第12章-蜗杆传动-机械设计基础-课件.ppt

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1、第第12章章 蜗杆传动蜗杆传动12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算设计：潘存云12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型作用：作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。用于传递交错轴之间的回转运动和动力。蜗杆主动、蜗轮从动。蜗杆主动、蜗轮从动。

2、9090形成：形成：若单个斜齿轮的齿数很少若单个斜齿轮的齿数很少（如（如z1=1）而且而且1 1很很大时，大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。11 1所得齿轮称为所得齿轮称为:蜗杆。蜗杆。而啮合件称为而啮合件称为:蜗轮。蜗轮。蜗杆蜗杆设计：潘存云22 2蜗轮蜗轮设计：潘存云改进措施：改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为所得蜗轮蜗杆为线接触线接触。点接触点接触优点：优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：分度机构：i=1000,i=1000,通常通

3、常i=8i=88080缺点：缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。线接触线接触设计：潘存云设计：潘存云类型类型按螺旋面形按螺旋面形状分：状分：阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆环面蜗杆环面蜗杆按形状分有：按形状分有：圆柱蜗杆圆柱蜗杆环面蜗杆环面蜗杆设计：潘存云设计：潘存云圆柱蜗杆圆柱蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆设计：潘存云 阿基米德螺线阿基米德螺线渐开线渐开线基圆基圆2设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云中间平面中间平面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

4、等：正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：mt2t2=ma1a1=m，t2=a1=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。12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数2设计：潘存云设计：潘存云为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d d1 1只能取标准值。只能取标准值。蜗轮蜗杆轮齿旋向相同蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.若若 9090 1 12 2tt2 21 1 1 1+1 1 9090蜗轮右旋蜗轮右旋蜗杆右旋蜗杆右旋1 1+2 21 11 1

5、d d1 1s=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。e e s sd d2 2压力角压力角:=20模数模数m 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。分度传动，推荐用分度传动，推荐用 =15动力传动，推荐：动力传动，推荐：=25第一系列第一系列1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4,5,6.3 8 10,12.5,16,20,25,31.5,40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 GB10088-88GB10088-882.模数模数m和压力角和压力角 设计：潘存云3.传动比传动比 i

6、、蜗杆头数、蜗杆头数z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z2蜗杆头数蜗杆头数z1：即螺旋线的数目。即螺旋线的数目。d d蜗蜗杆杆转转动动一一圈圈，相相当当于于齿齿条条移移动动z1个齿，推动蜗轮转过个齿，推动蜗轮转过z1个齿。个齿。传动比传动比 :z1z2 =-n2n1i=-通常：通常：z1=14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：为避免根切：z2 26 一般情况：一般情况：z2 80 80 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

7、尺寸结构尺寸设计：潘存云设计：潘存云表表12-2 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 713 1427 2840 40蜗杆头数蜗杆头数z1 4 2 2、1 1蜗轮齿数蜗轮齿数z2 2852 2854 2880 40将分度圆柱展开得：将分度圆柱展开得：=z=z1 1 p px1x1/d/d1 1=mz=mz1 1/d/d1 1 tgtg1 1=l/d/d1 1 4.蜗杆的导程角蜗杆的导程角dd1 1lp px1x11 1d d1 11 11 1m11.251.62d1182022.42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)

8、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表表121 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 mm 20 q=12.5 28 q=17.51.6设计：潘存云设计：潘存云1 11 112p12p右旋蜗杆：右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速切向速 度度vp2p2的方向与拇指指向相反。的方向与拇指指向相反。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

9、旋蜗杆：用左手判断，方法一样。用左手判断，方法一样。2 22 2v2v2模型验证模型验证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：7.7.中心距中心距a=r1+r2=m(q+z2)/2ar1r2二、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用，以及给定的传动比由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i,z1 z2 计算求得计算求得 m、d1 计算几何尺寸计算几何尺寸表表 12-3 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 式式蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径齿顶高齿顶高齿根高齿根高

10、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 df=1.2mq df=1.2mq 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)设计：潘存云二、二、蜗杆蜗轮的结构蜗杆蜗轮的结构蜗杆通常与轴制成一体蜗杆通常与轴制成一体z1=1或或2时：时：b1(11+0.06z2)mz1=4时时:b1(12.5+0.09z2)m设计：潘存云b1 蜗杆轴蜗杆

11、轴蜗杆长度蜗杆长度b1的确定：的确定：设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云蜗轮齿宽角蜗轮齿宽角 90130 轮圈厚度轮圈厚度 C 1.6m+1.5 mm轮缘宽度轮缘宽度B 0.75da 0.67 da 蜗轮顶圆直径蜗轮顶圆直径de2 da2+2m da2+1.5m da2+2m 蜗杆头数蜗杆头数Z11 2 4蜗轮的常用结构：蜗轮的常用结构：整体式整体式组合式组合式过盈配合过盈配合de2de2de2de2BBBBccc组合式组合式螺栓联接螺栓联接组合式铸造组合式铸造骑缝螺钉骑缝螺钉48个，孔心向硬边偏移个，孔心向硬边偏移=23mm设计：潘存云设计：潘存云12-4 圆柱蜗杆传动的受力分

12、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：Ft1=Fa2 Fr1=Fr2 Fa1=Ft2=2T1/d1=2T2/d2=Ft2 tg式中：式中：T1、T1分别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。T2=T1 i 212-5 圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算齿面接触强度验算公式：齿面接触强度验算公式：a2KAT2H=Z=ZE EZ ZH MPaMPa由上式可得设计公式：由上式可得设计公式：式中式中:KA-使用系

13、数，取：使用系数，取：K=1.11.4蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。赫兹公式赫兹公式:Z-接触系数接触系数,查表查表12-11.ZE-材料综合弹性系数材料综合弹性系数,钢与铸锡青铜配对时钢与铸锡青铜配对时,取取150;钢与铝青铜灰铸铁配对时钢与铝青铜灰铸铁配对时,取取160一一 接触强度接触强度表表121 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 mmm11.21.62d1182022.42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5

14、(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当蜗轮采用铝青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主当蜗轮采用铝青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动速度来确定。速度来确定。表表12-5 铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力H Mpa蜗轮材料蜗轮材料蜗杆材料蜗杆材料滑动速度滑动速度vs m/sZQA

15、l10-3HT 150淬火钢淬火钢*渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢0.525013011012301159021090701801601202346890*蜗杆未经淬火时需将表中蜗杆未经淬火时需将表中H值值降低降低20%。HT 150、HT 200二二 弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度主平面内相当于齿条与斜齿轮啮合 YFa2 蜗轮齿形系数 当量齿数，图11-8 F蜗轮齿形系数，查表10-8.验算公式:设计公式:式中:四、蜗杆的刚度计算 计算模型：简支梁,挠度为合成挠度为:式中:E-材料弹性模量,Mpa;I-危险截面惯性矩;l-支点跨矩,mm;Y-许用挠度.表表12-6 当量摩擦系数和当量摩擦角当量摩擦系数和

16、当量摩擦角蜗轮材料蜗轮材料 锡青铜锡青铜 无锡青铜无锡青铜蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度 HRC45 其他情况其他情况 HRC45 滑动速度滑动速度 vs m/s f f f 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.18 10.2 0.10 0.08 4.57 0.09 5.14 0.13 7.4 0.50 0.055 3.15 0.065 3.72 0.09 5.14 1.00 0.045 2.58 0.055 3.15 0.07 4 2.00 0.035 2 0.045 2.58 0.055 3.15 3.00 0.028 1.6 0.035 2 0.045 2.58 4.00 0

17、.024 1.37 0.031 1.78 0.04 2.29 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03 0.026 1.49 0.03 1.72 10.0 0.016 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74 对动力传动，宜采用多头蜗杆对动力传动，宜采用多头蜗杆 蜗杆加工困难蜗杆加工困难 过大过大当当 28 时，效率时，效率增加很少。增加很少。当当 时，蜗杆具有自锁性，但效率时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。很低。1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力

18、喷油润滑。当当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。三、三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内，油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此，对连续工作的闭式蜗杆传动必须进行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：对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：t=i iA A1000P1000P1 1(1-)(1-)tt=(t-tt=(t-t0 0)-温度差；温度差；P P1 1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率；i i-表面散热系数；一般取：表面散热系数；一般取：i i=10

19、17 W/(m2)A A-散热面积散热面积,m,m2 2,指箱体外壁与空气接触而内壁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，其散热面积按散热面积按50%50%计算。计算。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云tt-温差许用值，一般取：温差许用值，一般取：tt=6070 要求油温：要求油温：t=t0+t 90 不能满足要求时，可采取冷却措施：不能满足要求时，可采取冷却措施：1 1）增加散热面积）增加散热面积-加散热片；加散热片；2 2）提高表面传热系数）提高表面传热系数-加风扇、冷却水管、循环油冷却。加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水本本 章章 重重 点点(1)(1)熟悉蜗杆传动的特点。熟悉蜗杆传动的特点。(2)(2)了解蜗杆传动的类型、应用、材料和结构。了解蜗杆传动的类型、应用、材料和结构。(3)(3)掌握普通圆柱蜗杆的主要参数和几何尺寸计算。掌握普通圆柱蜗杆的主要参数和几何尺寸计算。