蜗轮蜗杆受力分析课件
合集下载
第12章蜗轮蜗杆详解PPT课件
t β1
β2 ∑
为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1 只能取标准值。 e s
β1
γ1 t
d1
d2
.
8
表12－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
m
d1
m
d1
m
1 18
(22.4)
1.25 20
2.5 28 (35.5)
4
22.4
45
20
1.6 28
(28)
5
3.15 35.5
(18) 2 22.4
一般情况： z2≤ 80
z2过大 → 结构尺寸↑ → 蜗杆长度↑
→ 刚度、啮合精度. ↓
10
表12-2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值
传动比i
7~13
14~27 28~40
>40
蜗杆头数z1 4
2
2、1
1
蜗轮齿数z2 28~52
28~54 28~80
>40
4. 蜗杆的导程角γ 将分度圆柱展开得：
形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且β1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。
蜗轮
而啮合件称为:蜗轮。
ω2
2 蜗杆
ω1 1
.
2
点接触
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, 通常i=8~80
可由表12－1计算得到。
见下页
于是有： d1 = mq
tgγ1 = px z1 /πd1 = mz1 / d1
蜗轮蜗杆传动PPT课件
21
11.5.4 蜗杆的刚度计算
蜗杆刚度条件：
y Ft12 Fr21 L3 [ y] 48EI
要求：足够的强度；良好的减摩、耐磨性；良好的抗 胶合性。
为了减摩，通常蜗杆用碳钢和合金钢制成，高速重载 的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳(shentan)淬火，或45钢、 40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮用有色金属，常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝 青铜、灰铸铁等。
14
11.4.2 蜗杆、蜗轮的结构
5
11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。 在中间平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与 齿条的啮合。
6
11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择
1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2 和传动比i
蜗杆头数z1=1~4： 单头：传动比大，易自锁，效率低，精度高。 多头：传动比小，但加工困难，精度降低。
m1 mt2 m
1 t2
8
3.蜗杆螺旋线升角
蜗杆螺旋线的导程为：
L z1 pa1 mz1
螺旋升角与导程的关系：
tan L z1m z1m
d1 d1
d1
通常蜗杆螺旋线的升角 3.5 ~ 27，升角小时传动效 率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的
T1、T2分别为作用在蜗杆和蜗轮上的转矩
T2 T1i
18
2.蜗杆蜗轮受力方向
蜗杆切向力Ft1是阻力，方向与蜗杆转动方向相反，蜗轮 切向力Ft2与其回转方向相同；两径向力Fr1和Fr2分别指向 各自的轮心；轴向力Fa1的方向根据蜗杆的螺旋线旋向和回
转方向，应用左、右手定则来确定。
11.5.4 蜗杆的刚度计算
蜗杆刚度条件：
y Ft12 Fr21 L3 [ y] 48EI
要求：足够的强度；良好的减摩、耐磨性；良好的抗 胶合性。
为了减摩，通常蜗杆用碳钢和合金钢制成，高速重载 的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳(shentan)淬火，或45钢、 40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮用有色金属，常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝 青铜、灰铸铁等。
14
11.4.2 蜗杆、蜗轮的结构
5
11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。 在中间平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与 齿条的啮合。
6
11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择
1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2 和传动比i
蜗杆头数z1=1~4： 单头：传动比大，易自锁，效率低，精度高。 多头：传动比小，但加工困难，精度降低。
m1 mt2 m
1 t2
8
3.蜗杆螺旋线升角
蜗杆螺旋线的导程为：
L z1 pa1 mz1
螺旋升角与导程的关系：
tan L z1m z1m
d1 d1
d1
通常蜗杆螺旋线的升角 3.5 ~ 27，升角小时传动效 率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的
T1、T2分别为作用在蜗杆和蜗轮上的转矩
T2 T1i
18
2.蜗杆蜗轮受力方向
蜗杆切向力Ft1是阻力，方向与蜗杆转动方向相反，蜗轮 切向力Ft2与其回转方向相同；两径向力Fr1和Fr2分别指向 各自的轮心；轴向力Fa1的方向根据蜗杆的螺旋线旋向和回
转方向，应用左、右手定则来确定。
蜗轮蜗杆受力分析
蜗轮蜗杆受力分析
蜗轮蜗杆是一种常用的传动装置，广泛应用于机械工程中。
在进行蜗轮蜗杆的受力分析时，需要考虑以下几个方面：蜗轮蜗杆受力、力的传递路径、材料的应力和变形等。
首先要对蜗轮蜗杆的受力进行分析。
蜗轮蜗杆传动时，通过蜗杆的螺旋线与蜗轮的齿面配合，使蜗轮绕自身轴线旋转并传递力矩。
在这个过程中，蜗轮和蜗杆分别承受轴向力和径向力。
轴向力是由于蜗杆的螺旋线对蜗轮齿面的作用，使蜗杆的轴向力沿蜗杆轴线方向产生，而蜗轮受到等大反向轴向力。
径向力是由于蜗轮的齿面曲率半径与蜗杆螺旋线的半径差导致的，在传动过程中使得蜗轮和蜗杆受到径向力，造成受力状态的变化。
其次，要对力的传递路径进行分析。
蜗轮蜗杆传动的力矩是由蜗杆传递给蜗轮的，在传递过程中遵循力的平衡原理。
蜗杆上的力矩通过轴承传递给蜗杆轴承座，再通过蜗杆轴承座传递给机架。
而蜗轮上的力矩则通过蜗轮轴承传递给蜗轮轴承座，再通过蜗轮轴承座传递给机架。
这样，蜗轮和蜗杆上的力矩同时传递到机架上，实现了力的平衡。
最后，要考虑材料的应力和变形对蜗轮蜗杆的影响。
传动过程中，蜗轮和蜗杆上的受力会导致材料的应力产生变化，甚至会引起材料的变形。
在进行蜗轮蜗杆设计时，要考虑到材料的强度和刚度等因素，以确保蜗轮蜗杆的可靠性和稳定性。
总结起来，蜗轮蜗杆的受力分析是一个复杂的过程，需要综合考虑受力、力的传递路径、材料的应力和变形等因素。
只有在合理的受力分析基础上进行设计，才能确保蜗轮蜗杆的正常运转和长期使用。
蜗杆传动PPT演示课件
n2 周向力 Ft2 =轴向力 Fa1
Fa1
从动轮转向 n2
Fr1
机械基础部分
20
圆周力
Ft——主反从 同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右手螺旋定则 蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
机械基础部分
21
例1：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗 杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。
铸锡青铜：适用于齿面滑动速度 较高的传动。 （抗胶合能力强，抗点蚀能力差）
蜗轮常用材料有：铸铝青铜：vs≤ 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差） 灰铸铁： vs≤ 2 m/s 的场合，且要进行时效 处理，防止变形。
机械基础部分
6
二、蜗杆、涡轮的结构
1. 蜗杆的结构 蜗杆常和轴做成一个整体。
★无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
机械基础部分
5
由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度， 更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用 青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。
蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、 20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用 45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。
机械基础部分
1
蜗杆传动
机械基础部分
2
第7章蜗杆传动
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传 递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚ 。
机械基础部分
3
§7.1 蜗杆传动的类型和特点 §7.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 §7.3 蜗杆传动的材料和结构 §7.4 蜗杆传动的强度计算 §7.5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡 §7.6 蜗杆传动的安装与维护
Fa1
从动轮转向 n2
Fr1
机械基础部分
20
圆周力
Ft——主反从 同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右手螺旋定则 蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
机械基础部分
21
例1：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗 杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。
铸锡青铜：适用于齿面滑动速度 较高的传动。 （抗胶合能力强，抗点蚀能力差）
蜗轮常用材料有：铸铝青铜：vs≤ 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差） 灰铸铁： vs≤ 2 m/s 的场合，且要进行时效 处理，防止变形。
机械基础部分
6
二、蜗杆、涡轮的结构
1. 蜗杆的结构 蜗杆常和轴做成一个整体。
★无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
机械基础部分
5
由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度， 更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用 青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。
蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、 20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用 45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。
机械基础部分
1
蜗杆传动
机械基础部分
2
第7章蜗杆传动
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传 递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚ 。
机械基础部分
3
§7.1 蜗杆传动的类型和特点 §7.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 §7.3 蜗杆传动的材料和结构 §7.4 蜗杆传动的强度计算 §7.5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡 §7.6 蜗杆传动的安装与维护
蜗轮蜗杆课件
n3 Fa3 Ft3 Ft2’
n2’ Fa2 Ft2 Ft1
Fa2’
n2
Fa1 电机
Fa3 Ft2 2 n2 Fa2 n1
Ft4 4 n Ft3 n3 4 3
Ft1 1
Fa1
作业：例1如图所示斜齿圆柱齿轮传动——蜗杆传动组成的 传动装置。动力由I轴输入，蜗轮4为右旋。试解答下列问题： （1）为使蜗轮4按图示n4方向转动，确定斜齿轮1的转动方向 ； （2）为使中间轴Ⅱ所受的轴向力能抵消一部分，确定斜齿 轮1和斜齿轮2的轮齿旋向； （3）画出齿轮1和蜗轮4所受圆周力Ft1、Ft4和轴向力Fa1、Fa4 的方向（垂直纸面向外的力画
[∆t]----温差许用值，一般取： [∆t]=60~70 ℃ 要求油温： t = t0+ ∆t <90 ℃
不能满足要求时，可采取冷却措施： 1）增加散热面积----加散热片；
2）提高表面传热系数---加风扇、冷却水管、循环油冷却。
冷 却 器 油泵
设计：潘存云
设计：潘存云
设计：潘存云
冷 却 水
本 章 重 点
对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差： 1000P1(1-η )tgγ ≤ [∆t] ∆t = α iA ∆t=( t-t0 )----温度差； P1----蜗杆传递的功率； αi----表面散热系数；一般取：αi=10~17 W/(m2℃ ) A----散热面积, m2, 指箱体外壁与空气接触而内壁 被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其 散热面积按50%计算。
4 n4
III
2
II
3
I
1
4
n4
III
Fa 4
2
蜗轮蜗杆传动PPT课件
蜗杆传动
蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
精品课件资料
（一）教学要求 1、了解蜗杆传动特点、类型 2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 3、熟悉普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、
强 度计算及热平衡计算等。 （二）教学的重点与难点
重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、 正确啮合条件、强度计算。
VS
V1 cos
d1n1 60 1000 cos
(m / s) V1
较大的VS易发生齿面磨损和胶 合；如润滑条件良好（形成油膜条 件）则较大的VS则有助于形成润滑 油膜，减少摩擦、磨损，提高传动 效率。
精品课件资料
2.失效形式： 主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失
效是齿面胶合和过度磨损。
11.8 常用各类齿轮传动的选择
11.8.1 各类齿轮传动性能的比较
精品课件资料
11.8.2 传动类型的选择
在选择传动类型时应考虑以下几个方面 传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。 在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高 速级
圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮 高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速 场合
为了减摩，通常蜗杆用碳钢和合金钢制成，高速重载 的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳(shentan)淬火，或45钢、 40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮用有色金属，常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝 青铜、灰铸铁等。
精品课件资料
11.4.2 蜗杆、蜗轮的结构
1.蜗杆的结构 蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。 （1）铣(xi)制蜗杆
精品课件资料
精品课件资料
总效率：
1 2 3
蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
精品课件资料
（一）教学要求 1、了解蜗杆传动特点、类型 2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 3、熟悉普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、
强 度计算及热平衡计算等。 （二）教学的重点与难点
重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、 正确啮合条件、强度计算。
VS
V1 cos
d1n1 60 1000 cos
(m / s) V1
较大的VS易发生齿面磨损和胶 合；如润滑条件良好（形成油膜条 件）则较大的VS则有助于形成润滑 油膜，减少摩擦、磨损，提高传动 效率。
精品课件资料
2.失效形式： 主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失
效是齿面胶合和过度磨损。
11.8 常用各类齿轮传动的选择
11.8.1 各类齿轮传动性能的比较
精品课件资料
11.8.2 传动类型的选择
在选择传动类型时应考虑以下几个方面 传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。 在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高 速级
圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮 高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速 场合
为了减摩，通常蜗杆用碳钢和合金钢制成，高速重载 的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳(shentan)淬火，或45钢、 40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮用有色金属，常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝 青铜、灰铸铁等。
精品课件资料
11.4.2 蜗杆、蜗轮的结构
1.蜗杆的结构 蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。 （1）铣(xi)制蜗杆
精品课件资料
精品课件资料
总效率：
1 2 3
最新国家精品课程课件 机械设计基础 第8章蜗轮蜗杆传动机构讲学课件
∆t
=
1000P1(1-η)tanγ≤ αiA
[∆t]
∆t=( t-t0 ) ——温度差； P1——蜗杆传递的功率； αi——表面散热系数；一般取：αi=10~17 W/(m2℃ )
A——散热面积, m2, 指箱体外壁与空气接触而内 壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，
其散热面积按50%计算。
切向速 度vp2的方向与拇指指向相同。
左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。
ω1
ω1
v2
ω2
1
p 2
设计：潘存云
r1 a r2
1
p 2
设计：潘存云
v2
ω2
模型验证
7.中心距 a = r1+r2 = m(q +z2)/2
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
润滑方式的选择： 当vs≤ 5~10 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少 搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。 当v1> 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。 当vs > 10~15 m/s时，采用压力喷油润滑。
设计：潘存云
设计：潘存云
设计：潘存云
三、蜗杆传动的热平衡计算
对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：
pa1=pt2= px=π m
c=0.2 m
a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)
§8-3 蜗杆和蜗轮的常用材料和结构 一、蜗杆和蜗轮的常用材料 主要失效形式 胶合、点蚀、磨损。
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。
蜗轮蜗杆受力分析PPT课件
12
3
4
5
6
2019/10/19
7
8
9
10
蜗杆的转向
右旋蜗杆 左旋蜗杆
右 以右手握住蜗杆，四指 手 指向蜗杆的转向，则拇 规 指的指向为啮合点处蜗 则 轮的线速度方向。
左 以左手握住蜗杆，四指 手 指向蜗杆的转向，则拇
规 指的指向为啮合点处蜗 则 轮的线速度方向。
11
2019/10/19
（2）蜗杆的轴向力Fa1（其大小等于 蜗轮上的圆周力Ft2,方向相反）
MT2=MT1iη , η为蜗
杆传动总效率
（3）蜗杆的径向力Fr1（其大小等 于蜗轮上的 径向力Fr2,方向相反） Nhomakorabea2
各力方向：
Ft —主动件与运动方向相反；从动件与运动方向相同 Fr —各自指向轮心 Fa —蜗杆用左右手定则判定。
§12.4 蜗杆传动的受力分析
一、受力分析
蜗杆传动时，齿面上作用的 法向力Fn和摩擦力Ff可分解为三 个相互垂直的分力：圆周力Ft、 径向力Fr和轴向力Fa。 ∑=90°且 蜗杆主动时，蜗杆蜗轮所受力的 大小和对应关系为
1
§12.4 蜗杆传动的受力分析
（1）蜗杆的圆周力Ft1（其大小等于 蜗轮上的力Fa2，方向相反）