第11章 蜗杆传动(第11章)

1、1 第11章 蜗杆传动 2 11.1蜗杆传动的特点和应用 一.特点： 1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=580； 2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮 合和退出，故冲击小、噪声低； 3.可自锁：升角小于当量摩擦角时； 4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损 严重。但新型蜗杆的传动效率 已可达90%以上。 3 二、 蜗杆传动的类型 a ）圆柱蜗杆传动 b）环面蜗杆传动 c）锥蜗杆传动 4 1. 普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动：根据蜗杆的不同齿 廓形状及形成机理，可分为： 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 渐开线蜗杆 （ZI蜗杆） 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 5 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 车削工艺好，

2、 精度低， 中小载荷， 使用逐渐 减少 中间平面齿廓为直线 6 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 法面齿廓为直线 7 渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 效率高； 传递功率 较大 端面齿廓为渐开线 8 11. 2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 在中间平面，普通圆柱蜗杆 传动相当于齿轮和齿条的啮合， 设计时以中间平面的参数为基准。 2.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1 直径系数直径系数q ： m d q 1 2121tata mm 一、蜗杆传动的主要参数 1.模数模数m和压力角和压力角 ：在中间平面，即 蜗杆轴平面与蜗轮端面的m和压力角相等 且为标准值。 9 3.蜗杆头数蜗杆头数z1： 常取 1、 2、 4

3、、 6 传动效率 ： 估取 0.7、0.8、0.9、0.95。 蜗轮齿数蜗轮齿数z2 ： 保证一定的重合度，传动平稳； 保证抗弯强度、蜗杆的刚度。 802817 22 zz，常取 为什么对蜗杆头数和蜗轮齿数有限制？ 蜗杆头数少，能得到大的传动比，但导程角小、效率低、 发热量大，故载荷大且连续工作时不宜用单头蜗杆。如 传动要自锁，应选单头。蜗杆头数多，效率高，但过多 加工困难，所以要限制蜗杆头数不宜过多。 从传动的平稳性考虑，蜗轮齿数少，同时啮合齿的对数少， 传动的平稳性差。齿数愈多，蜗轮直径愈大，蜗杆愈长， 蜗杆刚度愈小，所以蜗轮的齿数要限制。 10 轴向齿距;导程 1 1 1 1 1 1 x

4、z xz pp q z d mz d pz d p tg 4.导程角导程角 ： 1 d Z p x p 11 m d q 1 （1） q z d mz d pz d p tg xz1 1 1 1 1 1 （2） 蜗杆分度圆蜗杆分度圆d1，导程角，导程角 和直径系数和直径系数q关系：关系： A.从（1）知，当m一定时，q值增大，则d1变大，蜗杆的刚 度及强度相应提高，因此当m较小时，q选较大值 B.因为在（2）式中，当q取小值时，增大，效率随之提高， 故在蜗杆轴刚度允许的情况下，应尽可能选较小的q值。 为了满足各种需要，对于同一为了满足各种需要，对于同一m允许允许q值在一定范围内变动，值在一定范

5、围内变动， 以便选用不同的标准蜗杆直径。以便选用不同的标准蜗杆直径。 12 5.中心距中心距a： )( 2 )( 2 1 221 zq m dda )( 1 2 1 2 2 1 d d z z n n i 6.传动比传动比i： 13 二、二、蜗轮的变位 蜗杆传动变位的特点 ：为了保持刀具尺寸不 变，不能改变蜗杆的尺寸，因而常对蜗轮进行变位。 （1）变位前后，蜗轮齿数不变，改变中心距： （2）变位前后，中心距不变，蜗轮齿数变化： 12 1 (2) 2 aamxddmx 2 2 2 22 22 22 22 zz xxzz xzq m zq m a 则故 ）（）（因 aa x m 则变位系数 14

6、11.3 蜗杆传动的失效形式及常用材料 1.失效形式： 失效经常发生在蜗轮的轮齿上；滑动速 度VS大，发热量大，更易胶合和磨损。 2.设计准则：同齿轮传动；必要时核算热平衡。 3.材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶 合性 蜗杆 20Cr渗碳淬火 ；40Cr、35CrMo淬火 ；45调质 蜗轮 ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 VS3 重要传动 VS 4 m/s VS 2 m/s 耐磨性好、抗胶合 价格便宜 经济、低速 15 按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算； 之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度， 并进行热平衡计算。 2. 设计准则 闭式传动： 开式传动： 通常只计算蜗

7、轮的齿根弯曲疲劳强度。 16 11.4 蜗杆传动的受力分析和效率计算 一、一、 蜗杆传动的受力分析 2 1 1 1 2 at F d T F 1 2 2 2 2 at F d T F tgFFF trr221 n a n F F coscos 1 iTT 12 17 圆柱蜗杆传动 Fa1Ft1 Fr1 Fa2 Ft2 Fr2 18 练习 2a F 右旋 求蜗杆的旋向？ Fa1 2t F 求蜗杆的转向？ 1a F 练 习 19 二、二、 蜗杆传动的载荷系数 载荷系数 K=KAK Kv 使用系数使用系数 KA 齿齿向载荷分配系数向载荷分配系数K =11.3 1.6 （载荷平稳、变化、振动、冲击）

8、动载系数动载系数 Kv =1.01.1（v2 3m/s）；）； 1.11.2（v2 3m/s）。）。 20 润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合； 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。 sV v v根据滑动速度当量摩擦系数 。当量摩擦角； ;: : cos100060 : 11 nd vs滑动速度 v1 v2 vS 三、三、 蜗杆传动的相对滑动速度 相对滑动速度很大产生的利弊： 21 四、四、 蜗杆传动的效率 321 蜗杆导程角: : vs v当量摩擦角，根据滑动速度查表 (0.950.96) () v tg tg 1 () : v tg tg 蜗轮主动时

9、 96. 095. 0 3232 一般取：轴承效率搅油效率 22 z -接触系数接触系数,接触线长度和曲率半径的影响 zE-弹性影响系数弹性影响系数，,（钢对青铜或铸铁 zE = 160 ） 取标准值取标准值 m、d1、q、 11.5 圆柱蜗杆传动的设计计算 一.齿面接触疲劳强度计算 2 3 HEH KT Z Z a 校核公式： 3 2 2 () E H Z Z aKT 设计公式： 0.875 1 1 2 0.68 2 da ad m z 粗定中心距后计算： 23 二二. 蜗轮的许用接触应力 锡青铜： 主要为接触疲劳失效，与应力循环次数 N 有关 8 7 10 N KK HNHHNH 灰铸铁及

10、铝铁青铜：主要取决于胶合失效，与滑动 速度vs有关 24 三、三、 蜗轮蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 2 2 12 1.53 cos FFaF KT YY d d m 校核式： 9 6 10 N KK FNFNFF 寿命系数 2 2 12 2 1.53 cos Fa F KT m dYY z 设计式： 2 11 m dmd由：确定 、 25 四、四、 蜗杆的刚度计算 322 11 48 tr lFF yy EI 。许用挠度， ；蜗杆轴支点跨距，初取 ；危险截面的惯性矩， 1000/ 9 . 0 64 1 2 4 1 dyy dll d II 26 五、五、 蜗杆传动的散热计算(热平衡计算 ) 1.

11、热平衡计算的方法 )1 (1000 1 PH单位时间内的发热量： 20 hA() I Htt单位时间内的散热量： 21 HH 工作温度tI 6070C 原因：由于蜗杆传动的相对滑动速度大，传动效率低，在 工作时会产生大量的热。若闭式蜗杆传动的散热条件不足， 则使温度升高，润滑油的粘度下降，从而引起润滑油膜破 裂，引起润滑失效，导致齿面胶合，所以必须对蜗杆传动 进行热平衡计算。 27 热平衡计算1 即 011 11000tthAP 75.1 100 33.0 a A（a传动的中心距） 有散热片时： hA P ttt )1 (1000 1 01 油的温升： 5570 h表面传热系数，一般取 h(

12、12 18 ) W/(m2)； A 箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算， t1润滑油的工作温度()； 通常取 t1 20 式中：P1传动的输入功率（kW)； t0环境温度()。 摩擦产生的热量散发的热量 28 热平衡计算2 蜗杆传动的散热措施 自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施： 1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积。 2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。 3）在油池内安装冷却管路。 4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器） 。 散热片 溅油轮 风扇 过滤网 集气罩 29 热平衡计算3 通水 油泵 过滤器 冷却器 传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器 30 六、六、 蜗杆传动的润滑 一、 润滑油和润滑方式的选择的 润滑油牌号、.粘度及给油方法、润滑油量 二、蜗杆的布置 上置蜗杆,下置蜗杆 一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。 蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。给油