機械設計電子教案第六章 蝸桿傳動

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1、 第六章第六章 蝸桿傳動蝸桿傳動東北大學國家工科機東北大學國家工科機械基礎課程教學基地械基礎課程教學基地目目 錄錄6-1 蝸桿傳動的特點和類型6-2 蝸桿傳動的主要參數(shù)與幾何尺寸6-3 蝸桿傳動的失效形式、設計準則、常用材料6-4 蝸桿傳動的受力分析、轉(zhuǎn)向判定與滑動速度6-5 蝸桿傳動的承載能力計算6-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計6-16-1蝸桿傳動的特點和類型一、特點一、特點3 3、傳動比大，準確恒定，一般、傳動比大，準確恒定，一般 i=5=580802 2、重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低、重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低 （連續(xù)嚙合）（連續(xù)嚙合）6 6、齒面間滑動速度大，發(fā)熱磨損大（需熱平衡計算）、

2、齒面間滑動速度大，發(fā)熱磨損大（需熱平衡計算）5 5、可實現(xiàn)自鎖（效率低于、可實現(xiàn)自鎖（效率低于40%40%）904 4、傳動效率低，、傳動效率低，z z1 1=1=0.7=1=0.70.75,0.75,z z1 1=2=0.75=2=0.750.820.827 7、技術(shù)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù):n:n1 1=4000 r/min;v=4000 r/min;v1 1=69 m/s;=69 m/s;P=1000kW;T P=1000kW;T2 2=700 kNm=700 kNm1 1、傳遞空間交錯軸間運動與動力常用、傳遞空間交錯軸間運動與動力常用二、類型二、類型 6-16-1蝸桿傳動的特點和類型、圓圓環(huán)環(huán)面

3、面蝸蝸桿桿2、圓圓錐錐蝸蝸桿桿3、圓圓柱柱蝸蝸桿桿1）阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿（ZA)1(）漸漸開開線線蝸蝸桿桿（ZI)2(圓圓弧弧圓圓柱柱蝸蝸桿桿)5(）延延伸伸漸漸開開線線蝸蝸桿桿（ZN)3(）錐錐面面包包絡絡圓圓柱柱蝸蝸桿桿（ZK)4(）阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿（ZA)1(6-16-1蝸桿傳動的特點和類型、圓圓柱柱蝸蝸桿桿1齒型：軸垂面：阿基米德螺線齒型：軸垂面：阿基米德螺線 軸軸 面：直廓（面：直廓（x1=20直齒條齒廓直齒條齒廓）特點：加工方便，應用廣，不能磨削，精度低特點：加工方便，應用廣，不能磨削，精度低加工：直刃車刀，切削刃過軸線加工：直刃車刀，切削刃過軸線6-16-1蝸桿傳動

4、的特點和類型）漸漸開開線線蝸蝸桿桿（ZI)2(加工：兩把梯形直刃刀加工，切削刃面與蝸桿基圓柱相切加工：兩把梯形直刃刀加工，切削刃面與蝸桿基圓柱相切 齒形：軸垂面：漸開線，齒形：軸垂面：漸開線，軸剖面：凸齒廓軸剖面：凸齒廓 基圓柱切面基圓柱切面:直齒廓直齒廓 特點：可滾切、磨削，制造精度高特點：可滾切、磨削，制造精度高6-16-1蝸桿傳動的特點和類型）延延伸伸漸漸開開線線蝸蝸桿桿（ZN)3(加工：直刃車刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內(nèi)加工：直刃車刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內(nèi) 齒形：蝸桿：軸垂面：延伸漸開線，齒形：蝸桿：軸垂面：延伸漸開線，軸剖面：凸齒廓軸剖面：凸齒廓 法法 面：直廓（齒形角面：直廓（

5、齒形角n=20）特點：可車、指狀銑刀、盤銑刀加工，磨削困難特點：可車、指狀銑刀、盤銑刀加工，磨削困難6-16-1蝸桿傳動的特點和類型）（錐錐面面包包絡絡圓圓柱柱蝸蝸桿桿蝸蝸桿桿ZK)4(加工：直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內(nèi)加工：直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內(nèi)齒形：蝸桿：軸垂面：近似阿基米德螺線齒形：蝸桿：軸垂面：近似阿基米德螺線 軸剖面：凸齒廓軸剖面：凸齒廓 齒法面：凸齒廓齒法面：凸齒廓特點：不能車，可銑、可磨獲得高精度，應用廣泛特點：不能車，可銑、可磨獲得高精度，應用廣泛6-16-1蝸桿傳動的特點和類型圓圓弧弧圓圓柱柱蝸蝸桿桿)5(加工：凸圓弧車刀車削加工加工：凸圓弧車刀車削加工

6、齒形：蝸桿軸剖面：凹圓弧齒形：蝸桿軸剖面：凹圓弧 蝸輪端面齒廓：蝸輪端面齒廓：凸凸圓弧圓弧特點：高承載特點：高承載(普蝸普蝸50%)50%)、高效、高效90%90%、應用廣泛、應用廣泛6-16-1蝸桿傳動的特點和類型、圓圓環(huán)環(huán)面面蝸蝸桿桿2、圓圓錐錐蝸蝸桿桿3三、精度等級三、精度等級 6-26-2蝸桿傳動的特點和類型1 1、精度等級：、精度等級：GB10095-88GB10095-88規(guī)定，規(guī)定，1-121-12級（級（1212級最低）級最低）2 2、精度選擇：傳動功率、使用條件、蝸輪圓周速度、精度選擇：傳動功率、使用條件、蝸輪圓周速度 （P141P141表表6-16-1）6-26-2蝸桿傳動

7、的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇1 1、模數(shù)、模數(shù)m m和齒形角和齒形角a a（1 1）中間平面：）中間平面：過蝸桿軸線、過蝸桿軸線、垂直蝸輪軸線的平面垂直蝸輪軸線的平面（2 2）嚙合關(guān)系：齒條、齒輪嚙合）嚙合關(guān)系：齒條、齒輪嚙合 mx1=mt2=m;a ax1=a at2=a a ；2 2=1 1 a a a acostantan11nx(3)(3)基準蝸桿齒形角：基準蝸桿齒形角：阿基米德蝸桿（阿基米德蝸桿（ZAZA）：）：a ax1x1=20=20 延伸漸開線蝸桿（延伸漸開線蝸桿（ZNZN）：）：a an1n1=20=20 漸開線蝸桿（漸開線蝸桿（ZIZI）：）：a a

8、n1n1=20=20 法面與軸面齒形角的關(guān)系：法面與軸面齒形角的關(guān)系：中間平面6-26-2蝸桿傳動的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇2 2、蝸桿的分度圓直徑、蝸桿的分度圓直徑d d1 1分析：蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同，分析：蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同，為了限制滾刀的數(shù)目，標準規(guī)定對應每一模數(shù)為了限制滾刀的數(shù)目，標準規(guī)定對應每一模數(shù),僅有有限僅有有限 數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d d1 1。mzpzdx1111tan)(tan11mqzmd 直直徑徑：d1(分度圓周長)mz1m6-26-2蝸桿傳動的主要參數(shù)和尺

9、寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇3 3、蝸桿的頭數(shù)、蝸桿的頭數(shù)z z1 1、z z2 2按傳動比按傳動比與與效率要求選定效率要求選定選取原則：選取原則：(1)i(1)i大，取大，取z z1 1小，（避免小，（避免z z2 2過大，蝸輪尺寸大）過大，蝸輪尺寸大）(2)(2)傳遞功率大，選大傳遞功率大，選大z z1 1(避免發(fā)熱、功率損失避免發(fā)熱、功率損失)(3)z(3)z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6(4)z(4)z2 2=27=278080（d d2 2、m m、z z2 2 的關(guān)系）的關(guān)系）z z1 1小，機構(gòu)緊湊、加工方便；效率較低；小，機構(gòu)緊湊、加工方便；效率較低；z z1

10、 1大，效率越高，加工困難。大，效率越高，加工困難。通常蝸桿頭數(shù)取為通常蝸桿頭數(shù)取為1 1、2 2、4 4、6 6。6-26-2蝸桿傳動的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇4 4、主要尺寸主要尺寸111tanmzzmd 22mzd )(21tan(21)(2121)2121zzmzzmdda 121221ddzznni 蝸輪蝸輪 蝸桿蝸桿二二.蝸桿傳動變位蝸桿傳動變位6-26-2蝸桿傳動的主要參數(shù)與幾何尺寸2 2、變位特點：刀具相對蝸輪輪坯徑向移動，刀具參數(shù)不變、變位特點：刀具相對蝸輪輪坯徑向移動，刀具參數(shù)不變mxaa2 maax/)(2 4 4、變位系數(shù)：、變位系數(shù)：中心距中

11、心距 變位系數(shù)變位系數(shù) /22dd mxdd2112 3 3、變位傳動：蝸輪變位、蝸桿不變、變位傳動：蝸輪變位、蝸桿不變 蝸輪尺寸改變，分圓節(jié)圓重合蝸輪尺寸改變，分圓節(jié)圓重合 蝸桿尺寸不變，節(jié)圓與分度圓不重合蝸桿尺寸不變，節(jié)圓與分度圓不重合1 1、變位目的：、變位目的：(1)(1)湊中距湊中距(2)(2)提高承載能力和傳動效率提高承載能力和傳動效率6-36-3蝸桿傳動的失效形式、設計準則、常用材料一、失效形式與設計準則一、失效形式與設計準則1 1、蝸桿剛度不足：蝸桿剛度不足：蝸桿齒強度高，只計算軸強度、剛度蝸桿齒強度高，只計算軸強度、剛度2 2、蝸輪膠合、點蝕、磨損蝸輪膠合、點蝕、磨損（條件性

12、設計）（條件性設計）閉式傳動：按接觸強度設計（降低許用應力考慮磨損、膠合）閉式傳動：按接觸強度設計（降低許用應力考慮磨損、膠合）校核彎曲強度校核彎曲強度開式傳動：按彎曲強度設計開式傳動：按彎曲強度設計3 3、系統(tǒng)過熱：熱平衡計算、系統(tǒng)過熱：熱平衡計算二、常用材料二、常用材料要求：強度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力要求：強度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力6-36-3蝸桿傳動的失效形式、設計準則、常用材料蝸輪材料蝸輪材料：錫青銅錫青銅:(ZCuSn10Pb1等等)，耐磨好，價格高，用于耐磨好，價格高，用于V VS S 3 m/s鋁青銅鋁青銅:(ZCuAl19Mn2等等)，耐磨差，強

13、度高，價格低，耐磨差，強度高，價格低V VS S 2 m/s鑄鑄 鐵：耐磨差，強度低，價格低，有自鎖要求傳動鐵：耐磨差，強度低，價格低，有自鎖要求傳動蝸桿材料：蝸桿材料：高速重載高速重載合金鋼合金鋼 滲碳淬火滲碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度、硬度5 5862HRC 表面淬火表面淬火(45，40Cr，40CrNi)、硬度、硬度4550HRC 一般低速中載一般低速中載碳鋼碳鋼(40，45)調(diào)質(zhì)，硬度調(diào)質(zhì)，硬度200300HBS一、輪齒受力分析一、輪齒受力分析6-46-4蝸桿傳動受力分析和載荷計算a211t12FdTF 2122t2a122diTdTFF 1t2r2r1tanx

14、FFFa a a a a a coscosFcoscosFn1t2n1a1nF iTT121、大小與相互關(guān)系、大小與相互關(guān)系判判定定：左左右右手手定定則則、蝸蝸桿桿軸軸向向力力a12F3 3、轉(zhuǎn)向判定、轉(zhuǎn)向判定)()2()()1(ttt向向力力關(guān)關(guān)系系主主動動輪輪旋旋向向、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向與與軸軸主主動動輪輪左左右右手手定定則則同同向向與與反反向向，與與圓圓周周力力從從從從主主主主vFvFF6-46-4蝸桿傳動受力分析和載荷計算6-46-4蝸桿傳動受力分析與載荷計算)(/15cos1滑滑動動速速度度大大，發(fā)發(fā)熱熱大大smvvs 4 4、滑動速度、滑動速度V VS S二、載荷計算二、載荷計算 a a c

15、oscosKFn1t2nncKFF計算載荷：計算載荷：KKKKvA）高高速速取取大大值值動動載載系系數(shù)數(shù)（2.11 vK66 使使用用系系數(shù)數(shù)，表表AK）載載荷荷平平穩(wěn)穩(wěn)取取小小齒齒向向載載荷荷分分布布系系數(shù)數(shù)（6.11 K6-56-5蝸桿傳動承載能力計算一、蝸輪齒面接觸強度計算（按齒輪方法推導）一、蝸輪齒面接觸強度計算（按齒輪方法推導）1 1、計算模型：中間平面，齒條與齒輪嚙合（斜齒）、計算模型：中間平面，齒條與齒輪嚙合（斜齒）2 2、接觸應力計算、接觸應力計算 LFZncEH a a coscos2 )1(122nnncdKTKFF計算載荷：計算載荷：a aa aa acos360,8.1

16、75.029.1 )2(1/minmin1/mindLLdLL蝸蝸輪輪包包圍圍蝸蝸桿桿理理論論弧弧長長端端面面重重合合度度接接觸觸線線長長度度變變動動系系數(shù)數(shù)接接觸觸線線長長：12sincos21 (3)xda a 6-56-5蝸桿傳動承載能力計算2/1604mmNZE）（49622212HHzmdKT 校校核核式式：322212496mmzKTdmH 設計式：設計式：NHHZ 87101NZZNNH 主要產(chǎn)生點蝕，主要產(chǎn)生點蝕，錫青銅抗膠合能力強，錫青銅抗膠合能力強，與速度有關(guān)，與速度有關(guān)，鋁青銅、鑄鐵磨損失效鋁青銅、鑄鐵磨損失效6-56-5蝸桿傳動承載能力計算二、蝸輪齒根彎強度計算（按斜齒

17、輪近似計算二、蝸輪齒根彎強度計算（按斜齒輪近似計算)1 1、計算模型：、計算模型：按斜齒輪近似計算按斜齒輪近似計算32221222212cos53.1/cos53.1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF 設計式：設計式：校核式：校核式：2 2、彎強度計算式、彎強度計算式96/10 (1)NYFNFF 許用應力許用應力式中：式中：86cos2322 查查表表按按當當量量齒齒數(shù)數(shù)）（zzYvFa11112arctan )3(dmzdmdm 精精算算、取取標標準準；計計算算按按彎彎強強度度設設計計時時，初初取取6-56-5蝸桿傳動承載能力計算三、蝸桿剛度計算（略）三、蝸桿剛度計算（略）1

18、 1、閉式蝸桿傳動效率、閉式蝸桿傳動效率四、蝸桿傳動效率與熱平衡計算四、蝸桿傳動效率與熱平衡計算=1.2.3（1 1）1 1嚙合效率嚙合效率)tan(tan1v v當量摩擦角，可根據(jù)滑動速度vs選取，cos100060cos111ndvvs 蝸桿分度圓導程角；蝸桿分度圓導程角；d d1 1蝸桿分度圓直徑；蝸桿分度圓直徑；n n1 1蝸桿的轉(zhuǎn)速。蝸桿的轉(zhuǎn)速。z1=1,z1=2,z1=4 z1=6=0.7 =0.7 =0.8 =0.8 =0.9 =0.9 =0.95=0.95估算估算總效率總效率（2 2）2 2軸承效率軸承效率 3 3攪油效率攪油效率一般取一般取 2 2.3 3=0.95=0.95

19、0.960.966-56-5蝸桿傳動承載能力計算、閉式蝸桿熱平衡計算、閉式蝸桿熱平衡計算120211)()1(1000HHttAKHPHd 熱熱平平衡衡條條件件：散散熱熱功功率率：發(fā)發(fā)熱熱功功率率：CAKPttd)1(100010 平平衡衡油油溫溫：AA有效散熱面積（箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外可散熱）有效散熱面積（箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外可散熱）P P1 1蝸桿傳動的功率蝸桿傳動的功率K Kd d箱體表面散熱系數(shù)（箱體表面散熱系數(shù)（8.158.1517.45 W/m17.45 W/m2 2 C C）tt油的工作溫度油的工作溫度t t0 0周圍空氣溫度周圍空氣溫度Ctt8075熱熱平平衡衡條條件件：6

20、-56-5蝸桿傳動承載能力計算3 3、蝸桿傳動散熱措施、蝸桿傳動散熱措施（1）加散熱片以增大散熱面積加散熱片以增大散熱面積（2）在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通散熱片濺油輪風扇過濾網(wǎng)集氣罩空氣流空氣流6-56-5蝸桿傳動承載能力計算3 3、蝸桿傳動散熱措施、蝸桿傳動散熱措施(3)加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤滑冷卻加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤滑冷卻通水油泵過濾器冷卻器傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動箱外裝循環(huán)冷卻器6-66-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當蝸桿螺旋蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當蝸

21、桿螺旋部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。較前一種差。6-66-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計2二、蝸輪的結(jié)構(gòu)二、蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當蝸輪直為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當蝸輪直徑較大時，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常徑較大時，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪本章結(jié)束本章結(jié)束謝謝觀看/歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH