機(jī)械設(shè)計(jì)電子教案第六章 蝸桿傳動(dòng)

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1、 第六章第六章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)?xùn)|北大學(xué)國(guó)家工科機(jī)東北大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地目目 錄錄6-1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型6-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸6-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料6-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、轉(zhuǎn)向判定與滑動(dòng)速度6-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算6-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)3 3、傳動(dòng)比大，準(zhǔn)確恒定，一般、傳動(dòng)比大，準(zhǔn)確恒定，一般 i=5=580802 2、重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低、重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低 （連續(xù)嚙合）（連續(xù)嚙合）6 6、齒面間滑動(dòng)速度大，發(fā)熱磨損大（需熱平衡計(jì)算）、

2、齒面間滑動(dòng)速度大，發(fā)熱磨損大（需熱平衡計(jì)算）5 5、可實(shí)現(xiàn)自鎖（效率低于、可實(shí)現(xiàn)自鎖（效率低于40%40%）904 4、傳動(dòng)效率低，、傳動(dòng)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(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用二、類型二、類型 6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)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(luò)絡(luò)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(dòng)的特點(diǎn)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(diǎn)：加工方便，應(yīng)用廣，不能磨削，精度低特點(diǎn)：加工方便，應(yīng)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(dòng)

4、的特點(diǎn)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(diǎn)：可滾切、磨削，制造精度高特點(diǎn)：可滾切、磨削，制造精度高6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)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(diǎn)：可車、指狀銑刀、盤銑刀加工，磨削困難特點(diǎn)：可車、指狀銑刀、盤銑刀加工，磨削困難6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型）（錐錐面面包包絡(luò)絡(luò)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(diǎn)：不能車，可銑、可磨獲得高精度，應(yīng)用廣泛特點(diǎn)：不能車，可銑、可磨獲得高精度，應(yīng)用廣泛6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)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(diǎn)：高承載特點(diǎn)：高承載(普蝸普蝸50%)50%)、高效、高效90%90%、應(yīng)用廣泛、應(yīng)用廣泛6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)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(jí)三、精度等級(jí) 6-26-2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型1 1、精度等級(jí)：、精度等級(jí)：GB10095-88GB10095-88規(guī)定，規(guī)定，1-121-12級(jí)（級(jí)（1212級(jí)最低）級(jí)最低）2 2、精度選擇：傳動(dòng)功率、使用條件、蝸輪圓周速度、精度選擇：傳動(dòng)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(dòng)

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(zhǔn)蝸桿齒形角：基準(zhǔn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù)為了限制滾刀的數(shù)目，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù),僅有有限僅有有限 數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d d1 1。mzpzdx1111tan)(tan11mqzmd 直直徑徑：d1(分度圓周長(zhǎng))mz1m6-26-2蝸桿傳動(dòng)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(dòng)比按傳動(dòng)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(jī)構(gòu)緊湊、加工方便；效率較低；小，機(jī)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(dòng)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(dòng)變位蝸桿傳動(dòng)變位6-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸2 2、變位特點(diǎn)：刀具相對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng)，刀具參數(shù)不變、變位特點(diǎn)：刀具相對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng)，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(dòng)：蝸輪變位、蝸桿不變、變位傳動(dòng)：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(dòng)效率提高承載能力和傳動(dòng)效率6-36-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1 1、蝸桿剛度不足：蝸桿剛度不足：蝸桿齒強(qiáng)度高，只計(jì)算軸強(qiáng)度、剛度蝸桿齒強(qiáng)度高，只計(jì)算軸強(qiáng)度、剛度2 2、蝸輪膠合、點(diǎn)蝕、磨損蝸輪膠合、點(diǎn)蝕、磨損（條件性

12、設(shè)計(jì)）（條件性設(shè)計(jì)）閉式傳動(dòng)：按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合）閉式傳動(dòng)：按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合）校核彎曲強(qiáng)度校核彎曲強(qiáng)度開式傳動(dòng)：按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)開式傳動(dòng)：按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)3 3、系統(tǒng)過熱：熱平衡計(jì)算、系統(tǒng)過熱：熱平衡計(jì)算二、常用材料二、常用材料要求：強(qiáng)度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力要求：強(qiáng)度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力6-36-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(jià)格高，用于耐磨好，價(jià)格高，用于V VS S 3 m/s鋁青銅鋁青銅:(ZCuAl19Mn2等等)，耐磨差，強(qiáng)

13、度高，價(jià)格低，耐磨差，強(qiáng)度高，價(jià)格低V VS S 2 m/s鑄鑄 鐵：耐磨差，強(qiáng)度低，價(jià)格低，有自鎖要求傳動(dòng)鐵：耐磨差，強(qiáng)度低，價(jià)格低，有自鎖要求傳動(dòng)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(dòng)受力分析和載荷計(jì)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(dòng)動(dòng)輪輪旋旋向向、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向與與軸軸主主動(dòng)動(dòng)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(dòng)受力分析和載荷計(jì)算6-46-4蝸桿傳動(dòng)受力分析與載荷計(jì)算)(/15cos1滑滑動(dòng)動(dòng)速速度度大大，發(fā)發(fā)熱熱大大smvvs 4 4、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)速度V VS S二、載荷計(jì)算二、載荷計(jì)算 a a c

15、oscosKFn1t2nncKFF計(jì)算載荷：計(jì)算載荷：KKKKvA）高高速速取取大大值值動(dòng)動(dòng)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(dòng)承載能力計(jì)算一、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算（按齒輪方法推導(dǎo)）一、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算（按齒輪方法推導(dǎo)）1 1、計(jì)算模型：中間平面，齒條與齒輪嚙合（斜齒）、計(jì)算模型：中間平面，齒條與齒輪嚙合（斜齒）2 2、接觸應(yīng)力計(jì)算、接觸應(yīng)力計(jì)算 LFZncEH a a coscos2 )1(122nnncdKTKFF計(jì)算載荷：計(jì)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(zhǎng)長(zhǎng)端端面面重重合合度度接接觸觸線線長(zhǎng)長(zhǎng)度度變變動(dòng)動(dòng)系系數(shù)數(shù)接接觸觸線線長(zhǎng)長(zhǎng)：12sincos21 (3)xda a 6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算2/1604mmNZE）（49622212HHzmdKT 校校核核式式：322212496mmzKTdmH 設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式：NHHZ 87101NZZNNH 主要產(chǎn)生點(diǎn)蝕，主要產(chǎn)生點(diǎn)蝕，錫青銅抗膠合能力強(qiáng)，錫青銅抗膠合能力強(qiáng)，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(dòng)承載能力計(jì)算二、蝸輪齒根彎強(qiáng)度計(jì)算（按斜齒

17、輪近似計(jì)算二、蝸輪齒根彎強(qiáng)度計(jì)算（按斜齒輪近似計(jì)算)1 1、計(jì)算模型：、計(jì)算模型：按斜齒輪近似計(jì)算按斜齒輪近似計(jì)算32221222212cos53.1/cos53.1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF 設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式：校核式：校核式：2 2、彎強(qiáng)度計(jì)算式、彎強(qiáng)度計(jì)算式96/10 (1)NYFNFF 許用應(yīng)力許用應(yīng)力式中：式中：86cos2322 查查表表按按當(dāng)當(dāng)量量齒齒數(shù)數(shù)）（zzYvFa11112arctan )3(dmzdmdm 精精算算、取取標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)；計(jì)計(jì)算算按按彎彎強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)，初初取取6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算三、蝸桿剛度計(jì)算（略）三、蝸桿剛度計(jì)算（略）1

18、 1、閉式蝸桿傳動(dòng)效率、閉式蝸桿傳動(dòng)效率四、蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡計(jì)算四、蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡計(jì)算=1.2.3（1 1）1 1嚙合效率嚙合效率)tan(tan1v v當(dāng)量摩擦角，可根據(jù)滑動(dòng)速度vs選取，cos100060cos111ndvvs 蝸桿分度圓導(dǎo)程角；蝸桿分度圓導(dǎo)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(dòng)承載能力計(jì)算、閉式蝸桿熱平衡計(jì)算、閉式蝸桿熱平衡計(jì)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(dòng)的功率蝸桿傳動(dòng)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(dòng)承載能力計(jì)算3 3、蝸桿傳動(dòng)散熱措施、蝸桿傳動(dòng)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(fēng)扇以加速空氣流通在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通散熱片濺油輪風(fēng)扇過濾網(wǎng)集氣罩空氣流空氣流6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3 3、蝸桿傳動(dòng)散熱措施、蝸桿傳動(dòng)散熱措施(3)加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻通水油泵過濾器冷卻器傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動(dòng)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(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸

21、桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)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(shè)計(jì)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(dāng)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(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，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(shí)，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