机械设计 12章蜗杆传动

第十二章

蜗杆传动

p.182

蜗杆传动的特点和类型

圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算 蜗杆传动的失效形式、材料和结构

蜗杆传动的受力分析 圆柱蜗杆传动的强度计算

圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

§12-1蜗杆传动的特点和类型由涡轮和蜗杆组成，传递交替轴间的运动和动力，传动 中蜗杆为主动件、涡轮为从动件

(一)蜗杆传动的特点:优点: 1.i很大，一般i=8~80, 分度i=1000 2. 传动平稳, 噪音低 3.可自锁, 结构紧凑 缺点: 1.Vs大→效率低, 发热大→可自锁时η<50% 2.需贵重金属→价高 3.不宜用于大功率长期工作

(二)蜗杆传动的类型:→取决于蜗杆 按 圆柱蜗杆 蜗 杆 的 形 环面蜗杆 状 锥蜗杆

圆柱蜗杆传动(螺旋面形状) 阿基米德蜗杆传动(ZA)在包含轴线的截面内为侧边呈直线的齿 条；在垂直轴线的截面为阿基米德螺旋 线

车削 渐开线蜗杆传动(ZI)在包含轴线的截面内为凸廓曲线；在垂 直轴线的截面为渐开线

(三)蜗杆的形成 导程角 →轮齿方向与端面的夹角 螺旋角β→轮齿方向与轴线的夹角 1.外形: 蜗杆→短螺杆 蜗轮→特殊的斜齿轮 →螺母的一部分 pa1 2.具有螺旋传动的特点:

d1Z1 pa1

Z1 pa1 Z1 m Z1m 展开: tg d1 d1 d1自锁条件:

tg 效率计算: tg ( )

≤ρ′(当量摩擦角)

3.具有齿轮传动的特点 →象齿条与斜齿轮啮合 受力分析相同 传动比计算类同： i=Z2/Z1≠d2/d1 强度计算仿斜齿轮 4.蜗轮齿宽方向呈凹弧型→蜗轮部分包容蜗杆 将点接触→线接触 → σH↓→承载力↑

减少磨损, 胶合的机率→加工蜗轮滚刀中圆直径=d1

§10-2 圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算∵轴交角∑=90°→轴线垂直→以中间平面 参数为准 (一)主要参数 1.中间平面→ 过蜗杆轴线并垂直于 → 蜗杆→轴面(a) 蜗轮→端面(t) 蜗轮轴线的平面 正确啮合条件: 二.几何尺寸计算

ma1=mt2=m α a1= α t2= α

1 2 →旋向相同

2.传动比i , 蜗杆头数Z1, 蜗轮齿数Z2

①传动比i :

i= n1 / n2 = Z2 / Z1≠d2 / d1 →自锁性好, 效率低 →效率高, 加工难度大 Z1、Z2→查表12-2 P.184

②Z1=1 , 2, 4 ┌Z1少 └Z1多

③Z2=i· Z1

Z2少 → 根切 Z2≥26 单齿对啮合 Z2多 →结构过大→蜗杆刚度↓→Z2≤80

3.蜗杆分度圆直径d1 ; 直径系数q ; 导程角γ ∵ tg =Z1px/πd1=Z1m/d1 = Z1 / q (12-2) →直径系数 q=d1/m 为减少滚刀的规格数量→d1定为标准值→ d1与m搭配 →表12-1 p.184 d2=mZ2 d1 =m· q ≠ m· Z1d1越小，导程角越大，效率越高，蜗杆的刚度、

强度越小通常转速高的蜗杆取较小的d1,涡轮齿数较多

时可取

较大的d1值。

4.齿面间滑动速度Vs: V2

Vs

VS V1 V2 V1 / cos 2 2

V1

V1:蜗杆的园周速度 V2:蜗轮的园周速度

5.中心距

a=0.5(d1+d2) = 0.5m(q+Z2)≠0.5m(Z1+Z2)(二)几何尺寸计算功用和传动比→蜗杆头数和涡轮齿数 → 强度确定中心距和模数 →表(12-3) p.186

※ C*=0.2 ; df=d-2(ha*+C*) m= d-2.4 m

例1 涡轮蜗杆传动中，蜗杆模数m=4、头数z1=2、分度圆直 径d1=40mm、涡轮齿数z2=39,试计算蜗杆直径q、导程 角及蜗杆传动的中心距。 解(1)蜗杆直径系数 q=d1/m=10; (2)导程角tanγ=z1/q=2/10=0.2 (3)传动的中心距a=0.5m(q+z2)=98

§10-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构(一) 蜗杆传动的失效形式1.失效形式 :

p.186开式 磨损

蜗轮→

闭式 胶合、 点蚀、 ↑ ↑ 非锡青铜、 锡青铜

2.部位 :

蜗轮轮齿上(结构、材料)

(二)蜗杆、蜗轮的材料 (三)蜗杆、蜗轮的结构

(二)蜗杆、蜗轮的材料1.对材料的要求： 减摩、耐磨、抗胶合

2.蜗杆的材料 →

碳素钢、合金钢 p.186倒4

高的强度及光洁度、足够的刚度

最好→淬火钢(低碳钢→渗碳淬火;中碳钢→表面淬火) 其余→调质钢→低速、人力传动、铸铁蜗轮 3.蜗轮的材料 减摩、抗胶合、抗点蚀最好→锡青铜→ ┌ ZCuSn10p1(10-1) └ ZCuSn5PbZn5(5-5-5) 其余→铝青铜、灰铸铁、尼龙

(三) 蜗杆、蜗轮的结构 蜗杆的结构→通常为整体式 蜗轮的结构→通常为组合式 整体式 齿圈式 螺栓联接式 拚铸式

整体式

齿圈式

螺栓联接式

拚铸式

§12-4 蜗杆传动的受力分析1.蜗杆、蜗轮旋向→相同 2.作用力的大小(将Fn分解) 蜗杆三个分力：Fr1, Ft1, Fa1 蜗轮三个分力：Fr2, Ft2, Fa2

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Fr1 Ft1 Ft2 Fa1 Fa2 Fr2

Fr 1 Fr 2 Ft 2 tg

Ft 1 Fa 2 2T1 d1P 1 T2 i T1 9.55 10 n26

Fa1 Ft 2 2T2 d 2

N mm