S12m/s12m/s时时 ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜。锡青铜。vS S6 m/s6 m/s时时 ZCuAl10Fe3ZCuAl1

10、0Fe3铝青铜。铝青铜。vS S2 m/s2 m/s时时 球墨铸铁、灰铸铁。球墨铸铁、灰铸铁。11-4普通蜗杆传动的承载能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算一、蜗杆传动的常用材料一、蜗杆传动的常用材料 蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速度大，导致发热严重和磨损加剧。热严重和磨损加剧。三、蜗杆传动的设计准则三、蜗杆传动的设计准则 *蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算 *蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算*蜗轮的齿面接触疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行*传动系统的热平衡

11、计算传动系统的热平衡计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行为了防止过热引起的失效，就要进行为了防止过热引起的失效，就要进行 二、二、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式主要主要失效形式：失效形式：胶合、点蚀、磨损。胶合、点蚀、磨损。四、四、圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解为三个分力：法向力可分解为三个分力：圆周力圆周力Ft轴向力轴向力Fa径向力径向力Fr且有如下关系：且有如下关系：Ft1Fa2 Fr1 Fr2 Fa1 Ft2 2T1/d1 2T2/d2 Ft2 tan式中式中T1、T1分别

12、为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。2 iTinPnPT111222/955095501 11 112p12p右旋蜗杆：右旋蜗杆：伸出右手，四指蜗杆转向，大拇指蜗杆轴向伸出右手，四指蜗杆转向，大拇指蜗杆轴向力方向，蜗轮圆周力方向相反，则蜗轮转动方向确定。力方向，蜗轮圆周力方向相反，则蜗轮转动方向确定。用手势确定蜗轮的转向用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。用左手判断，方法一样。2 22 2Ft2Ft2蜗轮的转向蜗轮的转向因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：ar1r2蜗轮转向的确定蜗轮转向的确定 蜗轮由蜗杆推动，所受切

13、向力与速度方向一致，蜗轮由蜗杆推动，所受切向力与速度方向一致，正确判别蜗轮的转向，对进行力分析至关重要。正确判别蜗轮的转向，对进行力分析至关重要。Fa1Fa1例：蜗杆传动受力方向的判定例：蜗杆传动受力方向的判定 Fa1a1Fr1Fr2r22 2(3)(3)蜗杆轴向力用主动轮的左右手定则，且蜗杆轴向力用主动轮的左右手定则，且 F Fa1a1=-=-F Ft2 t2；(4)(4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且且 F Fr1r1=-=-F Fr2r2 。(2)(2)蜗杆圆周力指向与其转动方向相反，且蜗杆圆周力指向与其转动方向相反，且 F Ft1t1=-=-

14、F Fa2a2 ；(1)(1)蜗杆所受扭矩蜗杆所受扭矩T T1 1与转动方向与转动方向1 1一致一致(主动主动)；T T1 1T T1 111 1Ft1t1Ft1Fa2a2Fa212pFt2Ft2t2Fa1a1五、五、圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算校核公式校核公式：设计公式设计公式：式中式中K K为载荷系数，取为载荷系数，取K KK KA AK Kv vK K Z Z接触线长度和曲率半径对接触强度的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数影响系数。H H 许用接触应力按下表选取，许用接触应力按下表选取，P P253253256。(1)(1)齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度 23H

15、EHKTZ Za322HEZZKTa(2)蜗轮齿根弯曲强度计算蜗轮齿根弯曲强度计算 53.1FFa2212FYYmddKT校核计算校核计算 设计公式设计公式 3Fa2F221253.1mmYYzKTdm0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影响系数影响系数Z圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆使用系数使用系数KA工作类型工作类型 I II III I II III 载荷性质载荷性质 均匀、无冲击均匀、无冲击 不均匀、小冲击不均匀、小冲击 不均匀、大冲击不均匀、大冲击 每小时启动次数每小时启动次数 25 2525 25

16、50 50 50 50 起动载荷起动载荷 小小 较较 大大 大大 KA 1 1.15 1.2 1 1.15 1.2 动载系数动载系数K Kv v，当当V V2 23m/s,3m/s,K Kv v=1=1 1.1 1.1 当当V V2 23m/s,3m/s,K Kv v=1.1=1.1 1.2 1.2 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K K，当载荷平稳时，当载荷平稳时，取取K K=1=1 当载荷变化时当载荷变化时，取取K K=1.1=1.1 1.3 1.3 普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆53.1=FFa2212FYYmddKT校核计算校核计算 设计公式设计公式 3Fa2F2212mm53.1YYzKTdmY YFa2 Fa2 为蜗轮为蜗轮齿形系数齿形系数，按当量齿数，按当量齿数z zv v=z/cos=z/cos3 3 以及蜗轮变位系数选取。以及蜗轮变位系数选取。Y Y 为螺旋角影响系数，为螺旋角影响系数，Y Y =1-=1-/140/140 F F 许用弯曲应力；许用弯曲应力；(2)蜗轮齿根弯曲强度计算蜗轮齿根弯曲强度计算 3.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72