3.9 蜗杆传动（课件）《机械基础》同步精品课堂（江苏凤凰教育出版社）

《机械基础》江苏凤凰教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第三章 机械传动 第九节 蜗杆传动（第9课时） 知识目标 掌握蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定； 能力目标 能够学会蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算； 情感目标 能够结合本节课所学知识，认识蜗杆传动的正确啮合条件和蜗杆传动的失效形式与维护。 学习目标 第三章 机械传动 导入情景 01 蜗杆传动因其结构紧凑、传动比大、传动平稳等优点，在工程机械中广泛应用。例如，在挖掘机、起重机等设备中，蜗杆用于提升和降低负载。此外，蜗杆传动还具有自锁性，常用于卷扬机等起重机械中，起到安全保护作用。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 蜗杆减速器的主要零件是蜗杆、蜗轮。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 蜗杆减速器的主要零件是蜗杆、蜗轮。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (一)蜗轮 一个齿轮，作为交错轴齿轮副中的大轮与配对蜗杆相啮合时，称为蜗轮。蜗轮的分度曲面可以是圆柱面[图(a)]、圆锥面[图(c)]或圆环面[图(b)]。通常，它和配对的蜗杆呈线接触状态。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (二)蜗杆 一个齿轮，当它只具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副时，称为蜗杆。蜗杆的分度曲面可以是圆柱面、圆锥面或圆环面，如图所示。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (二)蜗杆 一个齿轮，当它只具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副时，称为蜗杆。蜗杆的分度曲面可以是圆柱面、圆锥面或圆环面。 (1)蜗杆副：由蜗杆及其配对蜗轮组成的交错轴齿轮副。 (2)圆柱蜗杆：分度曲面为圆柱面的蜗杆。 (3)圆柱蜗杆副：由圆柱蜗杆及其配对的蜗轮组成的交错轴齿轮副。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 除常用的圆柱蜗杆和圆柱蜗杆副外[图(a)],还有环面蜗杆(分度曲面是圆环面的蜗杆)和环面蜗杆副[图(b)];锥蜗杆(分度曲面为圆锥面的蜗杆)和锥蜗杆副[图(c)]。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (4)圆柱蜗杆的分类。 ①阿基米德蜗杆(ZA蜗杆):齿面为阿基米德螺旋面的圆柱蜗杆，端面齿廓是阿基米德螺旋线，轴向齿廓是直线，如图所示。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (4)圆柱蜗杆的分类。 ②渐开线蜗杆(ZI蜗杆):齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆，端面齿廓是渐开线。 ③法向直廓蜗杆(ZN蜗杆):在垂直于齿线的法平面内，或垂直于齿槽中点螺旋线的法平面内，或垂直于齿厚中点螺旋线的法平面内的齿廓为直线的圆柱蜗杆，均称为法向直廓蜗杆。 ④锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)。 ⑤圆弧圆柱蜗杆(ZC蜗杆)。 其中，阿基米德蜗杆的加工方法与车削梯形螺纹方法类似，工艺性能较好，制造和测量均很方便，是应用最广泛的一种圆柱蜗杆。本书只介绍阿基米德蜗杆及传动。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (三)蜗杆传动 蜗杆传动是利用蜗杆副传递运动和动力的一种机械传动。 蜗杆传动是由交错轴斜齿轮传动演变而成。蜗杆与蜗轮的轴线一般在空间互相垂直交错成90°,即轴交角∑=90°,通常情况下，蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。将圆柱蜗杆传动简化成图。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (三)蜗杆传动 蜗杆传动按蜗杆形状不同，可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动三类，如图所示。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (四)蜗杆蜗轮的结构 (1)蜗杆结构形式分为无退刀槽和有退刀槽两种，如图所示。 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (四)蜗杆蜗轮的结构 (2)蜗轮结构形式有整体式、齿圈式、螺栓连接式和镶铸式四种 新知学习 02 一、蜗杆传动的构成 (五)蜗杆蜗轮的材料 蜗杆在低、中速时可采用45钢调质，高速时采用40Cr,40MnB调质后表面淬火，或采用20、20CrMnTi渗碳淬火。 蜗轮的材料主要采用青铜。齿面滑动速度较低时常用铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3; 齿面滑动速度较高或连续工作的重要场合常用铸锡磷青铜ZCuSn10P1或铸锡铅锌青铜ZCuSn5Pb5Zn; 低速、轻载场合，以及直径较大的蜗轮，也可使用铸铁HT200、HT300。 新知学习 02 二、蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定 (一)蜗杆轮齿的旋向与齿数 蜗杆传动与螺旋传动类似 按蜗杆轮齿的螺旋方向不同，蜗杆有右旋和左旋之分，蜗杆螺旋线符合螺旋右手定则，即为右旋(R),反之为左旋(L),右旋蜗杆较常用。 蜗杆副中配对的蜗轮，其旋向与蜗杆相同。蜗杆轮齿的总数(蜗杆的齿数)称为蜗杆头数z₁。 只有1个齿的蜗杆称单头蜗杆，有2个或2个以上齿的蜗杆称多头蜗杆，GB/T10085—2018规定的蜗杆头数有1,2,4,6。通常蜗杆头数z₁=1,2,4。 新知学习 02 二、蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定 (二)蜗杆传动旋转方向的判定 蜗杆传动时，蜗轮的回转方向由蜗杆轮齿的螺旋方向和蜗杆的回转方向确定。蜗轮回转方向的判定方法如下：右旋蜗杆用右手，左旋蜗杆用左手，半握拳，四指指向蜗杆回转方向，蜗轮的回转方向与大拇指指向相反，如图所示。 新知学习 02 二、蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定 (三)蜗杆传动的受力方向判定 在进行蜗杆传动的受力分析时，通常不考虑摩擦力的影响。 图所示是以右旋蜗杆为主动件 新知学习 02 二、蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定 蜗杆与蜗轮轮齿上各方向判断如下： (1)圆周力F,的方向：主动轮圆周力F₁与其节点速度方向相反，从动轮圆周力F₂与其节点速度方向相同。 (2)径向力F,的方向：由啮合点分别指向各自轴心。 (3)轴向力F。的方向：蜗杆主动时，蜗杆轴向力F1的方向由“主动轮左、右手定则”判断，即右旋蜗杆用右手(左旋用左手),四指顺着蜗杆转动方向弯曲，大拇指指向即蜗杆轴向力F₁的方向。蜗轮轴向力F₂的方向与蜗杆圆周力F₁方向相反。 新知学习 02 二、蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定 在图中，压力角α的大小等于齿形角。 新知学习 02 二、蜗杆传动的传动比及旋向、受力方向判定 (四)蜗杆传动的传动比 蜗杆传动的传动比是主动的蜗杆角速度与从动的蜗轮角速度的比值，也等于蜗杆头数与蜗轮齿数的反比。即 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 1.模数m 蜗杆的模数是指轴向模数，等于蜗杆的轴向齿距px₁除以圆周率π的商 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 2.齿形角α GB/T10087-2018《圆柱蜗杆基本齿廓》规定了模数m≥1mm,轴交角∑=90°的圆 柱蜗杆传动的基本蜗杆的基本齿廓。对于阿基米德蜗杆，其齿形角是指蜗杆的轴向齿形角ax,且αx=20°。蜗轮的齿形角为端面齿形角，用a₁表示。 3.蜗杆直径系数q 蜗杆直径系数q是蜗杆分度圆直径dj除以轴向模数m的商 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 3.蜗杆直径系数q 蜗杆传动中，蜗轮分度圆柱面的素线由直线改为弧线，从而将蜗杆部分包住，使啮合由点接触变为线接触，不仅使传动平稳，而且承载能力大。 但切制蜗轮的蜗轮滚刀的参数必须与工作蜗杆的参数完全相同，除模数和齿形角应相同外，滚刀与蜗杆的分度圆直径、螺旋齿的头数、导程角等也要求相同。 为了限制滚刀的数目和便于滚刀的标准化，除规定了模数和齿形角外，还对一定模数m的蜗杆的分度圆直径d:做了规定，即规定了蜗杆直径系数q。 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 3.蜗杆直径系数q GB/T10085-2018《圆柱蜗杆传动基本参数》规定了模数m≥1mm、轴交角∑=90°的动力圆柱蜗杆传动的蜗杆的分度圆直径d₁与m匹配的标准系列，见表。 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 4.分度圆柱导程角γ₁和螺旋角β (1)蜗杆的导程角：圆柱蜗杆的分度圆柱螺旋线上任一点的切线与端平面间所夹的锐角。 (2)蜗轮的螺旋角：蜗轮分度圆柱轮齿的旋向与轴线间的夹角，用p表示。 当蜗杆头数z确定后，q值越小，y₁越大，效率越高，但蜗杆变细，刚性较差。 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 5.中心距a 蜗杆轴线与蜗轮轴线间的距离称为中心距。 一般圆柱蜗杆传动的减速装置的中心距口应按下列数值选取：40,50,63,80,100,125,160,200,250,315,400,500(单位：mm)。 大于500mm的中心距可按优先数系R20的优先数选用。 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (一)蜗杆传动的基本参数 6.传动比i 一般圆柱蜗杆传动的减速装置的传动比i的公称值应按下列数值选取：5,7.5,10,12.5,15,20,25,30,40,50,60,70,80。其中，10,20,40,80为基本传动比，应优先采用。 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (二)蜗杆传动的主要几何尺寸计算 当蜗杆传动的主要参数确定后，其几何尺寸计算与齿轮传动相似 新知学习 02 三、蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算 (二)蜗杆传动的主要几何尺寸计算 当蜗杆传动的主要参数确定后，其几何尺寸计算与齿轮传动相似 新知学习 02 四、蜗杆传动的正确啮合条件 圆柱蜗杆传动的正确啮合条件如下： (1)在中间平面内，蜗杆的轴向模数m₁和蜗轮的端面模数m₂相等，即mx₁=m12=m。 01 (2)在中间平面内，蜗杆的轴向齿形角αz₁和蜗轮的端面齿形角a₂相等，即αx1=α12=α=20°。 02 (3)蜗杆分度圆柱面导程角y和蜗轮分度圆柱面螺旋角β相等，且旋向一致，即 03 新知学习 02 五、蜗杆传动的特点及应用 蜗杆传动与齿轮传动一样能够保证准确的传动比，而且可以获得很大的传动比。 (一)传动比大且准确，结构紧凑 齿轮传动中，为了避免根切，小齿轮的齿数不能太少，大齿轮的齿数又受传动装置尺寸限制不能太多，因此传动比受到限制。蜗杆传动中，在蜗轮齿数z₂较少的情况下，单级传动就能得到很大的传动比。 用于动力传动的蜗杆副，通常传动比i为10~30;一般传动时i为8~60;用于分度机构时i可达600~1000,这样大的传动比，如用齿轮传动则需要采用多级传动才能获得。因此，在传动比较大时，蜗杆传动具有结构紧凑的特点。 01 02 新知学习 02 五、蜗杆传动的特点及应用 (二)传动平稳，噪声小 蜗杆的齿为连续不断的螺旋面，传动时与蜗轮间的啮合是逐渐进入和退出，蜗轮的齿基本上是沿螺旋面滑动的 而且同时啮合的齿数较多，因此，蜗杆传动比齿轮传动平稳，没有冲击，噪声小。 01 02 新知学习 02 五、蜗杆传动的特点及应用 (三)容易实现自锁，有安全保护作用 和螺旋传动一样，当蜗杆的导程角小于蜗杆副材料的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。此时，只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。 这一特性用于起重机械设备中，能起到安全保险的作用。 01 02 新知学习 02 五、蜗杆传动的特点及应用 (三)容易实现自锁，有安全保护作用 如图所示的手动起重装置，就是利用蜗杆的自锁特性使重物G停留在任意位置上，而不会自动下落。单头蜗杆的导程角较小，一般y<5°,大多具有自锁性，而多头蜗杆随头数增多导程角增大，不一定具有自锁能力。 新知学习 02 五、蜗杆传动的特点及应用 (四)承载能力大 蜗杆传动中，蜗轮的分度圆柱面的素线由直线改为弧线，使蜗杆与蜗轮的啮合呈线接触，同时进入啮合的齿数较多，因此与点接触的交错轴斜齿轮传动相比，承载能力大。 新知学习 02 五、蜗杆传动的特点及应用 (五)传动效率较低，成本较高 蜗杆传动时，啮合区相对滑动速度很大，摩擦损失较大，因此传动效率较齿轮传动低。 一般蜗杆传动的效率η为0.7~0.8,具有自锁性的蜗杆传动，其效率η<0.5。所以，蜗杆传动通常用于功率不大或工作不连续的场合。 为了提高蜗杆传动的效率，减少传动中的摩擦，除应具有良好的润滑和冷却条件外，蜗轮还常采用青铜等减摩材料制造，因而成本较高。 01 02 新知学习 02 六、蜗杆传动的失效形式与维护 (一)蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相似，也有齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损与齿根折断等几种。 但是，因蜗杆传动的重要特点是齿面滑动速度较大、发热量大、磨损较为严重，所以一般开式传动的失效主要由于润滑不良、润滑油不清洁造成磨损严重。 润滑良好的闭式传动失效主要是胶合。 新知学习 02 六、蜗杆传动的失效形式与维护 (二)蜗杆传动的维护 01 蜗杆传动正式使用前应进行空载运转，时间不得少于2h。运转应平稳，无冲击、振动、杂音及渗漏油现象，发现异常应及时排除。 1.蜗杆传动的试运行 02 蜗杆传动摩擦较大，通常采用浸油润滑以减小摩擦与散热。对于蜗杆下置式，浸油深度为蜗杆全齿高；对于蜗杆上置式，浸油深度为蜗轮外径的1/3。 2,蜗杆传动的润滑与散热 03 蜗杆传动应定期检修，发现胶合或显著磨损必须采取及时有效的制止措施。 3.蜗杆传动的检修 课堂小结 03 小试牛刀 蜗杆的旋向判断方法是（）。 A.蜗杆的螺旋线左边高为右旋 B.蜗杆的螺旋线右边高为左旋 C.蜗杆的螺旋线左边高为左旋 D.蜗杆的螺旋线方向与旋向无关 答案：C 解析：判断蜗杆的旋向时，若螺旋线左边高则为左旋，右边高则为右旋。选项C正确。选项A和B错误，选项D错误。 小试牛刀 蜗杆传动中，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。当蜗杆的转向已知时，蜗轮的转向（）。 A.与蜗杆的旋向无关 B.由蜗杆的旋向决定 C.与蜗杆的模数有关 D.与蜗杆的齿数有关 答案：B 解析：蜗轮的转向由蜗杆的转向和蜗杆的旋向共同决定。选项B正确。选项A错误，旋向影响转向；选项C和D错误，模数和齿数不影响转向。 小试牛刀 蜗杆传动中，蜗杆的轴向力方向（）。 A.与蜗杆的回转方向相同 B.与蜗杆的回转方向相反 C.由蜗轮的转向决定 D.由蜗杆的旋向决定 答案：A 解析：蜗杆的轴向力方向与蜗杆的回转方向相同。选项A正确。选项B错误，选项C和D错误。 小试牛刀 蜗杆传动中，蜗轮的圆周力方向与蜗杆的轴向力方向（）。 A.相同 B.相反 C.垂直 D.无关系 答案：B 解析：蜗轮的圆周力方向与蜗杆的轴向力方向相反。选项B正确。选项A错误，选项C和D错误。 小试牛刀 蜗杆传动中，若要使蜗杆和蜗轮的轴向力相互抵消，蜗杆和蜗轮的旋向应（）。 A.相同 B.相反 C.无关 D.由模数决定 答案：A 解析：若要使蜗杆和蜗轮的轴向力相互抵消，蜗杆和蜗轮的旋向应相同。选项A正确。选项B错误，选项C和D错误。 答案：D 解析：弹性滑动是由于带在紧边和松边位置受到的拉力不同，导致带的拉伸变形量不同而引起的。因此，选项D正确。 小试牛刀 蜗杆传动的效率主要与（）有关。 A.蜗杆的模数 B.蜗杆的齿数 C.蜗杆的头数 D.蜗轮的齿数 答案：C 解析：蜗杆传动的效率主要与蜗杆的头数有关，头数越少，效率越低。选项C正确。选项A、B和D错误。 小试牛刀 蜗杆传动中，蜗杆的径向力方向（）。 A.指向蜗杆的回转中心 B.背离蜗杆的回转中心 C.与蜗轮的径向力方向相同 D.与蜗轮的径向力方向相反 答案：A 解析：蜗杆的径向力方向指向蜗杆的回转中心。选项A正确。选项B错误，选项C和D错误。 作业布置 04 1.简述蜗杆轮齿的旋向与齿数。 2.简述蜗杆传动旋转方向的判定。 3.简述蜗杆传动的受力方向判定。 感谢观看 $$