1、第11章 蜗杆传动,11-1 概述,11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸,11-3 失效形式、设计准则、材料和结构,第十一章 蜗杆传动,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,11-5 蜗杆传动的强度计算,11-6 蜗杆轴刚度计算,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,11-1 概述（特点和应用）,11-1 概述,11-1 概述,优点：,1.传动比大,2重合度大,传动平稳,噪声低；,一.特点和应用,结构紧凑；,3易自锁。,11-1 概述（特点和应用）,11-1 概述,缺点：,vs大，效率低，易磨损。,v2,v1,v1,v2,vs,11-1 概述（类型）,11-1 概述,二.类型,圆柱蜗杆传动
2、,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆,圆弧圆柱蜗杆ZC,阿基米德蜗杆ZA,渐开线蜗杆ZI,法向直廓蜗杆ZN,锥面包络蜗杆ZK,滚动蜗杆传动,一般z1=1、2、4、6， z1 ，自锁性,11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸,11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸,11-2 （普通圆柱）蜗杆传动的主要参数和尺寸,参数标准中间平面,一.主要参数,蜗轮端面t,蜗杆轴面a,1.模数m和压力角,ma1= mt2=m,a1= t2（阿基米德蜗杆a1=200，其余n1=200 ）,可根据传动比选择z1,一般,2.蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2,11-2 主要参数,11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸,3.导程角,4.
3、蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q,令,由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。,蜗轮变位系数,11-2 尺寸计算,11-2 蜗杆传动的主要参数和尺寸,蜗杆传动正确啮合条件,二.尺寸计算,优选系列a(P242/表11-2),ma1= mt2=m,a1= t2,1= 2,且旋向相同(=900时),(一般 ),注意：1)变位的目的凑中心距或凑传动比；,蜗杆：尺寸不变，节线与分度线不重合,蜗轮：尺寸变化，节圆与分度圆重合,2)蜗轮变位后,11-3 失效形式、设计准则、材料和结构,11-3 失效形式、设计准则
4、、材料和结构,11-3 失效形式、设计准则、材料和结构,失效主要发生在蜗轮齿上。,一.失效形式,轮齿折断,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,11-3 设计准则、材料,11-3 失效形式、设计准则、材料和结构,闭式按齿面接触疲劳强度设计，校核齿根弯曲疲 劳强度，连续工作时，还应进行热平衡计算。,二.设计准则,开式只按齿根弯曲疲劳强度设计。,必要时，进行蜗杆轴的刚度计算。,三.材料,蜗杆优质碳钢或合金钢,45，40Cr 表面淬火高速、重载且载荷平稳,20，20CrMnTi 渗碳淬火高速、重载且载荷变化大,45 调质低速、中载或不重要传动,11-3 材料和结构,11-3 失效形式、设计准则、材料和结构,
5、蜗轮,铸造锡青铜ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5 抗点蚀差，抗胶合好，用于高速vs3m/s,铸造铝铁青铜ZCuAl10Fe3 抗点蚀好，抗胶合差，用于低速重载vs4m/s,灰铸铁HT200 低速轻载，大尺寸vs2m/s,根据vs选蜗轮材料。初估：,四.结构,蜗杆,蜗轮,整体式,组合式,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,一.受力分析,由于摩擦损失较大，受力分析时应考虑齿面间的摩擦力。,11-4 受力分析,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,方向,Ft主反从同,Fr永朝轮心,Fa主动轮用左、右手定则,11
6、-4 受力分析例题,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,例：1.,受力分析，并求蜗轮转向和旋向,求轴向力Fa的方向,求各轮转向、旋向使轴受轴向力较小,4.求蜗杆旋向和转向，使轴受轴向力较小,Fa,Fa1,Ft2,Fr2,Fr1,Ft1,Fa2,左旋,Fa,Ft,Fa1,Ft1,右旋,作业一,作业一,作业： 1）P268/11-1,2）图示为手动绞车，蜗杆传动数据如下：m=8mm，q=10，z1=1，z2=40，卷筒直径D=200mm，W=2.4kN，=0.4。 问：欲使重物上升1m，手柄应转多少转？转向如何？施于手 柄上力的大小？ 若当量摩擦系数fv=0.2，该机构能否自锁？ 求作用在蜗杆、
7、蜗轮上三个分力的大小？标出方向。,11-4 计算载荷,11-4 蜗杆传动受力分析及计算载荷,二.计算载荷Fnc,式中：KA使用系数；,KV动载系数；,K、K1,11-5 蜗杆传动的强度计算,11-5 蜗杆传动的强度计算,11-5 蜗杆传动的强度计算,一.蜗轮齿面接触疲劳强度计算,针对蜗轮齿,1.求,基本公式赫兹公式：,B最小接触线长度Lmin,11-5接触强度计算,11-5 蜗杆传动的强度计算,B最小接触线长度Lmin,代入赫兹公式，得：,11-5接触强度计算,11-5 蜗杆传动的强度计算,引入无量纲参数：,试算法,接触系数Z考虑齿面曲率和接触线长度的影响。,校核式：,11-5接触强度计算,1
8、1-5 蜗杆传动的强度计算,2.求,蜗轮,铸锡青铜B300MPa抗点蚀差，抗胶合好,铸铝铁青铜B300MPa,灰铸铁,抗点蚀好，抗胶合差,P250/表11-6,设计式：,11-5弯曲强度计算,11-5 蜗杆传动的强度计算,二.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,1.求,斜齿轮：,蜗轮：,校核式：,11-5弯曲强度计算,11-5 蜗杆传动的强度计算,2.求,设计式：,mm3,11-6 蜗杆轴刚度计算,11-6 蜗杆轴刚度计算,11-6 蜗杆轴刚度计算,目的：避免刚度不足引起不正常啮合、偏载及磨损加剧。,蜗杆轴受,Ft1水平方向挠度,Fr1垂直方向挠度,Fa1忽略不计,合成挠度：,11-7 蜗杆传动的效率、
9、润滑和热平衡计算,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一.效率,1啮合效率；,2轴承效率；,3溅油效率；,滚动轴承2=0.99/对,式中：,初估：,或P260,滑动轴承2=0.980.99/对,30.950.99,11-7 润滑,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,二.润滑,闭式油润滑,开式脂润滑或粘度高的油,根据vs、载荷 油粘度,供油方法,vs5m/s蜗杆下置，浸油润滑,vs5m/s蜗杆上置，浸油或喷油润滑,vs10m/s蜗杆上置，压力喷油润滑,油量,蜗杆下置浸油深度为蜗杆的一个齿高 且不超过轴承最低滚动体中心 蜗杆上置浸油深度约
10、为蜗轮外径的1/3,11-7 热平衡计算,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,二.热平衡计算,热平衡：蜗杆传动产生的热量=箱体散发的热量,目的：限制油温在规定范围内，以免润滑失效。,发热量=(1-)P1000 W,散热量=dS(t0-ta) W,11-7 热平衡措施,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,若热平衡不满足，措施：,1.增大散热面积,2.在蜗杆轴端加装风扇,11-7 热平衡措施,11-7 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,3. 加冷却管,4. 压力喷油循环冷却,习题课（选材料）,习题课,设计一搅拌机用的闭式蜗杆减速器中的普通圆柱蜗杆传动，已知：P=6.2kW，蜗杆转速
11、n=970r/min，传动比i=25，工作机载荷有轻微冲击，动力机载荷平稳，预期寿命12000h。,解：一.选蜗杆传动类型,根据GB10085-88推荐，采用渐开线蜗杆ZI,二.选材料,蜗杆：45钢，表面淬火，表面硬度4555HRC,ZCuSn10P1，金属模铸造,初估：,习题课：,蜗轮：,习题课（接触强度初算）,习题课,三.按齿面接触疲劳强度进行设计,1.初算中心距,式中：,初估：1=0.8,i=25 z1=2,习题课（确定尺寸和参数）,习题课,2.确定传动基本尺寸及参数,（i=7020时，d1/a0.35；i=205时，d1/a0.4）,初估：d1/a=0.35,取标准：a=200mm,习
12、题课（确定尺寸和参数）,习题课,根据P242/表11-2可知：,取标准：m=6.3mm, d1=63mm,d1/a=63/200=0.315,Z=3.05,修正：,故以上计算结果可用。,若：z2=53 传动比误差：,不允许,取：Z2=52 传动比误差：,允许,习题课（确定尺寸和参数）,习题课,蜗轮齿宽：,变位后：,方案二:m=6.3mm；d1=63mm；q=10； =1101836”；z2=50；d2=315mm；a=189mm,蜗轮变位系数x2：,取b2=50mm,变位前：,习题课（精确计算接触强度）,习题课,修正：,Kv不变,故以上蜗轮、蜗杆的参数及尺寸适用。,v=1.540,习题课（校核弯曲强度）,习题课,四.校核齿根弯曲疲劳强度,1.求,习题课（校核蜗杆轴刚度）,习题课,五.校核蜗杆轴刚度,2.求,故弯曲强度满足要求。,1.求 y,2.求 y,习题课（校核蜗杆轴刚度）,习题课,故蜗杆轴刚度满足要求。,习题课（热平衡计算、润滑）,习题课,六.热平衡计算,估算散热面积：,故散热满足要求。,七.选择润滑油粘度及润滑方式,油池润滑、蜗杆下置,40=350cSt,作业二,作业二,作业： P268/11-3,
