机械设计基础第6章 (2).ppt

* 第6章 蜗杆传动 6.1 蜗杆传动的特点和类型 6.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 6.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 6.4 蜗杆传动的受力分析与强度计算 6.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 6.1 蜗杆传动的特点和类型 6.1.1 蜗杆传动的特点 1.蜗杆传动的主要优点 （1）传动比大，结构紧凑。传递动力时，一般 i12 = 8 ～100 ,传递运动或在分度机构中 可达1000。 （2）传动平稳。蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳，振动小、噪声低 。 （3）具有自锁性。 2. 蜗杆传动的主要缺点 （1）传动效率低，不宜用于大功率传动。 （2）成本高。 （3）由于对制造和安装误差很敏感，安装 时对中心距的尺寸精度要求较高。 6.1.2 蜗杆传动的类型 蜗杆传动按蜗杆形状的不同可分为圆柱蜗杆、环面蜗杆和锥蜗杆传动3种类型，分别如图（a）、图（b）、图（c）所示。圆柱蜗杆制造简单，应用广泛；环面蜗杆便于润滑，效率高，但制造困难，用于大功率传动。 本章仅介绍应用较多的圆柱蜗杆传动。 圆弧面蜗杆传动动画(3D) 圆柱面蜗杆传动动画(3D) 锥蜗杆传动动画(3D) 6.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 6.2.1 蜗杆传动的主要参数及正确啮合条件 1、模数m和压力角α 如图所示，中间平面内蜗杆蜗轮传动相当于齿条与渐开线齿轮 ，正确啮合的条件为 中间平面 2、传动比 、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2 传动比——从动轮齿数比主动轮齿数 蜗杆头数Z1 一般Z1=1、2、4， 单头，i大，易自锁，效率低，但精度好；多头杆，η↑，但加工困难，精度↓ 蜗轮齿数Z2 为避免根切， 动力传动， 具体应用传动比 、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2， 可以参考教材表6-1、6-2。 3、蜗杆直径系数q和导程角 蜗杆直径d1 与模数m的比值称为蜗杆直径系数q 将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，如图所示，则蜗杆的导程角为 4、中心距a 当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距计算公式为 6.2.2. 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 设计蜗杆时，一般是先根据传动的功用和传动比的要求，选择蜗杆的参数和蜗轮的齿数，然后再按强度计算确定模数和蜗杆分度圆直径 ，上述参数确定后，即可查教材表6-3。 6.2.3、圆柱蜗杆、蜗轮及传动尺寸规格的标记方法 蜗杆的标记内容包括：蜗杆的类型（ZA、ZI等），模数m,分度圆直径，螺旋方向（R—右旋，L—左旋），头数。蜗轮的标记内容包括：相配蜗杆的类型、模数m、齿数。蜗杆传动的标记方法用分式表示，其中分子为蜗杆的代号，分母为蜗轮齿数。 例如，齿形为A、齿形角α为20°、模数为10 mm、分度圆直径为90 mm、头数为2的右旋圆柱蜗杆；齿数为80的蜗轮以及由它们组成的圆柱蜗杆传动的标记如下。 蜗杆标记为：蜗杆 蜗轮标记为：蜗轮 蜗杆传动标记为： 6.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 6.3.1 蜗杆传动的滑动速度 在蜗杆传动中，蜗杆蜗轮的啮合齿面间会产生很大的相对滑动速度 如图所示。 式中： ——蜗杆和蜗轮 分度圆上的圆周速度. 6.3.2 蜗杆传动的失效形式和设计准则 和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要有：胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。由于蜗杆传动啮合面间的相对滑动速度较大，效率低，发热量大，在润滑和散热不良时，胶合和磨损为主要失效形式。 蜗杆传动的设计准则为：闭式蜗杆传动按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；开式蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。 6.3.3 蜗杆、蜗轮材料和结构 1、蜗杆、蜗轮材料 由失效形式知道，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、减磨性、耐磨性和抗胶合能力等。 蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成：一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40、45钢，并经调质处理 。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并经渗碳淬火。 蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5），铸造铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度大于3m/s的