本章目录
教学要求
基本内容
重点难点
问题思考
蜗杆传动是机械传动中的
一种重要型式,研究蜗杆传动
时所涉及的理论知识与齿轮传
动有许多相同之处。由于蜗杆
传动本身具有的特点,使其研
究理论与齿轮传动又有许多不
同之处。
总目录
第八章
§ 8- 5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
§ 8- 4 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
§ 8- 3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及尺寸计算
§ 8- 1 蜗杆传动的类型
本章目录
§ 8- 6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
教学要求
§ 8- 1 蜗杆传动的类型及特点
一、蜗杆传动的类型
二、蜗杆传动的特点
4、齿面滑动速度大、效率低、制造成本高。
3、可实现自锁;
2、传动平稳、噪声低;
1、实现大传动比;
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
1、模数 m和压力角 α, 在中间平面上,蜗杆的轴
面模数和压力角应与蜗轮的端面模数和压力角分
别相等,即,
ma1=mt2=m α a1=α t2
ZA蜗杆的标准值取在轴面上; ZN,ZI,ZK蜗
杆的标准值取在法面上,轴面和法面压力角的关
系为,
?
??
c o s
t a nt a n n
a ?
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
3、蜗杆头数 z1
蜗杆头数通常取为 1,2,4,6,头数少,效
率低,若要提高效率,可适当增加蜗杆头数,
但头数过多会给加工带来一些困难。
2、蜗杆的分度圆直径 d1
蜗杆的尺寸参数与加工蜗轮的蜗轮滚刀尺寸参
数相同,为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的
标准化,通常对 d1的值作了限制,并且令比值
q=d1/m q称为蜗杆的直径系数
或 d1=mq
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
5、传动比 i和齿数比 u
6、蜗轮齿数 z2
4、导程角 γ
q
z
d
mz
d
pz
d
p az 1
1
1
1
1
1
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u
z
z
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2
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1
12 ziz ??
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
7、蜗杆传动的标准中心距
表 11-1 蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值
传动比 i z1 z2
≈5
7~15
14~30
29~82
6
4
2
1
29~31
29~61
29~61
29~82
2
)(
2
221 zqmdda ????
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
三、蜗杆传动的几何尺寸计算
蜗杆传动变位跟齿条齿轮传动变位类似,
蜗轮变位,蜗杆不变。变位后,蜗轮的分度
圆与节圆仍然重合,只是蜗杆的节线不再与
分度线重合。
蜗杆传动变位的目的是为了配凑中心距或
提高蜗杆传动的承载能力及传动效率。
蜗杆传动的基本几何尺寸及其计算公式见表 11-3
二、蜗杆传动变位的特点
§ 8- 3 普通蜗杆传动承载能力计算
一、主要失效形式
开式传动 闭式传动
二、设计准则 开式传动,主要保证蜗轮齿根弯曲疲劳强度
闭式传动,主要保证蜗轮齿面接触疲劳
强度及传动的热平衡。
蜗轮轮齿折断
蜗轮齿面磨损
蜗轮齿面胶合
蜗杆齿面点蚀
三、常用材料
蜗杆
高速重载 低碳合金钢 +渗碳淬火
中碳钢或中碳合金钢 +表面淬火
低速中载 中碳钢 +调质
蜗轮
vs≥3 m/s 重要传动 铸造锡青铜
vs≤4 m/s 一般传动 铸造铝铁青铜
vs<2 m/s 不重要传动 灰铸铁
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
蜗杆传动的受力分析
????
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2
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2
2
21
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d
T
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FF
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蜗杆上圆周力与其啮合点速
度方向相反;蜗轮上的圆周
力与其啮合点运动方向相同;
径向力指向各自的轮心。
蜗
杆
传
动
强
度
计
算
蜗轮齿面接触疲劳强度计算
K—— 载荷系数, 意义及确定方法同直齿轮。
[?]H —— 蜗轮许用接触应力。
ZE —— 弹性系数。
Z? —— 接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度对
接触应力的影响。根据齿形和 [d1/a]值查图。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
接触系数
Z ?
Ⅰ —— 用于 ZI
型蜗杆
Ⅱ —— 用于 ZC
型蜗杆
[d
1/
a]
值
蜗杆传动 [d1/a]值的选取
接触系数 Z?的选取
蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
蜗
杆
传
动
强
度
计
算
YFa2—— 蜗轮齿形系数 ;查图 11-19
Yβ —螺旋角影响系数; Yβ =1-γ/140 °
注:蜗杆传动中中心距 a、模数 m、蜗杆分度圆
直径 d1均应符合标准值。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
][53.1 2
21
2
FFaF YYmdd
KT ??
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校核计算公式
设计计算公式
?? YYz
KTdm
Fa
F
2
2
2
1
2
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53.1?
蜗杆的刚度计算
]['48 3
2
1
2
1 yL
EI
FFy rt ???
y—— 蜗杆轴的最大挠度 。
Ft1—— 蜗杆所受的圆周力 。 Fr1—— 蜗杆所受的径向力 。
E—— 蜗杆材料的弹性模量。
I —— 蜗杆危险截面的惯性矩 。 I =?df14/64,df1—— 蜗
杆齿根圆直径。
L’—— 蜗杆两端支承间的跨距 。
初步计算时可取 L’ ≈0.9 d2 d2—— 蜗轮分度圆直径。
[y]—— 许用最大挠度 。 [y]=d1/1000,d1—— 蜗杆分度圆直径。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择
GB/T10089-1988—— 对 蜗杆、蜗轮传动规定了
12个精度等级,1级精度最高,12级最低 。
普通圆柱蜗杆传动的精度,一般以 6~9级应用得
最多。
6级精度可用于蜗轮圆周速度 v>5m/s的场合; 7
级精度常用于 v<7.5m/s的动力传动; 8级精度常用
于每昼夜只有短时工作的低速传动( v≤3m/s) 。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
一、概述
圆弧圆柱蜗杆( ZC)传动是一种新型的蜗杆传动。这
种蜗杆传动比普通圆柱蜗杆传动的承载能力大,传动效
率高,使用寿命长。其特点如下,
1)传动比范围大
2)蜗杆与蜗轮的齿廓呈凸凹啮合,有利 于润滑油膜的
形成
3)啮合效率较高,可达 95%以上
4)对中心距误差的敏感性较强,传动的中心距难以调整 。
§ 8- 4.圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
1)齿形角 α 0,推荐 α 0=23°± 2°
2)变位系数 χ 2,一般推荐 χ 2=0.5~1.5
3)齿廓圆弧半径 ρ,推荐 ρ=(5~5.5)m 。
§ 8- 4.圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
圆弧圆柱蜗杆的参数及几何尺寸计算
圆弧圆柱蜗杆的齿形参数及几何尺寸见表 11-9
圆弧圆柱蜗杆传动强度计算
圆弧圆柱蜗杆的强度计算见教材,此处从略。
一、蜗杆传动的效率 ?= ?1,?2,?3
?1—— 啮合效率 。
)(1 vtg
tg
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??
??
?v—— 当量摩擦角, 可根据滑动速度 vs选取,
?—— 蜗杆分度圆导程角 ;
?
?
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111
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ndvv
s
d1— 蜗杆分度圆直径;
n1— 蜗杆的转速。
z1=1,z1=2,z1=4 z1=6
?=0.7 ?=0.8 ?=0.9 ?=0.95 估算 总效率 ?
?3—— 搅油效率 。
?2—— 轴承效率 。
一般取 ?2,?3=0.95~0.96
§ 8-5,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
二、蜗杆传动的润滑
蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法
§ 8-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计
算
)1(1 0 0 01 ??? PH )( 02 ad ttSH ?? ?
S
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d
a ?
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0
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三
、
蜗
杆
传
动
的
热
平
衡
计
算
P—— 蜗杆传动的功率 。
?d—— 箱体表面散热系数 。
S— — 有效散热面积 。
t0—— 油的工作温度 。
ta—— 周围空气温度 。
§ 8-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计
算 热平衡条件,
单位时间内发热量 H1=同时间内的散热量 H2
三
、
蜗
杆
传
动
的
热
平
衡
计
算
提高散热能力的措施
加散热片以
增大散热面积。
在蜗杆轴端加风
扇以加速空气流通。
在传动箱内装
循环冷却管路。
§ 8-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计
算
§ 8- 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
蜗
杆
结
构
§ 8- 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
蜗轮结构
整体式 拼铸式 螺栓联接式 齿圈式
组合式
重点与难点
1、蜗杆传动的失效形式和设计准则;
2、蜗杆传动对材料的要求及蜗杆、蜗轮常用材料;
3、蜗杆传动的受力分析;
4、蜗杆传动强度计算特点及强度计算公式的应用;
5、蜗杆传动的刚度计算和热平衡计算;
6、蜗杆传动的效率。
7、蜗杆、蜗轮结构。
本章思考题
1、蜗杆传动有什么优缺点?什么情况下宜采用蜗杆传动?为
何传递大功率时宜采用蜗杆传动?
2、蜗杆传动有哪些类型?
3、什么叫中间平面?阿基米德蜗杆为什么取中间平面上的m
和d 1值为标准值?正确啮合条件是什么?
4、在蜗杆计算中为什么引入蜗杆直径系数q?如何选用q?
5、蜗杆传动变位的特点是什么?采用变位能解决什么问题?
6、什么是蜗杆传动的滑动速度V s?
本章思考题
7、蜗杆传动的失效形式有哪些?失效主要发生在蜗杆还是蜗
轮上?
8、试述蜗杆传动的设计准则。
9、蜗杆、蜗轮常用的材料有哪些?如何采用?
10、为什么要验算蜗杆的刚度?
11、试总结蜗杆传动的设计步骤?
12、为什么蜗杆传动要进行热平衡计算?怎样计算散热面积?
当润滑油的工作温度> 〔 t 〕 时,可采取哪些措施?
本章思考题
13、圆柱蜗杆传动有哪些类型?各有什么特点?其正确啮合条
件是什么?蜗轮滚刀与蜗杆形状有什么关系?
14、如何恰当地采用传动比i?蜗杆头数z 1?蜗轮齿数z 2?
15、传递动力的蜗杆传动,蜗杆常用多头的。特别是当蜗杆功
率较大时?为什么?
16、当设计的蜗杆刚度不足时,为保证必要的刚度,决定将q
从 8增加到 12,对效率有何影响?
本章思考题
17、圆柱蜗杆传动的标准模数是什么?蜗杆轴向模数mt,蜗
杆头数z 1,蜗杆轴向齿距p x,蜗杆导程p z,蜗杆直径系数
q和蜗杆导程角之间各有什么关系?
18、为什么蜗杆传动的传动比只能表达为i=z 2 /z 1,而
不能表达为i=d 2 /d 1?
19、试由当量摩擦角 ?v取值因素中,分析提高蜗杆传动的啮
合效率 ?1的途径。
教学要求
基本内容
重点难点
问题思考
蜗杆传动是机械传动中的
一种重要型式,研究蜗杆传动
时所涉及的理论知识与齿轮传
动有许多相同之处。由于蜗杆
传动本身具有的特点,使其研
究理论与齿轮传动又有许多不
同之处。
总目录
第八章
§ 8- 5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
§ 8- 4 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
§ 8- 3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及尺寸计算
§ 8- 1 蜗杆传动的类型
本章目录
§ 8- 6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
教学要求
§ 8- 1 蜗杆传动的类型及特点
一、蜗杆传动的类型
二、蜗杆传动的特点
4、齿面滑动速度大、效率低、制造成本高。
3、可实现自锁;
2、传动平稳、噪声低;
1、实现大传动比;
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
1、模数 m和压力角 α, 在中间平面上,蜗杆的轴
面模数和压力角应与蜗轮的端面模数和压力角分
别相等,即,
ma1=mt2=m α a1=α t2
ZA蜗杆的标准值取在轴面上; ZN,ZI,ZK蜗
杆的标准值取在法面上,轴面和法面压力角的关
系为,
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§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
3、蜗杆头数 z1
蜗杆头数通常取为 1,2,4,6,头数少,效
率低,若要提高效率,可适当增加蜗杆头数,
但头数过多会给加工带来一些困难。
2、蜗杆的分度圆直径 d1
蜗杆的尺寸参数与加工蜗轮的蜗轮滚刀尺寸参
数相同,为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的
标准化,通常对 d1的值作了限制,并且令比值
q=d1/m q称为蜗杆的直径系数
或 d1=mq
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
5、传动比 i和齿数比 u
6、蜗轮齿数 z2
4、导程角 γ
q
z
d
mz
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1
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12 ziz ??
§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
7、蜗杆传动的标准中心距
表 11-1 蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值
传动比 i z1 z2
≈5
7~15
14~30
29~82
6
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1
29~31
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29~82
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§ 8- 2 普通圆柱蜗杆传动的主要
参数及几何尺寸计算
三、蜗杆传动的几何尺寸计算
蜗杆传动变位跟齿条齿轮传动变位类似,
蜗轮变位,蜗杆不变。变位后,蜗轮的分度
圆与节圆仍然重合,只是蜗杆的节线不再与
分度线重合。
蜗杆传动变位的目的是为了配凑中心距或
提高蜗杆传动的承载能力及传动效率。
蜗杆传动的基本几何尺寸及其计算公式见表 11-3
二、蜗杆传动变位的特点
§ 8- 3 普通蜗杆传动承载能力计算
一、主要失效形式
开式传动 闭式传动
二、设计准则 开式传动,主要保证蜗轮齿根弯曲疲劳强度
闭式传动,主要保证蜗轮齿面接触疲劳
强度及传动的热平衡。
蜗轮轮齿折断
蜗轮齿面磨损
蜗轮齿面胶合
蜗杆齿面点蚀
三、常用材料
蜗杆
高速重载 低碳合金钢 +渗碳淬火
中碳钢或中碳合金钢 +表面淬火
低速中载 中碳钢 +调质
蜗轮
vs≥3 m/s 重要传动 铸造锡青铜
vs≤4 m/s 一般传动 铸造铝铁青铜
vs<2 m/s 不重要传动 灰铸铁
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
蜗杆传动的受力分析
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蜗杆上圆周力与其啮合点速
度方向相反;蜗轮上的圆周
力与其啮合点运动方向相同;
径向力指向各自的轮心。
蜗
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算
蜗轮齿面接触疲劳强度计算
K—— 载荷系数, 意义及确定方法同直齿轮。
[?]H —— 蜗轮许用接触应力。
ZE —— 弹性系数。
Z? —— 接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度对
接触应力的影响。根据齿形和 [d1/a]值查图。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
接触系数
Z ?
Ⅰ —— 用于 ZI
型蜗杆
Ⅱ —— 用于 ZC
型蜗杆
[d
1/
a]
值
蜗杆传动 [d1/a]值的选取
接触系数 Z?的选取
蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
蜗
杆
传
动
强
度
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算
YFa2—— 蜗轮齿形系数 ;查图 11-19
Yβ —螺旋角影响系数; Yβ =1-γ/140 °
注:蜗杆传动中中心距 a、模数 m、蜗杆分度圆
直径 d1均应符合标准值。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
][53.1 2
21
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校核计算公式
设计计算公式
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53.1?
蜗杆的刚度计算
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y—— 蜗杆轴的最大挠度 。
Ft1—— 蜗杆所受的圆周力 。 Fr1—— 蜗杆所受的径向力 。
E—— 蜗杆材料的弹性模量。
I —— 蜗杆危险截面的惯性矩 。 I =?df14/64,df1—— 蜗
杆齿根圆直径。
L’—— 蜗杆两端支承间的跨距 。
初步计算时可取 L’ ≈0.9 d2 d2—— 蜗轮分度圆直径。
[y]—— 许用最大挠度 。 [y]=d1/1000,d1—— 蜗杆分度圆直径。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择
GB/T10089-1988—— 对 蜗杆、蜗轮传动规定了
12个精度等级,1级精度最高,12级最低 。
普通圆柱蜗杆传动的精度,一般以 6~9级应用得
最多。
6级精度可用于蜗轮圆周速度 v>5m/s的场合; 7
级精度常用于 v<7.5m/s的动力传动; 8级精度常用
于每昼夜只有短时工作的低速传动( v≤3m/s) 。
§ 8- 3.普通蜗杆传动承载能力计算
一、概述
圆弧圆柱蜗杆( ZC)传动是一种新型的蜗杆传动。这
种蜗杆传动比普通圆柱蜗杆传动的承载能力大,传动效
率高,使用寿命长。其特点如下,
1)传动比范围大
2)蜗杆与蜗轮的齿廓呈凸凹啮合,有利 于润滑油膜的
形成
3)啮合效率较高,可达 95%以上
4)对中心距误差的敏感性较强,传动的中心距难以调整 。
§ 8- 4.圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
1)齿形角 α 0,推荐 α 0=23°± 2°
2)变位系数 χ 2,一般推荐 χ 2=0.5~1.5
3)齿廓圆弧半径 ρ,推荐 ρ=(5~5.5)m 。
§ 8- 4.圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
圆弧圆柱蜗杆的参数及几何尺寸计算
圆弧圆柱蜗杆的齿形参数及几何尺寸见表 11-9
圆弧圆柱蜗杆传动强度计算
圆弧圆柱蜗杆的强度计算见教材,此处从略。
一、蜗杆传动的效率 ?= ?1,?2,?3
?1—— 啮合效率 。
)(1 vtg
tg
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?v—— 当量摩擦角, 可根据滑动速度 vs选取,
?—— 蜗杆分度圆导程角 ;
?
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? c o s1 0 0 060c o s
111
???
ndvv
s
d1— 蜗杆分度圆直径;
n1— 蜗杆的转速。
z1=1,z1=2,z1=4 z1=6
?=0.7 ?=0.8 ?=0.9 ?=0.95 估算 总效率 ?
?3—— 搅油效率 。
?2—— 轴承效率 。
一般取 ?2,?3=0.95~0.96
§ 8-5,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
二、蜗杆传动的润滑
蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法
§ 8-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计
算
)1(1 0 0 01 ??? PH )( 02 ad ttSH ?? ?
S
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三
、
蜗
杆
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的
热
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衡
计
算
P—— 蜗杆传动的功率 。
?d—— 箱体表面散热系数 。
S— — 有效散热面积 。
t0—— 油的工作温度 。
ta—— 周围空气温度 。
§ 8-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计
算 热平衡条件,
单位时间内发热量 H1=同时间内的散热量 H2
三
、
蜗
杆
传
动
的
热
平
衡
计
算
提高散热能力的措施
加散热片以
增大散热面积。
在蜗杆轴端加风
扇以加速空气流通。
在传动箱内装
循环冷却管路。
§ 8-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计
算
§ 8- 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
蜗
杆
结
构
§ 8- 6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
蜗轮结构
整体式 拼铸式 螺栓联接式 齿圈式
组合式
重点与难点
1、蜗杆传动的失效形式和设计准则;
2、蜗杆传动对材料的要求及蜗杆、蜗轮常用材料;
3、蜗杆传动的受力分析;
4、蜗杆传动强度计算特点及强度计算公式的应用;
5、蜗杆传动的刚度计算和热平衡计算;
6、蜗杆传动的效率。
7、蜗杆、蜗轮结构。
本章思考题
1、蜗杆传动有什么优缺点?什么情况下宜采用蜗杆传动?为
何传递大功率时宜采用蜗杆传动?
2、蜗杆传动有哪些类型?
3、什么叫中间平面?阿基米德蜗杆为什么取中间平面上的m
和d 1值为标准值?正确啮合条件是什么?
4、在蜗杆计算中为什么引入蜗杆直径系数q?如何选用q?
5、蜗杆传动变位的特点是什么?采用变位能解决什么问题?
6、什么是蜗杆传动的滑动速度V s?
本章思考题
7、蜗杆传动的失效形式有哪些?失效主要发生在蜗杆还是蜗
轮上?
8、试述蜗杆传动的设计准则。
9、蜗杆、蜗轮常用的材料有哪些?如何采用?
10、为什么要验算蜗杆的刚度?
11、试总结蜗杆传动的设计步骤?
12、为什么蜗杆传动要进行热平衡计算?怎样计算散热面积?
当润滑油的工作温度> 〔 t 〕 时,可采取哪些措施?
本章思考题
13、圆柱蜗杆传动有哪些类型?各有什么特点?其正确啮合条
件是什么?蜗轮滚刀与蜗杆形状有什么关系?
14、如何恰当地采用传动比i?蜗杆头数z 1?蜗轮齿数z 2?
15、传递动力的蜗杆传动,蜗杆常用多头的。特别是当蜗杆功
率较大时?为什么?
16、当设计的蜗杆刚度不足时,为保证必要的刚度,决定将q
从 8增加到 12,对效率有何影响?
本章思考题
17、圆柱蜗杆传动的标准模数是什么?蜗杆轴向模数mt,蜗
杆头数z 1,蜗杆轴向齿距p x,蜗杆导程p z,蜗杆直径系数
q和蜗杆导程角之间各有什么关系?
18、为什么蜗杆传动的传动比只能表达为i=z 2 /z 1,而
不能表达为i=d 2 /d 1?
19、试由当量摩擦角 ?v取值因素中,分析提高蜗杆传动的啮
合效率 ?1的途径。