機(jī)械設(shè)計(jì)11蝸桿傳動(dòng).ppt

1、青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,第11章 蝸桿傳動(dòng),11-1 蝸桿傳動(dòng)概述,11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,11-3 普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸,11-4 普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,11-6 圓柱蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),11-5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,11-1 蝸桿傳動(dòng) 概述,作用： 用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 蝸桿主動(dòng)、蝸輪從動(dòng)。,90,形成：若單個(gè)斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且1很大時(shí)，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。,所得齒輪稱(chēng)為:蝸桿。,而嚙合件稱(chēng)為:蝸輪。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,改進(jìn)措施：將刀具做成蝸桿狀，用范成法切

2、制蝸輪， 所得蝸輪蝸桿為線(xiàn)接觸。,優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。,分度機(jī)構(gòu)：i=1000, 通常i=880,缺點(diǎn)： 傳動(dòng)效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿,11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),環(huán)面蝸桿,錐蝸桿,錐蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋形成的，而蝸輪在外觀上就像一個(gè)曲線(xiàn)錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機(jī)加工而成的。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱

3、蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車(chē)床上用直線(xiàn)刀刃的車(chē)刀切制而成，車(chē)刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿,圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的區(qū)別僅是加工用的車(chē)刀為圓弧刀刃。,傳動(dòng)特點(diǎn)：,1）傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)90%以上；,2）承載能力高，約為普通圓柱蝸桿的1.52.5倍；,3）結(jié)構(gòu)緊湊。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿

4、傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,阿基米德蝸桿,單刀加工,阿基米德蝸桿(ZA),青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,阿基米德蝸桿(ZA),阿基米德蝸桿,雙刀加工,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿(ZI),漸開(kāi)線(xiàn)

5、蝸桿,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,法向直廓蝸桿(ZN),青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,法向直廓蝸桿(ZN),dx,延伸漸開(kāi)線(xiàn),車(chē)刀對(duì)中齒槽中心法面,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通

6、圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK),是一種非線(xiàn)性螺旋齒面蝸桿。不能在車(chē)床上加工，只能在銑削或磨削，加工時(shí)工件作螺旋運(yùn)動(dòng)，刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng),圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,環(huán)面蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：,1）傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)8590%；,2）承載能力高，約為阿基米德蝸桿的24倍；,3）要求制造和安裝精度高。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,類(lèi)型,環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

7、,圓柱蝸桿傳動(dòng),11-2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型,錐蝸桿傳動(dòng),普通圓柱蝸桿傳動(dòng),圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng),阿基米德蝸桿,漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,錐蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：,1）同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；,2）傳動(dòng)比范圍大，一般為10360；,3）承載能力和傳動(dòng)效率高；,4）制造安裝簡(jiǎn)便，工藝性好。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,蝸桿旋向：左旋、右旋(常用),精度等級(jí)：,對(duì)于一般動(dòng)力傳動(dòng)，按如下等級(jí)制造：,v17.5 m/s -7級(jí)精度；,v1 3 m/s -8級(jí)精度；,v11.5 m/s -9級(jí)精度；,判定方法：與螺旋和斜齒輪的旋向判斷方法相同。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,1. 正確

8、嚙合條件,中間平面：過(guò)蝸桿軸線(xiàn)垂直于蝸輪軸線(xiàn)。,正確嚙合條件是中間平面內(nèi)參數(shù)分別相等：,mt2=ma1=m ，t2 =a1= 取標(biāo)準(zhǔn)值,在中間平面內(nèi)，蝸輪蝸桿相當(dāng)于齒輪齒條嚙合。,一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù),11-3 普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,ZA蝸桿： a=20軸向,模數(shù)m取標(biāo)準(zhǔn)值，與齒輪模數(shù)系列不同。,2. 模數(shù)m和壓力角,壓力角,軸向壓力角與法向壓力角之間的關(guān)系：推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)機(jī)械原理斜齒條,tgn=tgn /cos,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)量，規(guī)定d1只能取標(biāo)準(zhǔn)值。,蝸輪蝸桿輪齒旋向相同.,若 90, 12, 1+1 90

9、,蝸輪右旋,蝸桿右旋,1+2,定義s=e的圓柱稱(chēng)為蝸桿的分度圓柱。,3.蝸桿的分度圓直徑d1,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,摘自GB10085-88,括號(hào)中的數(shù)字盡可能不采用,稱(chēng)比值 為蝸桿的特性系數(shù)。,q=d1/m,一般取:q=818,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,4. 蝸桿頭數(shù)z1,蝸桿頭數(shù)z1 ：即螺旋線(xiàn)的數(shù)目。,蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，相當(dāng)于齒條移動(dòng)z1個(gè)齒，推動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)過(guò)z1個(gè)齒。,通常?。?z1=1 2 4 6,5. 蝸桿的導(dǎo)程角,將分度圓柱展開(kāi)得：,= z1 pa1/d1,=mz1/d1,tg1=l/d1,=z1/q,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,6. 傳動(dòng)比 i 和齒數(shù)比 u,

10、傳動(dòng)比 :,若想得到大 i , 可?。?z1=1，但傳動(dòng)效率低。,對(duì)于大功率傳動(dòng) , 可?。?z1=2，或 4。,蝸輪齒數(shù)： z2= i z1,為避免根切： z2 26,一般情況： z2 80,z2過(guò)大 , 蝸桿長(zhǎng)度, 剛度、嚙合精度,結(jié)構(gòu)尺寸,= u,-齒數(shù)比,7. 蝸輪齒數(shù)z2,a =(d1 +d1 )/2,8. 蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距,= m(q+ z1) /2,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,二、圓柱蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算,由蝸桿傳動(dòng)的功用，以及給定的傳動(dòng)比 i , z1, z2,計(jì)算求得 m、d1,計(jì)算幾何尺寸,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇,主要

11、失效形式： 膠合、點(diǎn)蝕、磨損。,材料,蝸輪齒圈采用青銅：減摩、耐磨性、抗膠合。,蝸桿采用碳素鋼與合金鋼：表面光潔、硬度高。,材料牌號(hào)選擇：,高速重載蝸桿：20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火5662HRC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表面淬火4555HRC),一般蝸桿：40 45 鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為220250HBS),蝸輪材料： vS 12 m/s時(shí) ZCuSn10P1錫青銅制造。,vS 12 m/s時(shí) ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅,vS 6 m/s時(shí) ZCuAl10Fe3鋁青銅。,vS 2 m/s時(shí)球墨鑄鐵、灰鑄鐵。,11-4 普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算,蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是齒面相

12、對(duì)滑動(dòng)速度大，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重和磨損加劇。,二、蝸桿傳動(dòng)的常用材料,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,三、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,* 蝸桿的剛度計(jì)算,* 蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 * 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,為了防止齒面過(guò)度磨損引起的失效，應(yīng)進(jìn)行：,* 傳動(dòng)系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算,為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進(jìn)行：,為了防止過(guò)熱引起的失效，就要進(jìn)行：,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,四、圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析,法向力可分解為三個(gè)分力：,圓周力：Ft,軸向力：Fa,徑向力：Fr,且有如下關(guān)系：,Ft1 = Fa2,Fr1 = Fr2,Fa1 = Ft2,=2T1 / d1,=2T2 / d2,=

13、 Ft2 tg,式中：T1 、T1分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。,T2= T1 i ,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,由相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理可知:,齒面間滑動(dòng)速度vS,= v1 / cos ,作速度向量圖，得:,v2 = v1 tg,蝸輪的轉(zhuǎn)向:,CW,蝸輪轉(zhuǎn)向的確定,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,右旋蝸桿：伸出左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的 切向速 度vp2的方向與拇指指向相同。,用手勢(shì)確定蝸輪的轉(zhuǎn)向：,左旋蝸桿：用右手判斷，方法一樣。,蝸輪的轉(zhuǎn)向,因蝸輪蝸桿相當(dāng)于螺旋副的運(yùn)動(dòng)，有一種實(shí)用且簡(jiǎn)便的轉(zhuǎn)向判別方法：,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,蝸桿傳動(dòng)受力方向的判定,2)蝸輪切向力指向與其

14、轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，且 Ft2=-Fa1 ；,4)蝸輪蝸桿所受徑向力垂直于各自的軸線(xiàn)， 且 Ft1=-Fa2 ； ；,3)蝸桿切向力指向與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，且 Ft1=-Fa2 ；,1)蝸桿所受扭矩T1與轉(zhuǎn)動(dòng)方向1一致；,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,五、 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,齒面接觸強(qiáng)度校核公式：,由上式可得設(shè)計(jì)公式：,式中K為載荷系數(shù)，?。篕 = KA Kv K,Z- 接觸線(xiàn)長(zhǎng)度和曲率半徑對(duì)接觸強(qiáng)度的影響系數(shù)。,蝸輪齒面的接觸強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似，仍以赫茲公式為基礎(chǔ)。以蝸輪蝸桿的節(jié)點(diǎn)處嚙合相應(yīng)參數(shù)代入即可。,赫茲公式:,H -許用接觸應(yīng)力按下表選取。,1）接觸強(qiáng)度,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云

15、教授研制,動(dòng)載系數(shù)Kv ， 當(dāng)V2 3 m/s , Kv=11.1,當(dāng)V23 m/s , Kv=1.11.2,齒向載荷分布系數(shù)K ，當(dāng)載荷平穩(wěn)時(shí) ,取K =1,當(dāng)載荷變化時(shí) ,取K =1.11.3,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,2）蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度 計(jì)算,校核計(jì)算：,設(shè)計(jì)公式：,F-許用彎曲應(yīng)力；,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,2）蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度 計(jì)算,校核計(jì)算：,設(shè)計(jì)公式：,YFa2 -為蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)以及蝸輪 變位系數(shù)選取,詳見(jiàn)下頁(yè)線(xiàn)圖。,Y -為螺旋角影響系數(shù)， Y =1-/140,F-許用彎曲應(yīng)力；,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制

16、,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,一、蝸桿傳動(dòng)的效率,功率損耗：嚙合損耗、軸承摩擦損耗、攪油損耗。,蝸桿主動(dòng)時(shí)，總效率計(jì)算公式為：,式中: 為蝸桿導(dǎo)程角;,v稱(chēng)為當(dāng)量摩擦角， v=arctg f v,f v為當(dāng)量摩擦系數(shù) ，,11-5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算, Z1,效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為： 蝸桿頭數(shù)Z1 總 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95, tg1 =Z1 /q,v， f v取值見(jiàn)下頁(yè)表,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制, 蝸桿加工困難, 過(guò)大,當(dāng) 28 時(shí)，效率增加很少。,當(dāng) v 時(shí)，蝸桿具有自鎖性，但效率很低。50%,上述

17、公式不直觀，工程上常用以下估計(jì)值。,閉式傳動(dòng)：,z1=1 =0.700.75,z1=2 =0.750.82,z1=4 =0.870.92,z1=1、2 =0.600.70,開(kāi)式傳動(dòng)：,在=45-/2 處效率曲線(xiàn)有極大值。,f v =tgv =0.12,一般?。? 25,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑,若潤(rùn)滑不良，,效率顯著降低,早期膠合或磨損,潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)而言，至關(guān)重要。,潤(rùn)滑油：,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,當(dāng)vs 510 m/s時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深，約為一個(gè)齒高。,當(dāng)vs 1015 m/s時(shí)，采用壓力噴油潤(rùn)滑。,當(dāng)v1

18、 4 m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算,由于蝸桿傳動(dòng)效率低，發(fā)熱量大，若不及時(shí)散熱，會(huì)引起箱體內(nèi)，油溫升高，潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此，對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算,由熱平衡條件：H1= H2,其中：P1-蝸桿傳遞的功率；,d-表面散熱系數(shù)；一般?。篸=8.1517.45 W/(m2 ),S-散熱面積, m2, 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對(duì)于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計(jì)算。,摩擦損耗產(chǎn)生的熱量: H1=1000P1(1-),箱璧散發(fā)的熱量: H2=d S(t0- ta ),-蝸桿傳遞的效率；,t0-工作油溫，一般?。?070 ,ta-工作環(huán)境溫度，一般?。?0 ,保持工作溫度所需散熱面積：,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,當(dāng)工作油溫： t0 80 或散熱面積不足時(shí)，應(yīng)采取散熱措施：,1）增加散熱面積-加散熱片；,2）提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)- 加風(fēng)扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。,青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制,