蜗轮蜗杆传动设计.pptx

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1、第1页/共80页5.1 概述概述第2页/共80页组成蜗蜗杆杆传传动动用用于于传传递递空空间间交交错错轴轴间间的的运运动动和和动动力力，常用的轴交错角为常用的轴交错角为90。主要由主要由蜗杆蜗杆和和蜗轮蜗轮组成。组成。蜗蜗杆杆相相当当于于螺螺旋旋，有有单单头头和和多多头头、左左旋旋和和右右旋旋之之分。分。蜗轮则是变异的齿轮。蜗轮则是变异的齿轮。蜗杆传动中一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。蜗杆传动中一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。第3页/共80页主要是刀具的加工时的位置、装夹角度、刀具形状、刀具的种类等不同而形成了不同类型的蜗杆传动。一、蜗杆传动的类型第4页/共80页 1、圆柱蜗杆传动、圆柱蜗杆传动

2、 按照齿廓曲线不同分为按照齿廓曲线不同分为ZAZA型、型、ZNZN型、型、ZIZI型、型、ZKZK型、型、ZCZC型。型。第5页/共80页a阿基米德蜗杆(ZA)最常用蜗杆齿廓横截面：阿基米德螺旋线纵截面：直齿齿条蜗轮齿廓中间截面：渐开线中间平面，蜗杆传动 如同直齿齿条与渐开线齿轮齿条与渐开线齿轮啮合（1 1）普通圆柱蜗杆传动结论第6页/共80页b法向直廓蜗杆(ZN)蜗杆齿廓横截面：延伸渐开线法截面：直廓N第7页/共80页c渐开线蜗杆(ZI)蜗杆齿廓：横截面：渐开线=8o45o第8页/共80页d锥面包络圆柱蜗杆(ZK)第9页/共80页（2）圆弧圆柱蜗杆传动(ZC)中间平面中蜗杆齿廓：凹圆弧蜗轮齿

3、廓：凸圆弧第10页/共80页2、环面蜗杆传动、环面蜗杆传动中间平面中：蜗杆、蜗轮为直线齿廓第11页/共80页 3、锥蜗杆传动、锥蜗杆传动第12页/共80页二、蜗杆传动的特点二、蜗杆传动的特点1 1）传动比大）传动比大;2 2）结构紧凑）结构紧凑,传动平稳，噪声小；传动平稳，噪声小；3 3）摩擦、磨损严重，效率低；）摩擦、磨损严重，效率低；4 4）蜗轮需减摩、耐磨材料制造，成本高；）蜗轮需减摩、耐磨材料制造，成本高；5 5）当蜗杆的导程角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆）当蜗杆的导程角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性能；传动具有自锁性能；6 6）对制造和安装误差较为敏感，安装中心距的精

4、度要）对制造和安装误差较为敏感，安装中心距的精度要求较高。求较高。第13页/共80页三、普通圆柱蜗杆传动的精度GB/T10089-1988对蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12个精度等级，1级精度最高，依次降低。与齿轮公差相仿，蜗杆、蜗轮和蜗杆传动的公差也分成三个公差组。普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以69级应用得最多。第14页/共80页5.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸中间平面 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。第15页/共80页1 1、模数、模数m m和压力角和压力角 正确啮合条件正确啮合条件d1Bpda2a2da2d2df 2Ldf1da1hahfh 蜗轮、蜗杆旋向相同蜗轮、蜗杆旋向相

5、同一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择第16页/共80页蜗杆的头数z1通常为1，2，4，6。当要求蜗杆传动具有大的传动比或蜗轮主动自锁时，取z1=1，此时传动效率较低；当要求蜗杆传动具有较高的传动效率时，取z1=2，4，6。2 2、蜗杆头数蜗杆头数z z1 1、蜗轮齿数、蜗轮齿数z z2 2及传动比及传动比 i第17页/共80页蜗轮的齿数主要由传动比来确定,蜗轮的齿数z2=i12 z2为了避免蜗轮轮齿发生根切，理论上应使不小于17。但当z226时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性，通常规定z2 28。当z280时，由于蜗轮直径较大，使得蜗杆的支承跨度也相应增大，从而降低了蜗杆的刚度。故在

6、动力蜗杆传动中，常取z2=2880。第18页/共80页 蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2z1 少 i 增加z1多 增加 加工困难一般z1=1,2,4,6z2 少 产生根切 z2 17 传动平稳性不佳 z2 28z2 多 d2(=m z2)增加 蜗杆跨距增加 刚度降低 z2 80 28 z2 80分析1分析2d2 大d2 小第19页/共80页 传动比 i 和齿数比 u蜗杆主动蜗轮主动注意第20页/共80页3、蜗杆分度圆直径d1和直径系数qd1=m q直径系数模数分度圆直径注意：d1 m z14、蜗杆导程角引入直径系数q的目的？限制滚刀数目及便于滚刀的标准化。问题第21页/共80页分析：z1(q)旋向相

7、同：蜗杆左(右)蜗轮 左(右)=第22页/共80页d d1 11 11 1dd1 1lp pa1a11 1第23页/共80页第24页/共80页5、中心距 a注意第25页/共80页变位目的 配凑中心距配凑传动比提高传动能力或效率变位特点蜗杆尺寸不变，只对蜗轮变位原因避免滚刀尺寸变化二、蜗杆传动的变位 第26页/共80页为了配凑中心距或提高蜗杆传动的承载能力及传动效率，常采用变位蜗杆传动。变位方法与齿轮传动的变位方法相似，也是在切削时，利用刀具相对于蜗轮毛坯的径向位移来实现的。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与尺寸相同，所以为了保持刀具尺寸不变，蜗杆尺寸是不能变动的

8、，因而只能对蜗轮进行变位。第27页/共80页变位前变位后变位后蜗轮的分度圆与节圆仍旧重合d2=d2=m*z2或d2=d2=m*z2，但蜗杆在中间平面上的节线有所改变，不再与分度线重合d1=m*（q+2x2）（及当x20时d1d1）。第28页/共80页(1)若凑中心距：变位前后齿数不变，即(2)若凑传动比：变位前后中心距不变，即三几何尺寸计算(见课本p108表5-4）具体见P105表5-2蜗杆基本参数及蜗轮参数匹配第29页/共80页一失效形式：齿面点蚀，轮齿折断，齿面胶合，齿面磨损滑动速度 vs5.3圆柱蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择 第30页/共80页二、设计准则：开式闭式热平衡计算（

9、由于闭式蜗杆传动散热较难，温度升高，易 导致 胶合）蜗杆轴刚度计算（由于蜗杆受力变形，影响轮齿正确啮合）由于蜗杆与蜗轮间有较大的相对滑动，滑动速度较大，润滑、散热不良时，温升较高，从而增加了胶合与磨损的可能性，蜗杆传动的承载能力往往受到抗胶合能力的限制。要进行热平衡计算。但充分润滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大，摩擦系数越小，提高了传动效率。Z290第31页/共80页对材料的要求：足够强度，良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性三、蜗杆传动的常用材料第32页/共80页蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造，高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并经渗碳淬火；也可用40、45钢或40Cr并经淬火。这样可以提高

10、表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为(4055)HRC，经氮化处理后的硬度为(5562)HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理，其硬度为(220300)HBW。蜗杆：第33页/共80页常用的蜗轮材料为铸锡青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、铸铝铁青铜（ZCuA110Fe3）及灰铸铁（HT150，HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度3 m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但价格较便宜，一般用于滑动速度4 m/s的传动；滑动速度不高(2 m/s)，可采用灰铸铁制造。蜗轮：第34页/共80页蜗杆碳钢 如

11、：40 45 合金钢如：40Cr20Cr20CrMnTi蜗轮较软（多选青铜）vs3m/s 重要场合：铸锡青铜如：ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5vs 4m/s 较重要场合：铝铁青铜如：ZCuAl10Fe3vs 80 oC时如何？（增加散热能力）增加散热能力的措施增加散热面积高速轴上装风扇装冷却管路问题第65页/共80页蜗杆传动的散热措施蜗杆传动的散热措施第66页/共80页油泵油泵冷冷却却器器蜗杆传动的散热措施第67页/共80页四、蜗杆传动的润滑润润滑滑对对蜗蜗杆杆传传动动有有特特别别重重要要的的意意义义。蜗蜗杆杆传传动动的的设设计计包包括括合合理理地地选选择润滑油和润滑方式择润滑油

12、和润滑方式。实实验验证证明明，当当啮啮合合条条件件、箱箱体体结结构构、工工作作环环境境等等一一定定时时，蜗蜗杆杆传传动动的的承载能力、效率与润滑油的粘度、粘度指数及添加剂有关。承载能力、效率与润滑油的粘度、粘度指数及添加剂有关。润滑油的粘度及润滑方式的选取见表。润滑油的粘度及润滑方式的选取见表。第68页/共80页1润滑油粘度选择高速轻载选粘度小低速重载选粘度大2润滑方式vs 5m/s 油池蜗杆浸油vs 510m/s 油池或喷油蜗轮浸油vs 10m/s 喷油下蜗杆式侧蜗杆式蜗杆浸油一齿高上蜗杆式：浸油1/3蜗轮外径第69页/共80页一蜗杆：整体式（可车可铣）二蜗轮齿圈式：青铜齿圈与铸铁轮芯配合H

13、7/r6而成，加装紧定螺钉 用于尺寸不太大，工作温度变化较小的场合螺栓联接式：用于尺寸较大或容易磨损的蜗轮，可用普通螺栓也可用铰制孔用螺栓进行联接整体绕铸式：主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮拼铸式：在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈，然后切齿，只用于成批制造的蜗轮5.6圆柱蜗杆、蜗轮的结构设计第70页/共80页蜗杆结构蜗杆通常与轴做成一个整体。只有当时，才采用装配式。第71页/共80页第72页/共80页齿圈式齿圈式螺栓连接式螺栓连接式浇铸浇铸式式整体式整体式第73页/共80页蜗轮结构第74页/共80页整体式蜗轮整体式蜗轮第75页/共80页齿圈式蜗轮齿圈式蜗轮第76页/共80页铰制孔螺栓连接式铰制孔螺

14、栓连接式浇铸式浇铸式第77页/共80页Fa2Fa3Ft1Z1Fr1Fa1Z2n4Ft4Fr4Fa41、已知：一对锥齿轮与蜗杆传动，、已知：一对锥齿轮与蜗杆传动，Z1的转向如图示，的转向如图示，求：（求：（1）定出蜗杆和蜗轮的合理旋向及蜗轮的转向。）定出蜗杆和蜗轮的合理旋向及蜗轮的转向。（2）绘出主动锥齿轮和蜗轮的受力方向）绘出主动锥齿轮和蜗轮的受力方向n1n3n2右旋右旋练习练习第78页/共80页 2 2、已知：斜齿轮、蜗杆减速器。、已知：斜齿轮、蜗杆减速器。Z Z1 1的转向和旋向如图，的转向和旋向如图，若使中间轴受力最小，画出若使中间轴受力最小，画出1 1）蜗轮的转向和旋向）蜗轮的转向和旋向 。2 2）画）画出出Z Z2 2和蜗杆传动的受力图。和蜗杆传动的受力图。Z1Z2Ft2Fr2Fa2Ft4Fa4Fr4Ft3Fa3Fr3Z3Z4右旋；顺时针转动右旋；顺时针转动n1 1n2 2n3 3练习练习第79页/共80页感谢您的观看！第80页/共80页