機械設計ppt課件第11章 蝸桿傳動

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1、中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 第 11章 蝸 桿 傳 動 11-1 蝸 桿 傳 動 概 述 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型 11-3 普 通 蝸 桿 傳 動 的 參 數 與 尺 寸 11-4 普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算 11-6 圓 柱 蝸 桿 與 蝸 輪 的 結 構 設 計 11-5 蝸 桿 傳 動 的 效 率 、 潤 滑 和 熱 平 衡 計 算 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制 11-1 蝸 桿 傳 動 概 述 作 用 ： 用 于 傳 遞 交

2、 錯 軸 之 間 的 回 轉 運 動 和 動 力 。 蝸 桿 主 動 、 蝸 輪 從 動 。 90形 成 ： 若 單 個 斜 齒 輪 的 齒 數 很 少 （ 如 z1=1） 而 且 1很大 時 ， 輪 齒 在 圓 柱 體 上 構 成 多 圈 完 整 的 螺 旋 。 1 1所 得 齒 輪 稱 為 蝸 桿 ,而 嚙 合 件 稱 為 蝸 輪 。蝸 桿 2 2 蝸 輪 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制改 進 措 施 ： 將 刀 具 做 成 蝸 桿 狀 ， 用 范 成 法 切 制 蝸 輪 ，所 得 蝸 輪 蝸 桿 為 線 接 觸 。點 接 觸優(yōu)

3、點 ： 傳 動 比 大 、 結 構 緊 湊 、 傳 動 平 穩(wěn) 、 噪 聲 小 。分 度 機 構 ： i=1000, 通 常 i=880缺 點 ： 傳 動 效 率 低 、 蝸 輪 齒 圈 用 青 銅 制 造 ， 成 本 高 。線 接 觸 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 環(huán) 面 蝸 桿 錐 蝸 桿 錐

4、蝸 桿 傳 動 中 ， 蝸 桿 是 由 在 節(jié) 錐 上 分 布的 等 導 程 的 螺 旋 形 成 的 ， 而 蝸 輪 在 外 觀 上就 像 一 個 曲 線 錐 齒 輪 ， 它 是 用 與 錐 蝸 桿 相似 的 錐 滾 刀 在 普 通 滾 齒 機 加 工 而 成 的 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱 蝸 桿 的 齒 面 一 般 是 在 車 床 上 用 直 線 刀 刃的 車 刀 切

5、 制 而 成 ， 車 刀 安 裝 位 置 不 同 ， 加 工 出 的 蝸 桿齒 面 的 齒 廓 形 狀 不 同 。 潘 存 云 教 授 研 制普 通 圓 柱 蝸 桿 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱 蝸 桿 圓 弧 圓 柱 蝸 桿 傳 動 與 普 通 圓 柱 蝸 桿 傳 動 的 區(qū) 別 僅是 加 工 用 的 車 刀 為 圓 弧 刀 刃 。傳 動 特 點 ：

6、1） 傳 動 效 率 高 ， 一 般 可 達 90%以 上 ；2） 承 載 能 力 高 ， 約 為 普 通 圓 柱 蝸 桿 的 倍 ；3） 結 構 緊 湊 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 阿 基 米 德 螺 線2 阿 基 米 德 蝸 桿單 刀 加 工阿 基 米 德 蝸

7、 桿 (ZA) 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 阿 基 米 德 蝸 桿 (ZA) 阿 基 米 德 蝸 桿雙 刀 加 工潘 存 云 教 授 研 制 阿 基 米 德 螺 線 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán)

8、面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 漸 開 線 蝸 桿 (ZI) 漸 開 線 蝸 桿漸 開 線 基 圓 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米

9、德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 潘 存 云 教 授 研 制 dx 延 伸 漸 開 線 車 刀 對 中 齒 厚 中 心 法 面法 向 直 廓 蝸 桿 (ZN) 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面

10、 包 絡 圓 柱 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 (ZN) dx 延 伸 漸 開 線 2 車 刀 對 中 齒 槽 中 心 法 面 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 (ZK) 2 近 似 于

11、阿 基 米 德 螺 線是 一 種 非 線 性 螺 旋 齒 面 蝸 桿 。不 能 在 車 床 上 加 工 ， 只 能 在 銑削 或 磨 削 ， 加 工 時 工 件 作 螺 旋運 動 ， 刀 具 作 旋 轉 運 動 。 砂 輪 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 特 點 ： （ 1）

12、 傳 動 效 率 高 ， 一 般 可 達 85 % 90%；（ 2） 承 載 能 力 高 ， 約 為 阿 基 米 德 蝸 桿 的 24倍 ；（ 3） 要 求 制 造 和 安 裝 精 度 高 。 潘 存 云 教 授 研 制環(huán) 面 蝸 桿 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 類型 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動 圓 柱 蝸 桿 傳 動 11-2 蝸 桿 傳 動 的 類 型錐 蝸 桿 傳 動 普 通 圓 柱蝸 桿 傳 動 圓 弧 圓 柱蝸 桿 傳 動 阿 基 米 德 蝸 桿漸 開 線 蝸 桿 法 向 直 廓 蝸 桿 錐 面 包 絡 圓 柱 蝸 桿 錐

13、蝸 桿 傳 動 特 點 ： 錐 蝸 桿（ 1） 同 時 接 觸 的 點 數 較 多 ， 重 合 度 大 ； （ 2） 傳 動 比 范 圍 大 ， 一 般 為 10360； （ 3） 承 載 能 力 和 傳 動 效 率 高 ； （ 4） 制 造 安 裝 簡 便 ， 工 藝 性 好 。 阿 基 米 德 蝸 桿最 常 用 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制d蝸 桿 旋 向 ： 左 旋 、 右 旋 (常 用 ) 1 1精 度 等 級 ：對 于 一 般 動 力 傳 動 ， 按 如 下 等 級 制 造 ：v17.5 m/s 7級 精 度v1 3 m/

14、s 8級 精 度v112 m/s時 ZCuSn10P1錫 青 銅 制 造 。vS 12 m/s時 ZCuSn5Pb5Zn5錫 青 銅vS 6 m/s時 ZCuAl10Fe3鋁 青 銅 。vS 2 m/s時 球 墨 鑄 鐵 、 灰 鑄 鐵 。 11-4 普 通 蝸 桿 傳 動 的 承 載 能 力 計 算蝸 桿 傳 動 的 特 點 是 齒 面 相 對 滑 動 速度 大 ， 導 致 發(fā) 熱 嚴 重 和 磨 損 加 劇 。二 、 蝸 桿 傳 動 的 常 用 材 料 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 三 、 蝸 桿 傳 動 的 設 計 準 則 * 蝸 桿 的 剛 度 計 算

15、 * 蝸 輪 的 齒 根 彎 曲 疲 勞 強 度 計 算* 蝸 輪 的 齒 面 接 觸 疲 勞 強 度 計 算為 了 防 止 齒 面 過 度 磨 損 引 起 的 失 效 ， 應 進 行* 傳 動 系 統(tǒng) 的 熱 平 衡 計 算 為 了 防 止 蝸 桿 剛 度 不 足 引 起 的 失 效 ， 應 進 行為 了 防 止 過 熱 引 起 的 失 效 ， 就 要 進 行 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制四 、 圓 柱 蝸 桿 傳 動 的 受 力 分 析 Ft2Fr2Fa2 Ft1F r1Fa1 2法 向 力 可 分

16、解 為 三 個 分 力 ：圓 周 力 Ft軸 向 力 Fa徑 向 力 Fr且 有 如 下 關 系 ：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / d1 =2T2 / d2 = Ft2 tan式 中 T1 、 T1分 別 為 作 用 在 蝸 桿 與 蝸 輪 上 的 扭 矩 。T 2= T1 i 2 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 作 者 ： 潘 存 云 教 授 右 旋 蝸 桿 ： 伸 出 左 手 ， 四 指 順 蝸 桿 轉 向 ， 則 蝸 輪 的 切 向 速 度 vp2的 方 向 與 拇 指 指 向 相 同 。蝸 輪 由 蝸 桿 推 動

17、 ， 所 受 切 向 力 與 速 度 方 向 一 致 ，正 確 判 別 蝸 輪 的 轉 向 ， 對 進 行 力 分 析 至 關 重 要 。左 旋 蝸 桿 ： 用 右 手 判 斷 ， 方 法 一 樣 。 作 者 ： 潘 存 云 教 授設 計 ： 潘 存 云設 計 ： 潘 存 云 1 1 12p12p 2 2v2 v2Ft2 Fa1 Ft2Fa1 蝸 輪 的 轉 向 可 用 手 勢 判 別 ：模 型 驗 證 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制蝸 桿 傳 動 受 力 方 向 的 判 定 12pFt2 Fa1Fr1Fr2

18、 2(2)蝸 輪 切 向 力 指 向 與 其 轉 動 方 向 一 致 ， 且 Ft2=-Fa1 ；(4)蝸 輪 蝸 桿 所 受 徑 向 力 垂 直 于 各 自 的 軸 線 ， 且 F t1=-Fa2 。(3)蝸 桿 切 向 力 指 向 與 其 轉 動 方 向 相 反 ， 且 Ft1=-Fa2 ； (1)蝸 桿 所 受 扭 矩 T1與 轉 動 方 向 1一 致 ； T1 T1 1 1Ft1 Ft1Fa2 Fa2 例 ： Fa1Fa2 Fr2Fr1Ft1Ft2n1 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 五 、 圓 柱 蝸 桿 傳 動 的 強 度 計 算齒 面 接 觸 強

19、度 校 核 公 式 ：L0 KFnH = ZE a3KT2= ZEZ H 由 上 式 可 得 設 計 公 式 ：式 中 K為 載 荷 系 數 ， 取 K = K A Kv K Z接 觸 線 長 度 和 曲 率 半 徑 對 接 觸 強 度 的 影 響 系 數 。 蝸 輪 齒 面 的 接 觸 強 度 計算 與 斜 齒 輪 相 似 ， 仍 以赫 茲 公 式 為 基 礎 。 以 蝸輪 蝸 桿 的 節(jié) 點 處 嚙 合 相應 參 數 代 入 即 可 。2 221 21 21nH 11 11 EEbF 赫 茲 公 式 : a KT2 H ZEZ 23H 許 用 接 觸 應 力 按 下 表 選 取 。(1)接

20、 觸 強 度 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影 響 系 數 Z ZC蝸 桿 使 用 系 數 KA工 作 類 型 I II III 載 荷 性 質 均 勻 、 無 沖 擊 不 均 勻 、 小 沖 擊 不 均 勻 、 大 沖 擊 每 小 時 啟 動 次 數 50 起 動 載 荷 小 較 大 大 KA 1 1.15 1.2 動 載 系 數 Kv ， 當 V2 3 m/s , Kv=11.1 當 V23 m/s ,

21、Kv1.2 齒 向 載 荷 分 布 系 數 K ， 當 載 荷 平 穩(wěn) 時 ,取 K =1 當 載 荷 變 化 時 ,取 K 1.3 ZA,ZI,ZN,ZK蝸 桿 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 灰 鑄 鐵 及 鑄 鋁 鐵 青 銅 蝸 輪 的 許 用 接 觸 應 力 H MPa材 料 滑 動 速 度 vs/(m/s)蝸 桿 蝸 輪 45 其 他 情 況 HRC45 HRC45 其 它 滑 動 速 度 fv v fv v fv v fv v fv v 0.01 0.11 6 170.12 651 0.18 10120.18 10120.19 10450.10 0.

22、08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 343 0.09 509 0.09 509 0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 509 2. 0 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs /(m/s) 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 蝸 桿 加 工 困 難 過 大當 28 時 ， 效 率 增 加 很 少 。當 v 時 ， 蝸 桿 具 有自 鎖 性 ， 但 效

23、率 很 低 。50% =（ 0.950.96） tan( + v )tan 分 析 上 述 公 式 不 直 觀 ， 工 程上 常 用 以 下 估 計 值 。閉 式 傳 動 ：z1=1 z 1=2 z1=4 z1=1、 2 開 式 傳 動 ： 0 10 20 30 40 50 20406080100效 率/(%) 在 =45- /2 處 效 率 曲 線 有 極 大 值 。f v =tan v對 動 力 傳 動 ， 宜 采 用 多 頭 蝸 桿 自 鎖 極 限一 般 取 510 1015 1525 25 載 荷 類 型 重 重 中 （ 不 限 ） （ 不 限 ） （ 不 限 ） （ 不 限 ）900

24、 500 350 220 150 100 80 運 動 粘 度 v/cSt（ 40 ）蝸 桿 傳 動 的 相 對 滑 動速 度 vs/(m/s)給 油 方 法 油 池 潤 滑 噴 油 潤 滑或 油 池 潤 滑 噴 油 壓 力 MPa 0.7 2 3 表 11-5 蝸 桿 傳 動 的 潤 滑 油 粘 度 薦 用 值 及 給 油 方 法當 vs 510 m/s時 ， 采 用 油 池 浸 油 潤 滑 。 為 了 減 少 攪油 損 失 ， 下 置 式 蝸 桿 不 宜 浸 油 過 深 ， 約 為 一 個 齒 高 。當 v s 1015 m/s時 ， 采 用 壓 力 噴 油 潤 滑 。當 v1 4 m/s

25、時 ， 采 用 蝸 桿 在 上 的 結 構 。ra/3 一個齒高 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 三 、 蝸 桿 傳 動 的 熱 平 衡 計 算 由 于 蝸 桿 傳 動 效 率 低 ， 發(fā) 熱 量 大 ， 若 不 及 時 散 熱 ，會 引 起 箱 體 內 ， 油 溫 升 高 ， 潤 滑 失 效 ， 導 致 輪 齒 磨損 加 劇 ， 甚 至 出 現(xiàn) 膠 合 。 因 此 ， 對 連 續(xù) 工 作 的 閉 式蝸 桿 傳 動 必 須 進 行 熱 平 衡 計 算由 熱 平 衡 條 件 H 1= H2, 得 ： ta = ta + d S1000P1(1- ) 其 中 P1

26、蝸 桿 傳 遞 的 功 率 ； d表 面 散 熱 系 數 ； 一 般 取 d=8.1517.45 W/(m2 )S散 熱 面 積 (m2), 指 箱 體 外 壁 與 空 氣 接 觸 而 內 壁 被 油飛 濺 到 的 箱 殼 面 積 。 對 于 箱 體 上 的 散 熱 片 ， 其 散 熱 面積 按 50%計 算 。 摩 擦 損 耗 產 生 的 熱 量 H1=1000P1(1- ) 箱 璧 散 發(fā) 的 熱 量 H2= d S(t0- ta ) 蝸 桿 傳 遞 的 效 率 ；t0工 作 油 溫 ， 一 般 取 60 70 ta工 作 環(huán) 境 溫 度 ， 一 般 取 20 保 持 工 作 溫 度 所

27、需 散 熱 面 積 S = m 2 d (t0 - ta)1000P1(1- ) 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 當 工 作 油 溫 t0 80 或 散 熱 面 積 不 足 時 ， 應 采取 散 熱 措 施 ：（ 1） 增 加 散 熱 面 積 加 散 熱 片 ；（ 2） 提 高 表 面 傳 熱 系 數 加 風 扇 、 冷 卻 水 管 、 循 環(huán) 油 冷 卻 。 油 泵 冷卻器冷 卻水 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 蝸 桿

28、的 結 構 : 通 常 與 軸 制 成 一 體z 1=1或 2時 ： b1 z2)mz1=4時 : b1z2)mb1 蝸 桿 軸蝸 桿 長 度 b 1的 確 定 ： 12-6 圓 柱 蝸 桿 與 蝸 輪 的 結 構 設 計(1)無 退 刀 槽 結 構 ： 加 工 螺 旋 部 分 時 只 能 用 銑 制 的 辦 法 。(2) 有 退 刀 槽 ： 加 工 螺 旋 部 分 時 只 能 用 銑 制 的 辦 法 。潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 蝸 輪 齒 寬 角 90130 輪 圈 厚 度 C 1.6m+1.5 mm輪 緣 寬 度 a 0.67 da 蝸 輪 頂 圓 直 徑 de2 da2 +2m da2 +1.5m da2 +2m 蝸 桿 頭 數 Z1 1 2 4 蝸 輪 的 常 用 結 構整 體 式 組 合 式過 盈 配 合 d e2d e2 d e2 d e2BB B Bc cc組 合 式螺 栓 聯(lián) 接 組 合 式 鑄 造騎 縫 螺 釘 48個 ， 孔 心 向 硬 邊 偏 移 =23mm 潘 存 云 教 授 研 制