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1、概述,一、特点和应用,外形类似:螺旋与斜齿轮的传动,从中间平面剖开:齿轮与齿条的传动,1、应用,由于 i 大,可用于机床分度机构、仪器仪表中。,2、特点,1)工作平稳:兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。,2)i大,蜗杆1、2、4、6,传递动力时:i=8100(常用1550)传递运动时:i=几百上千(单头,),用于传递交错轴之间的回转运动。一般:空间垂直,优点:,齿轮z117,3)结构紧凑、重量轻、噪音小。,4)自锁性能好(用于提升机构)。,缺点:,1)蜗轮需用贵重的减摩材料。制造成本高,加工困难。,2)滑动速度vs大。低。,3)制造和安装精度要求高,9.1 蜗杆传动的材料和失效形式,1、齿面相对滑动
2、速度,9.1.1 蜗杆传动的材料,作速度向量图,得:,vs,1、蜗轮指齿冠部分材料:减摩材料,铸铝青铜:vs10m/s,抗胶合能力差,铸铝黄铜:抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合,HT、QT:vs2m/s,大直径蜗轮:铸铁(蜗杆用青铜),2、蜗杆,碳钢,合金钢,硬面蜗杆:首选 淬火磨削,调质蜗杆:缺少磨削设备时选用。,2、蜗杆传动的材料,9.1.2 蜗杆传动的失效形式和设计准则,失效形式:与齿轮传动类似:胶合、点蚀、磨损、折断,vs、发热 主要为:胶合、磨损、点蚀,蜗轮强度较弱,失效主要发生在蜗轮上。,蜗杆传动的设计准则:,另外,若蜗杆较长,还应进行蜗杆刚度计算。,闭式传动:润滑良好时,多
3、因齿面点蚀而失效。润滑不良时,将发生齿面胶合失效。设计准则:按齿面接触强度进行设计,再按齿根弯曲强度进行较核。同时,为保证散热,还应进行热平衡计算。,开式传动:多发生齿面磨损和轮齿折断,设计准则:按齿根弯曲强度进行设计。,9.2 蜗杆传动的受力分析和强度计算,(蜗杆主动),蜗杆传动总效率,忽略Ff,9.2.1 蜗杆传动的受力分析,蜗杆头数z1 1 2 3 4总效率 0.7 0.8 0.85 0.9,效率与蜗杆头数的大致关系为:,方向判定:,1)蜗轮转向,已知:n1、旋向n2,左、右手定则:四指n1、拇指反向:啮合点v2n2,2)各分力方向,Fr:指向各自轮心,蜗杆与n1反向,蜗轮与n2同向,蜗
4、杆:左、右手定则,蜗轮:,3)旋向判定,练习:,已知:蜗杆轴为输入,大锥齿轮轴为输出,轴转向如图。试:确定各轮转向、旋向及受力。,1.n4 n3 n2 Ft2 Fa2,2.Fa3 Fa2 Ft1 n1,9.2.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,蜗轮齿强度低于蜗轮齿,接触强度计算,设计式,参数说明:,1)T2蜗轮转矩,N mm,2)K使用系数,表9.2(同齿轮传动),3)ZE弹性系数,表9.3,P195,(蜗杆主动),4)KHN寿命系数,P195,5),基本许用接触应力,表9.4,9.5,P196,由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂,要精确计算齿根弯曲应力是比较困难的。所以通常采用条件性计算:将蜗轮近似地视
5、为斜齿轮,按斜齿轮弯曲强度计算。,9.2.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,F 蜗轮的许用弯曲应力,P197,表9.7,YFa蜗轮齿形系数,由蜗轮的当量齿数zv2=z2/cos3 和 蜗轮的变位系数从教材表9.6中查得。,Y螺旋角影响系数,Y=1-/140,弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。,参数说明:,9.2.4 蜗轮的刚度校核,由蜗杆的结构和受力情况可知,对蜗杆传动除了进行蜗轮轮齿部分的强度计算外,还应对蜗杆进行刚度计算。蜗杆的刚度计算通常是把蜗杆看作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段,校核其弯曲刚度,即:,9.3.1 蜗杆传动的效率,与齿轮类似:,1、啮合1:近似按螺旋副计算,(蜗杆主动),(蜗轮
6、主动),v当量摩擦角,与vs有关。,(p199,表9.8),9.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,说明:1)vsvv 油膜易形成1,2)为影响1的主要因素:1,时,1 max,此后,1,一般取,大时,加工困难,2、2 搅油效率:,3、3 轴承效率:,蜗杆头数z1 1 2 3 4总效率 0.7 0.8 0.85 0.9,效率与蜗杆头数的大致关系为:,f v=tgv=0.12,若润滑不良,效率显著降低,早期胶合或磨损,润滑对蜗杆传动而言,至关重要。,蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。,9.3.2 蜗杆传动的润滑,润滑方式的选择:,当v1510 m/s时,采用油池浸
7、油润滑。润滑油量的选择既要考虑充分的润滑,又不致产生过大的搅油损耗。,当v1 5 m/s时,蜗杆置于上方(上置式)。浸油深度约为蜗轮外径的1/3,当v14 5 m/s时,蜗杆置于下方(下置式)。浸油深度应为蜗杆的一个齿高,但油 面不应超过轴承最低滚动体的中心。,给油方法包括:油池润滑、喷油润滑等。,油池润滑,当vs 1015 m/s时,采用压力喷油润滑。喷油嘴要对准蜗杆啮入端,而且要控制一定的油压。,压力喷油润滑,9.3.3 蜗杆传动的热平衡计算,由于发热大,即:发热率Q1=散热率Q2,摩擦功耗:,冷却散去的热量:,表面传热系数,,则:,不能满足要求时,可采取冷却措施:,1)A加散热片;,2)
8、KS加风扇、冷却水管、循环油冷却。,散热片风扇,1、z1、z2、i、u 表9.10,蜗杆头数z1:蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等,z1加工困难,传递动力:,(传动平稳性,避免根切),(z2d2蜗杆轴长刚度),一般取z2=3280,z1z2:互质均匀磨损,蜗杆主动时:,9.4 圆柱蜗杆传动的结构设计,基本齿廓,中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。,9.4.1 蜗杆传动的基本参数,2、模数m、压力角,正确啮合条件:,标准值(与齿轮不同,表9.11),蜗杆导程角,刀具基准齿形的压力角:,阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆:轴向压力角,法向直廓蜗杆:法向压力角,3、蜗杆分度圆直径d1(中
9、圆直径)、蜗杆导程角,刀具数量,加工蜗轮时的滚刀与尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸相同,但m一定时,由于z1和的变化,d1是变化的,即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。,蜗杆导程角,制造困难,传递动力时:头数z1,采用多头蜗杆,传递运动时:保证自锁(),z1,采用单头蜗杆,蜗杆直径系数q,d1、m为标准值,q为导出值,不一定为整数。,m一定时,qd1蜗杆刚度,z1一定时,q,自锁性,小m蜗杆选用大q,保证强度和刚度适于小P 大m蜗杆选用小q,保证效率适于大P,4、中心距a,9.4.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1,1、蜗杆的结构,无退刀槽,加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,蜗杆通常与轴制成一体,蜗杆轴,有退刀槽,螺旋部分可用车制,也可用铣制加工,但该结构的刚度较前一种差。,9.4.3 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,2、蜗轮,齿冠:用贵重耐磨金属(青铜),轮心:铸铁或铸钢,铸造(浇铸),过盈,螺栓(铰制孔),