高职《机械设计基础》蜗杆传动.ppt

第11章蜗杆传动§11-1蜗杆传动的组成、特点和类型§11-2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算§11-3蜗杆传动的失效形式§11-4蜗杆传动的材料和结构本章要求1.了解蜗杆传动的特点、类型、失效形式2.掌握蜗杆传动的基本参数§11-1蜗杆传动的组成、特点和类型一、蜗杆传动的组成蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮和机架组成的传动装置，用于传递空间两交错轴间的运动和动力。一般蜗杆与蜗轮的轴线在空间互相垂直交错成90°。通常情况下在传动中蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。二、蜗杆传动特点（1）传动平稳，噪声小。（2）传动比大，结构紧凑。（3）可以实现自锁。（4）传动效率低，发热量大。（5）为降低摩擦、减小磨损、提高齿面抗胶合能力，蜗轮齿圈常用贵重的青铜合金制造，成本高。由上述特点可知，蜗杆传动适用于传动两轴空间交错，传动比大，i=8～80，常用i=15～50，传递功率不大，并且做间歇运转的机床、汽车、仪器仪表、起重运输机械、冶金机械及其他机械的减速装置中。其最大传递功率可达750kW，但通常在50kW以下。三、蜗杆传动的类型按蜗杆传动的形状不同，可分为：1.圆柱蜗杆传动，按蜗杆的轴面齿形形状可分为（1）普通圆柱蜗杆传动①阿基米德圆柱蜗杆传动（ZA型）：在过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的中间平面中蜗杆为梯形齿条，蜗轮为渐开线齿轮，蜗杆与蜗轮的啮合相似于齿条与齿轮的啮合。此种蜗杆难以磨削，因此精度不高，在无需磨削加工的情况下广泛采用。②渐开线圆柱蜗杆传动（ZI型）：蜗杆端面为渐开线齿廓。这种蜗杆可磨削，并可保证较高的精度，但磨削需专用机床。③法面直尺廓圆柱蜗杆传动（ZN型）：蜗杆在法截面上的齿形为直边梯形，在端面内齿形为延伸渐开线。这种蜗杆不易磨削，难以获得较高的精度。④锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK型）：此种蜗杆用锥面盘状铣刀和锥面盘状砂轮加工而成。蜗杆磨削及蜗轮加工较容易，可获得较高的精度和硬度。（2）圆弧齿圆柱蜗杆（ZC蜗杆）传动：非直纹面圆柱蜗杆，在中间平面上蜗杆的齿廓为凹圆弧，与之相配的蜗轮齿廓为凸圆弧。特点：①蜗杆与蜗轮两共轭齿面是凹凸啮合，提高了齿面接触强度。②摩擦系数小，齿面磨损少，传动效率可达95%以上。③在蜗杆强度不削弱的情况下，能增大蜗轮的齿根厚度，使蜗轮轮齿的弯曲强度增大。④传动比范围大，imax=100，制造工艺复杂，质量轻。⑤传动中心距难调整，对中心距误差的敏感性强。2.环面蜗杆传动机构：承载能力较强。3.锥面蜗杆传动机构：结构不对称，不能正、反转。普通圆柱蜗杆传动加工制造简单，应用最广泛。本章仅介绍以阿基米德蜗杆为代表的普通圆柱蜗杆传动。其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。阿基米德圆柱蜗杆传动（ZA型）；渐开线圆柱蜗杆传动（ZI型）法面直尺廓圆柱蜗杆传动（ZN型）锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK型）圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧齿圆柱蜗杆传动在中间平面上蜗杆的齿廓为凹圆弧，与之相配的蜗轮齿廓为凸圆弧。这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；三、蜗杆传动的类型同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载能力和效率较高；结构不对称。（ZC蜗杆）§11-2蜗杆传动的基本参数和尺寸计算垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。在蜗杆传动的设计计算中，均以中间平面上的基本参数和几何尺寸为基准。蜗杆传动类似于螺旋传动。按螺旋(蜗杆的螺旋齿)的方向，蜗杆有右旋和左旋之分，一般多用右旋蜗杆，特殊情况下才用左旋。蜗杆上只有一条螺纹线的称单头蜗杆，有两条及以上螺纹线的称为多头蜗杆，通常蜗杆的头数z1=1、2、4。蜗杆传动一、蜗杆传动的主要参数及其选择1.蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4。蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2=iz1。z2不宜太小（如z2≥28)，否则将使传动平稳性变差。Z2也不宜太大，最好不大于80，一般Z2选32～63，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆长度增加，蜗杆刚度小而易变形，从而影响啮合精度。见表11-1。1221zznni传动比i12dd2.模数m和压力角a蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即ma1=mt2=maa1=at2=20°3.导程角γ11111dmzdmzdLtanγ—蜗杆分度圆导程角；L—蜗杆螺旋线的导程（mm）；mzpzLa111在m和d1为标准值时，z1↑→γ↑正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且γ＝bβ—蜗轮分度圆螺旋角。d1—蜗杆分度圆直径（mm）；m—标准模数（mm）。11111dmzdmzdLtanPa1—蜗杆轴向齿距（mm）；4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一个标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。直径d1与模数m的比值称为蜗杆直径系数。见表11-2mdq1当模数m一定时，q值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。5.中心距mzqdda)(21)(21221二、蜗杆传动的几何尺寸计算（见表11-3）标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称dahfhadfdbcamqd1mzd2mhamhf2.1mqda)2(1mZda)2(22mqdf)4.2(1mZdf)4.2(22qZarctg1bmc2.0mzqdda)(.)(.2215050γγ1.蜗杆传动的滑动速度vscoscos1000601112221ndvvvvsV1—蜗杆分度圆圆周速度（m/S）；V2—蜗轮分度圆圆周速度（m/s）；d1—蜗杆分度圆直径（mm）；n1—蜗杆转速（r/min）；γ-蜗杆分度圆上的导程角。§11-3蜗杆传动的失效形式和计算准则2.齿轮的失效形式蜗杆传动的失效形式有：齿面点蚀、磨损、胶合和轮齿折断等。由于蜗杆传动的工作齿面间相对滑动速度较大、发热量大，增大了产生齿面胶合和磨损的可能性，尤其在润滑不良、散热条件不好时，齿面胶合的可能性更大。在闭式蜗杆传动中，主要失效形式是齿面胶合和点蚀，在开式蜗杆传动中，主要是齿面磨损和轮齿折断。3.蜗杆传动的计算准则（1）对于闭式蜗轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。（2）对于开式蜗轮传动，或传动时载荷变动较大，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。（3）由于蜗杆传动时摩擦严重、发热量大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效。4.蜗杆传动的材料（1）通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。（2）高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。（3）低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。（4）蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。