第七章 蜗杆传动ppt课件

1、第七章第七章 蜗杆传动蜗杆传动7-1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸7-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构蜗杆传动的失效形式、材料及结构7-4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算7-5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算7-1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点7-1-1蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型 蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，用蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，用于传递交错轴间的运动和动力，如图于传递交错轴间的运动和动力，如图7-1所示，通常两轴交错角为所示，通常两轴交错角为90, 蜗杆为

2、主蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。动件，蜗轮为从动件。 根据蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为根据蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为圆柱面蜗杆传动圆柱面蜗杆传动图图7-2(a),环面蜗杆传环面蜗杆传动动图图7-2(b)和锥蜗杆传动和锥蜗杆传动图图7-2(c) 圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。和圆弧圆柱蜗杆传动。 根据普通圆柱蜗杆螺旋面形状的不同，根据普通圆柱蜗杆螺旋面形状的不同，可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆和锥面包络蜗杆等四种，其中阿直廓蜗杆和锥面包络蜗杆等四种，其中阿基米德蜗杆由于加工方便，应用最为广泛。

3、基米德蜗杆由于加工方便，应用最为广泛。下-页 前往7-1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点7-1-2蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点 (1)结构紧凑、传动比大结构紧凑、传动比大 (2)传动平稳、噪声小。传动平稳、噪声小。 (3)具有自锁性。具有自锁性。 (4)传动效率低。传动效率低。 (5)制造成本高。制造成本高。 上-页 前往7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸 7-2-1基本参数基本参数 1.模数模数m和压力角和压力角 蜗轮蜗杆啮合时，蜗杆的轴向齿距应与蜗轮端面分度圆蜗轮蜗杆啮合时，蜗杆的轴向齿距应与蜗轮端面分度圆齿距相等即在中间平面上蜗杆的轴向模数和轴向压力角

4、应分齿距相等即在中间平面上蜗杆的轴向模数和轴向压力角应分别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，亦取标准值别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，亦取标准值(标准模标准模数值，见表数值，见表7-1)。由于两轴线相交，蜗杆分度圆上的导程角。由于两轴线相交，蜗杆分度圆上的导程角应与蜗轮分度圆上的螺旋角月大小相等且旋向相同，即蜗杆应与蜗轮分度圆上的螺旋角月大小相等且旋向相同，即蜗杆传动的正确啮合条件为传动的正确啮合条件为:1212xtxtmmm下-页 前往7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸 2.传动比传动比i、蜗杆头数、蜗杆头数z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z2 蜗杆传动的传动比蜗杆传

5、动的传动比i为主动的蜗杆为主动的蜗杆(蜗轮蜗轮)角速度与从动蜗角速度与从动蜗轮轮(蜗杆蜗杆)角速度的比值，通常蜗杆为主动件，即角速度的比值，通常蜗杆为主动件，即式中式中n1和和n2分别为蜗杆和蜗轮的转速，分别为蜗杆和蜗轮的转速，r/min 在蜗杆传动中，蜗杆每分钟转过的齿数应等于蜗轮每分在蜗杆传动中，蜗杆每分钟转过的齿数应等于蜗轮每分钟转过的齿数，即钟转过的齿数，即1122nin1 122z nz n 上-页 下-页 前往7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸故故 但应注意，蜗杆传动比但应注意，蜗杆传动比L不等于蜗轮和蜗杆分度圆直径之不等于蜗轮和蜗杆分度圆直径之比。比。

6、3.蜗杆导程角蜗杆导程角 蜗杆螺旋线有左、右旋之分，蜗杆螺旋线有左、右旋之分，-般多为右旋。按照螺纹形般多为右旋。按照螺纹形成原理，如图成原理，如图7-6所示，蜗杆分度圆上的导程角所示，蜗杆分度圆上的导程角为为:1221nzinz11111tanxz pz mdd 上-页 下-页 前往7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸 导程角的大小与传动效率有关，导程角越大传动效率越导程角的大小与传动效率有关，导程角越大传动效率越高高4.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1，蜗杆直径系数，蜗杆直径系数q 为保证蜗杆传动的正确啮合，切制蜗轮的滚刀直径及齿为保证蜗杆传动的正确啮合，切制蜗轮

7、的滚刀直径及齿形参数与相应的蜗杆基本相同。形参数与相应的蜗杆基本相同。 蜗杆分度圆直径不仅与模数有关，而且还与头数和导程蜗杆分度圆直径不仅与模数有关，而且还与头数和导程角有关，加工同角有关，加工同-模数的蜗轮要求准备多把蜗轮滚刀，给刀具模数的蜗轮要求准备多把蜗轮滚刀，给刀具的制造带来了困难，也不经济。为了减少滚刀规格，并使刀的制造带来了困难，也不经济。为了减少滚刀规格，并使刀具标准化，国家标准规定蜗杆分度圆直径具标准化，国家标准规定蜗杆分度圆直径d.为标准值，见表为标准值，见表7-1 上-页 下-页 前往7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸 蜗杆分度圆直径与模数的比值

8、称为蜗杆直径系数，用蜗杆分度圆直径与模数的比值称为蜗杆直径系数，用q表示，即表示，即 式中式中:d1和和m均为标准值，导出的均为标准值，导出的q不不-定为整数。定为整数。111tandqmzqdqm 上-页 下-页 前往7-2蜗杆传动的基木参数与几何尺寸蜗杆传动的基木参数与几何尺寸5.中心距中心距a 标准蜗杆传动中心距为标准蜗杆传动中心距为:7-2-2蜗杆传动的几何尺寸蜗杆传动的几何尺寸标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸的计算公式见表标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸的计算公式见表7-312222ddmaqz 上-页 前往7-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构蜗杆传动的失效形式、材料及结构7-3-1齿面滑动速

9、度齿面滑动速度vs 如图如图7-7所示，蜗杆和蜗轮啮合时，齿所示，蜗杆和蜗轮啮合时，齿面间有较大的相对滑动速度。滑动速度面间有较大的相对滑动速度。滑动速度vs的大小为的大小为:7-3-2失效形式失效形式 蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似，似，-般情况下，失效总发生在强度较弱般情况下，失效总发生在强度较弱的蜗轮上。由于蜗杆传动齿面间相对滑动的蜗轮上。由于蜗杆传动齿面间相对滑动速度较大，摩擦产生的热量多，故闭式蜗速度较大，摩擦产生的热量多，故闭式蜗杆传动的主要失效形式是点蚀和胶合。开杆传动的主要失效形式是点蚀和胶合。开式传动的主要失效形式是齿面磨损和轮齿式传动的主

10、要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。折断。2211 112cos60 1000cossvd nvvv下-页 前往7-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构蜗杆传动的失效形式、材料及结构7-3-3蜗轮、蜗杆常用材料蜗轮、蜗杆常用材料 针对蜗杆传动的失效形式，要求蜗杆针对蜗杆传动的失效形式，要求蜗杆和蜗轮的材料不仅要具有足够的强度，更和蜗轮的材料不仅要具有足够的强度，更要有良好的耐磨性、减磨性和抗胶合能力。要有良好的耐磨性、减磨性和抗胶合能力。 1. 蜗杆材料蜗杆材料 蜗杆蜗杆-般用碳钢或合金钢制造。般用碳钢或合金钢制造。 2. 蜗轮材料蜗轮材料 蜗轮常用青铜和铸铁制造。蜗轮常用青铜和铸铁制造。7-3-4

11、蜗杆和蜗轮的结构蜗杆和蜗轮的结构 蜗杆通常与轴做成蜗杆通常与轴做成-体，称为蜗杆轴。常体，称为蜗杆轴。常见的蜗杆轴结构如图见的蜗杆轴结构如图7-8所示，其中图所示，其中图7-8(a), 7-8(b)的结构既可车制也的结构既可车制也 上-页 下-页 前往7-3 蜗杆传动的失效形式、材料及结构蜗杆传动的失效形式、材料及结构可铣制，但刚度较其他两种差，图可铣制，但刚度较其他两种差，图7-8(c)的结构由于齿根圆的结构由于齿根圆直径小于相邻轴段直径，只能铣削。直径小于相邻轴段直径，只能铣削。 蜗轮常见的结构有整体式和组合式两种。铸铁蜗轮和小蜗轮常见的结构有整体式和组合式两种。铸铁蜗轮和小尺寸青铜蜗轮常

12、采用整体式结构，如图尺寸青铜蜗轮常采用整体式结构，如图7 -9所示。较大尺寸所示。较大尺寸的蜗轮，为了节省有色金属，常采用青铜齿圈和铸铁轮芯的的蜗轮，为了节省有色金属，常采用青铜齿圈和铸铁轮芯的组合结构。图组合结构。图7-10(a)所示是在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈，所示是在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈，然后切齿，常用于成批制造的蜗轮然后切齿，常用于成批制造的蜗轮;图图7-10(b)所示是过盈所示是过盈配合将齿圈装在铸铁的轮芯上，为了增加联接的可靠性，常配合将齿圈装在铸铁的轮芯上，为了增加联接的可靠性，常在结合缝处拧上螺钉，螺钉孔中心线要偏向铸铁在结合缝处拧上螺钉，螺钉孔中心线要偏向铸铁-边，以易于边，

13、以易于钻孔钻孔;图图7-10(c)所示为当蜗轮直径较大时，齿圈和轮芯可所示为当蜗轮直径较大时，齿圈和轮芯可采用绞制孔用螺栓联接。采用绞制孔用螺栓联接。 上-页 前往7-4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算7-4-1蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析1.轮旋转方向的判定轮旋转方向的判定 蜗轮旋转方向按照蜗杆的螺旋线旋向蜗轮旋转方向按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方向应用左、右手定则判定。如图和旋转方向应用左、右手定则判定。如图7-11(a)所示，当蜗杆为右旋，顺时针所示，当蜗杆为右旋，顺时针方向旋转方向旋转(沿轴线向左看沿轴线向左看)时，则用右手，时，则用右手，四个拇指顺着蜗杆转向握起来，大拇指沿

14、四个拇指顺着蜗杆转向握起来，大拇指沿蜗杆轴线所指的相反方向即为蜗轮上节点蜗杆轴线所指的相反方向即为蜗轮上节点速度方向，因此蜗轮逆时针方向旋转。当速度方向，因此蜗轮逆时针方向旋转。当蜗杆左旋时，则用左手按相同方法判定蜗蜗杆左旋时，则用左手按相同方法判定蜗轮转向，如图轮转向，如图7-11(b)所示。所示。 2.轮齿上的作用力轮齿上的作用力 如图如图7-12所示的蜗杆传动，以蜗杆为所示的蜗杆传动，以蜗杆为主动件，作用在齿主动件，作用在齿下-页 前往7-4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算面上的法向力式，可以分解成三个相互垂直的分力面上的法向力式，可以分解成三个相互垂直的分力: 切向力切向力Ft、轴

15、向力、轴向力Fa和径向力和径向力Fr。力的大小为。力的大小为 蜗杆切向力和蜗轮轴向力是蜗杆切向力和蜗轮轴向力是-对作用力与反作用力因为蜗杆对作用力与反作用力因为蜗杆为主动件，所以其切向力的方向与蜗杆受力点的圆周速度方为主动件，所以其切向力的方向与蜗杆受力点的圆周速度方向相反。向相反。 1121221222222tantatartaTFFdTFFdFFF 上-页 下-页 前往7-4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 蜗杆轴向力和蜗轮切向力是蜗杆轴向力和蜗轮切向力是-对作用力与反作用力对作用力与反作用力蜗杆蜗杆轴向力的方向可用主动轮左、右手定则来判断。从动件蜗轮轴向力的方向可用主动轮左、右手定则

16、来判断。从动件蜗轮切向力切向力F,的方向与蜗轮受力点的圆周速度方向相同，据此可的方向与蜗轮受力点的圆周速度方向相同，据此可以判断蜗轮的转动方向。以判断蜗轮的转动方向。 蜗杆和蜗轮的径向力方向从作用点指向各自的轮心。蜗杆和蜗轮的径向力方向从作用点指向各自的轮心。7-4-2蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 蜗轮轮齿面的接触疲劳强度计算与斜齿轮相似，仍以赫蜗轮轮齿面的接触疲劳强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹应力公式为基础，按蜗杆传动在节点处的啮合条件来计算兹应力公式为基础，按蜗杆传动在节点处的啮合条件来计算蜗轮轮齿面的接触应力。经推导，对钢制蜗杆与青铜或铸铁蜗轮轮齿面的接触应力。经推导，对钢制蜗杆

17、与青铜或铸铁蜗轮蜗轮.蜗轮街面的解除疲劳强度验算公式为蜗轮街面的解除疲劳强度验算公式为: 上-页 下-页 前往7-4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 上式代入上式代入d2=z2m整理后得蜗轮齿面接触疲劳强度的设计计算整理后得蜗轮齿面接触疲劳强度的设计计算公式公式: 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力，大都超过齿面疲劳蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力，大都超过齿面疲劳点蚀和热平衡计算素所限定的承载能力。只有在少数情况点蚀和热平衡计算素所限定的承载能力。只有在少数情况2212500HHKTd d2212500Hm dz 上-页 下-页 前往7-4蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算下，在

18、受强烈冲击或重载的蜗杆传动或蜗轮采用脆性材料时，下，在受强烈冲击或重载的蜗杆传动或蜗轮采用脆性材料时，蜗轮轮齿的弯曲变形直接影响其运动精度或轮齿折断，计算蜗轮轮齿的弯曲变形直接影响其运动精度或轮齿折断，计算弯曲强度是必须的。需要计算时可参考有关资料。弯曲强度是必须的。需要计算时可参考有关资料。 上-页 前往7-5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算算7-5-1蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率包含三部分闭式蜗杆传动的总效率包含三部分:考考虑轮齿啮合齿面间摩擦损耗的效率虑轮齿啮合齿面间摩擦损耗的效率;考虑考虑轴承摩擦损耗的效率轴承摩擦损耗的效率;考虑浸

19、入油池中的考虑浸入油池中的零件搅动润滑油损耗的效率。其中主要是零件搅动润滑油损耗的效率。其中主要是考虑轮齿齿面摩擦损失的效率，其大小可考虑轮齿齿面摩擦损失的效率，其大小可近似地用螺旋传动的效率公式计算。后两近似地用螺旋传动的效率公式计算。后两项功率算是不大，其效率项功率算是不大，其效率-般为般为0. 950. 97。当蜗杆主动时，蜗杆传动的总效率。当蜗杆主动时，蜗杆传动的总效率为为tan0.95 0.97tanv下-页 前往7-5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算算7-5-2蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑 为了提高蜗杆传动的效率，降低齿面为了提高蜗杆传动的效率，降低

20、齿面的工作温度，避免胶合和减少磨损，对蜗的工作温度，避免胶合和减少磨损，对蜗杆传动进行良好的润滑是很重要的。杆传动进行良好的润滑是很重要的。 闭式蜗杆传动的润滑油钻度和给油方闭式蜗杆传动的润滑油钻度和给油方法，法，-般可根据蜗轮蜗杆的相对滑动速度、般可根据蜗轮蜗杆的相对滑动速度、载荷类型等参考表载荷类型等参考表7-8选择。开式传动则选择。开式传动则采用钻度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。采用钻度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。对于青铜蜗轮，不允许采用抗胶合能力强对于青铜蜗轮，不允许采用抗胶合能力强的活性润滑油，以免腐蚀青铜齿面。的活性润滑油，以免腐蚀青铜齿面。 对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，在对闭

21、式蜗杆传动采用油池润滑时，在搅油损失不致过大的情况下，应使油池保搅油损失不致过大的情况下，应使油池保持适当的油量，以利于蜗杆传动的散热。持适当的油量，以利于蜗杆传动的散热。-般情况下置式蜗杆传动的浸油深度为蜗般情况下置式蜗杆传动的浸油深度为蜗杆的杆的-个齿高，上个齿高，上 上-页 下-页 前往7-5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算算置式蜗杆传动的浸油深度约为蜗轮外径的置式蜗杆传动的浸油深度约为蜗轮外径的1/3 。7-5-3蜗杆传动的热平衡蜗杆传动的热平衡 由于蜗杆传动的效率低，发热量大，若不及时散热，会使由于蜗杆传动的效率低，发热量大，若不及时散热，会使润滑油温度升高、钻度降低、油膜破坏而引起润滑失效，导润滑油温度升高、钻度降低、油膜破坏而引起润滑失效，导致齿面胶合并加剧磨损。因此对闭式传动应进行热平衡计算，致齿面胶合并加剧磨损。因此对闭式传动应进行热平衡计算，将润滑油的温度控制在许可的范围内。将润滑油的温度控制在许可的范围内。 由于功率损耗，在单位时间内产生的热量为由于功率损耗，在单位时间内产生