蜗杆传动ppt

圆弧圆柱蜗杆
作者： 潘存云教授
§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 阿基米德蜗杆(ZA) 圆弧圆柱 蜗杆传动
阿基米德螺线
阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
γ
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2α0 单刀加工（γ≤37°）
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§11-2
蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动
圆柱蜗杆传动 类 型 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
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普通圆柱蜗杆
普通圆柱蜗杆的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。
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§11-2 蜗杆传动的类型
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2. 模数m和压力角α 模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。 蜗杆模数m值 GB10088-88
第一系列 第二系列 1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
是一种非线性螺旋齿面蜗 杆。不能在车床上加工， 只能在铣削或磨削，加工 时工件作螺旋运动，刀具 作旋转运动。
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阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
γ
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圆弧圆柱 蜗杆传动
2α0
砂轮
近似于阿基米德螺线
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γ
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§11-2 蜗杆传动的类型
蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶圆直径 根圆直径 蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙 中心距 武汉科技大学专用
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§11-4
主要失效形式：
普通蜗杆传动的承载能力计算
蜗杆传动的特点是齿面相对滑动速 度大，导致发热严重和磨损加剧。
一、蜗杆传动的失效形式及材料选择 胶合、点蚀、磨损。
3 蜗杆
主动
V4
V3
n4
当蜗杆蜗轮为右旋时，对蜗杆 用右手定则判断蜗轮的转向。
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4蜗轮
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二)圆柱蜗杆传动的受力分析 法向力Fn可分解为三个分力： 圆周力：Ft “逆主顺从”
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§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 锥蜗杆传动特点： 圆弧圆柱 蜗杆传动
最常用 阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
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1）同时接触的点数较多，重合度大； 2）传动比范围大，一般为10~360； 3）承载能力和传动效率高； 4）制造安装简便，工艺性好。
称比值 q=d1/m 为蜗杆的特性系数。一般取:q=8～ 19 18
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4. 蜗杆头数z1 蜗杆头数z1 ：即螺旋线的数目。
蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。 单头蜗杆传动的传动比较大、效率低，如需提高效率，应增加 蜗杆头数，但头数过多，加工困难。通常取： z1=1 2 4 6
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 渐开线蜗杆(ZI) 圆弧圆柱 蜗杆传动
渐开线
阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
基圆
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α
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渐开线蜗杆
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§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 法向直廓蜗杆(ZN)
蜗轮蜗杆轮齿旋向相同. 蜗轮右旋 若 ∑ ＝90° ＝β1+β2 ∵ γ1+β1 ＝90° ∴ γ 1＝β 2
蜗杆右旋 t β1
β2
∑
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β1
γ1
t 3.蜗杆的分度圆直径d1 定义s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。 为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1只能取标准值。 es d1
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§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 阿基米德蜗杆(ZA)
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阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
圆弧圆柱 蜗杆传动
阿基米德螺线
α0
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α0
双刀加工（γ>38°）
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§11-2 蜗杆传动的类型
点接触
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线接触
改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮， 所得蜗轮蜗杆为线接触。
优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。 分度机构：i=1000,
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通常i=8~80
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缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。 3
§11-2
蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆
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蜗杆旋向：左旋、右旋(常用) 判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。 精度等级： 对于一般动力传动，按如下等级制造：
V1＜7.5 m/s ----7级精度； v1＜ 3 m/s ----8级精度； v1＜ 1.5 m/s ----9级精度；
β1
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γ1
d1
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vS vS vS vS
>12 m/s时→ ZCuSn10P1锡青铜制造。 <12 m/s时→ ZCuSn5Pb5Zn5锡锌铅青铜 ≤6 m/s时→ ZCuAl10Fe3铝青铜。 23 <2 m/s时→球墨铸铁、灰铸铁。 作者： 潘存云教授
三、蜗杆传动的设计准则
闭式传动：(齿面胶合或点蚀) 按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
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锥蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅 是加工用的车刀为圆弧刀刃。 传动特点： 1）传动效率高，一般可达90%以上； 2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.5~2.5倍； 6 3）结构紧凑。
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阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
圆弧圆柱 蜗杆传动
延伸渐开线
γ’
dx
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γ
2α
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车刀对中齿槽中心法面 11
（单刀加工）
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§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 锥面包络圆柱蜗杆(ZK)
二、蜗杆传动的常用材料 蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。 材料 蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。 材料牌号选择： 高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火56~62HRC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表面淬火45~55HRC) 一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220~250HBS) 蜗轮材料：
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
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阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
环面蜗杆传动特点： 1）传动效率高，一般可达85~90%； 环面蜗杆 2）承载能力高，约为阿基米德蜗杆的2~4倍； 3）要求制造和安装精度高。
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§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
一、圆柱蜗杆传动的主要参数 中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。 1. 正确啮合条件 在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。 正确啮合条件： 中间平面内： mt2=ma1=m ，αt2 =αa1=α 取标准值 2α
中间平面
d2
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表11-2 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm m m m d1 d1 m d1 d1 1 1.25 18 20 2.5 (22.4) 28 (35.5) 45 4 40 (50) 71 (40) 50 (63) 90 6.3 (80) 112
22.4
圆柱蜗杆传动 类 型 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分 布的等导程的螺旋形成的，而蜗轮在外观 上就像一个曲线锥齿轮，它是用与锥蜗杆 相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成的。
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潘存云教授研制 潘存云教授研制
圆柱蜗杆
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环面蜗杆
锥蜗杆
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名 称 计算公式 蜗 杆 蜗 轮 d1 =mq d2=m源自文库2 ha=m ha=m 潘存云教授研制 df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px=π m c=0.2 m 22 a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z 2)
γ
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阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
圆弧圆柱 蜗杆传动
延伸渐开线
dx
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α
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α
车刀对中齿厚中心法面 10
(双刀加工)
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§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱 蜗杆传动 类 型 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 法向直廓蜗杆(ZN)
8. 蜗杆传动的标准中心距
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a =(d1 +d2 )/2 = m(q+ z2) /2
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二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算 由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i , → z1 → z2 →计算求得 m、d1 →计算几何尺寸 表 11-3 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算
第11章 蜗杆传动
主要内容： 1.普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算 2.蜗杆传动的主要失效形式及强度计算 3.蜗杆传动的热平衡计算
重点内容： 1.蜗杆传动的几何参数计算 2.蜗杆传动的受力分析 3.蜗杆传动的主要失效形式及强度计算方法
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§11-1
蜗杆传动 概述
作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。 蜗杆主动、蜗轮从动。 ∑＝90°
形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且β 1很 大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。
所得齿轮称为:蜗杆。 而啮合件称为:蜗轮。
蜗杆
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蜗轮 ω2
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2
ω1
1
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2
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压力角
ZA（阿基米德）蜗杆： αa=20°轴向 ZN（法向直廓）蜗杆： αn=20°法向 ZI （渐开线）蜗杆： αn=20° ZK（锥面包络圆柱）蜗杆： αn=20°
轴向压力角与法向压力角之间的关系：推导过程见机械原理斜齿条 tgαa=tgαn /cosγ 17
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1.6 1.6
20 20 28 28
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q=12.5 (28) q=17.5 3.15
5
8
2
(18) 22.4 (28) 35.5
35.5 (45) 56 6.3
(63) 80 (100) 140
(71) 90 …
4
(31.5)
(50) 63
10
摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用
校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度 热平衡计算
开式传动：(齿面磨损和轮齿折断)
按齿根弯曲疲劳强度进行计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行： 蜗杆的刚度计算
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四、圆柱蜗杆传动的运动及受力分析 一) 运动分析： 判别蜗轮蜗杆相对运动的方法： 对主动轮: “左/右手定则”
5. 蜗杆的导程角γ 将分度圆柱展开得： tgγ1=l/π d1 = z1 pa1/π d1 =mz1/d1 =z1/q
β1 γ1
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pa1
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l
d1
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γ1
π d1
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6. 传动比 i 和齿数比 u n1 z2 传动比 : i = --- = --- = u ----齿数比 n2 z1 若想得到大 i , 可取： z1=1，但传动效率低。 对于大功率传动 , 可取： z1=2，或 4。 7. 蜗轮齿数z2 蜗轮齿数： z2= i z1 一般情况： z2≤ 80 z2过大 → 结构尺寸↑ → 蜗杆长度↑ → 刚度、啮合精度↓ 表11-1 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值 传动比i ≈5 7~15 14~30 29~82 蜗杆头数z1 6 4 2 1 蜗轮齿数z2 29~31 29~61 29~61 29~82 为避免根切： z2≥ 26