第9章蜗杆传动.ppt

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1、概述概述一、特点和应用一、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P 1000KW（通常50KW），Vs 35 m/s（通常15 m/s）。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12zzi 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z1173）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

2、安装精度要求高9.1 9.1 蜗杆传动的材料和失效形式蜗杆传动的材料和失效形式cos100060cos111ndvvs1 1、齿面相对滑动速度、齿面相对滑动速度9.1.1 9.1.1 蜗杆传动的材料蜗杆传动的材料12p1作速度向量图，得作速度向量图，得:v22 v111p2v1v2vsv vs s减摩性减摩性 、强度、强度不能都用硬材料不能都用硬材料1 1、蜗轮、蜗轮指齿冠部分材料：指齿冠部分材料：减摩材料减摩材料铸锡青铜：铸锡青铜：v vs s1226m/s1226m/s铸铝青铜：铸铝青铜：v vs s10m/s10m/s，抗胶合能力差，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强铸铝黄铜：抗点蚀能力

3、强,耐磨性差耐磨性差,用于用于v vs s小场合小场合HTHT、QTQT：v vs s2m/s2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2 2、蜗杆、蜗杆材料材料碳钢碳钢合金钢合金钢热处理热处理硬面蜗杆：硬面蜗杆：首选首选 淬火淬火磨削磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。选用。2 2、蜗杆传动的材料、蜗杆传动的材料9.1.2 9.1.2 蜗杆传动的失效形式和设计准则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、折断失效形式：与齿轮传动类似：胶合、点蚀、磨损、折断v vs s、发热、发热 主要为：主要为：胶合胶合、磨损磨损

4、、点蚀点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮蜗轮上。上。蜗杆传动的设计准则：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。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，多因齿面点蚀而失效。闭式传动：润滑良好时，多因齿面点蚀而失效。润滑不良时，将发生齿面胶合失效。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，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。再按齿根弯曲强度进行较核。同时，同时，为保证散热，还应进行热平衡计算为保证散热，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，开式传动：多发生齿面

5、磨损和轮齿折断，设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。9.2 9.2 蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的受力分析和强度计算uTT12(蜗杆主动蜗杆主动)蜗杆传动总效率蜗杆传动总效率nntndTFFcoscos2coscos222忽略忽略F Ff f圆周力：圆周力：12222atFdTF轴向力：轴向力：11122taFdTF径向力：径向力：122tanrtrFFF9.2.1 9.2.1 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析蜗杆头数蜗杆头数z z1 1 1 2 3 41 2 3 4总效率总效率 0.7 0.8 0.85 0.9 0.7 0.8 0.85 0.9效率

6、与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：方向判定：方向判定：1 1）蜗轮转向）蜗轮转向已知：已知：n n1 1、旋向、旋向n n2 2左、右手定则：四指左、右手定则：四指n n1 1、拇指、拇指反反向：啮合点向：啮合点v v2 2nn2 22 2）各分力方向）各分力方向F Fr r：指向各自轮心指向各自轮心F Ft t蜗杆蜗杆与与n n1 1反向反向蜗轮蜗轮与与n n2 2同向同向12atFFF Fa a蜗杆蜗杆：左、右手定则左、右手定则蜗轮：蜗轮：12taFFn2n13 3）旋向判定）旋向判定蜗轮与蜗杆旋向相同蜗轮与蜗杆旋向相同。v2练习：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1

7、Ft2右旋右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮为输入，大锥齿轮轴轴为输出，轴为输出，轴转向如图。转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4 n3 n2 Ft2 Fa2 2.Fa3 Fa2 Ft1 n1蜗轮右旋蜗轮右旋n n4 4输出输出1 12 23 34 4蜗杆蜗杆右旋右旋9.2.2 9.2.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对接触强度计算接触强度计算25.322122HEHzdmTKZHHNHK0校核式2221225.3zZKTdmHE设计式参数说明：参数说

8、明：1 1）T T2 2蜗轮转矩蜗轮转矩,N,N mmmm2 2）K K使用系数使用系数,表表9.29.2（同齿轮传动）（同齿轮传动）3 3）Z ZE E弹性系数弹性系数,表表9.39.3，P195P195112uTT（蜗杆主动）（蜗杆主动）4 4）K KHNHN寿命系数寿命系数,P195,P1955)5)H0基本许用接触应力，表基本许用接触应力，表9.49.4，9.59.5，P196P196YYZKTdmYYmddKTFFFF222122212F7.17.1设计计算：校核计算：由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算齿根弯曲应力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

9、以通常采用条件性计算：是比较困难的。所以通常采用条件性计算：将蜗轮近似地将蜗轮近似地视为斜齿轮，按斜齿轮弯曲强度计算。视为斜齿轮，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蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 F F 蜗轮的许用弯曲应力，蜗轮的许用弯曲应力，P197,P197,表表9.79.7Y YFaFa蜗轮齿形系数，由蜗轮的当量齿数蜗轮齿形系数，由蜗轮的当量齿数z zv2v2=z z2 2/cos/cos3 3 和和 蜗轮的变位系数从教材表蜗轮的变位系数从教材表9.69.6中查得。中查得。Y Y螺旋角影响系数，螺旋角影响系数，Y Y=1-=1-/140/1409610NKFNnLjnN

10、260弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。参数说明：参数说明：9.2.4 蜗轮的刚度校核蜗轮的刚度校核 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：径为直径的轴段，校核其弯曲刚度，即：yLEIFFyrt32121489.3.1 9.3.1 蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率与齿轮类似：与齿轮类似：32

11、11 1、啮合、啮合 1 1：近似按螺旋副计算：近似按螺旋副计算)tan(tan1v（蜗杆主动）（蜗杆主动）tan)tan(1v（蜗轮主动）（蜗轮主动）v v当量摩擦角，与当量摩擦角，与v vs s有关。有关。（p199p199，表，表9.89.8）9.3 9.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算说明：说明：1 1）v vs sv v v v 油膜易形成油膜易形成 1 12 2）为影响为影响 1 1的主要因素的主要因素：1 101dd245v时，时，1 1 max max此后，此后，1 1一般取一般取3028后：后：缓慢缓慢 大时，加工困难大时，加工困难2 2、

12、2 2 搅油效率：搅油效率：99.098.023 3、3 3 轴承效率：轴承效率：99.03蜗杆头数蜗杆头数z1 1 2 3 4总效率总效率 0.7 0.8 0.85 0.9 0.7 0.8 0.85 0.9效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率%f v v=tg=tgv v=0.12=0.12自锁极限自锁极限若润滑不良若润滑不良 效率效率显著降低显著降低 早期胶合或磨损早期胶合或磨损润滑对蜗杆传动而言，至关重要。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。蜗杆传

13、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。蜗杆传动的相对滑动蜗杆传动的相对滑动 速度速度vs/(m/s)0102.5055101015152525载荷类型载荷类型重重重重中中(不限不限)(不限不限)(不限不限)(不限不限)运动粘度运动粘度v40/cSt90050035022015010080给油方法给油方法油池润滑油池润滑喷油润滑喷油润滑 或或油池润滑油池润滑喷油润滑时的喷油压力喷油润滑时的喷油压力/MPa0.7239.3.2 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑润滑方式的选择：润滑方式的选择：当当v1510 m/s时，采用时，采用油池浸油润滑油池浸油润滑。润滑油量的选择既要考虑充分的

14、润滑，又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。不致产生过大的搅油损耗。当当v1 5 m/s时，时，蜗杆置于上方蜗杆置于上方（上置式）。（上置式）。浸油深度约为蜗轮外径的浸油深度约为蜗轮外径的1/3 当当v144 5 m/s时，时，蜗杆置于下方蜗杆置于下方（下置式）。（下置式）。浸油深度应为蜗杆的一个齿高，但油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。面不应超过轴承最低滚动体的中心。给油方法包括：给油方法包括：油池润滑油池润滑、喷油润滑喷油润滑等。等。油池润滑油池润滑当当vs 1015 m/s时，采用时，采用压力喷油润滑压力喷油润滑。喷油嘴要对准蜗杆

15、。喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。啮入端，而且要控制一定的油压。压力喷油润滑压力喷油润滑9.3.3 9.3.3 蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算由于由于发热大发热大易胶合易胶合即：即：发热率发热率Q Q1 1=散热率散热率QQ2 2摩擦功耗：摩擦功耗：)1(1000)1(11PKWPPf)1(10001PQ冷却散去的热量：冷却散去的热量：)(02ttAKQis环境温度环境温度t t0 0=20=20箱内工作温度箱内工作温度散热面积散热面积表面传热系数，表面传热系数，)/(5.175.82cmWKS则：则：21QQ CtAKPtsi8070)1(100001热平衡计算热平衡

16、计算不能满足要求时，可采取冷却措施：不能满足要求时，可采取冷却措施：1 1）A A加散热片加散热片；2 2）K KS S加风扇加风扇、冷却水管冷却水管、循环油冷却循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水散热片溅油轮风扇过滤网集气罩空气流空气流 散热片风扇散热片风扇1 1、z z1 1、z z2 2、i、u 表表9.109.10蜗杆蜗杆头数头数z z1 1：蜗杆上蜗旋线的数目。：蜗杆上蜗旋线的数目。z z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6等等z z1 1加工困难加工困难12uzz传递动力：传递动力：282z（传动平稳性，避免根切）传动平稳性，避免根切）1002z(z(z2 2d d2 2蜗杆轴长蜗杆轴长刚度刚度)一般取一般取z z2 2=3280=3280 z z1 1zz2 2：互质互质均匀磨损均匀磨损1221ddnni12zzu 蜗杆主动时蜗杆主动时:2112nnizzu9.4 9.4 圆柱蜗杆传动的结构设计圆柱蜗杆传动的结构设计基本齿廓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。中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。mc2.09.4.1 9.4.1 蜗