蜗轮蜗杆传动

蜗轮蜗杆传动（精选七篇）

蜗轮蜗杆传动 篇1

蜗杆传动结构紧凑、传动比大、传动平稳、啮合冲击小、噪声小,并且当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时,又具有自锁性。这些特点使蜗杆传动在工程中应用广泛。汽车座椅靠背自动调节驱动器采用蜗杆蜗轮与圆柱斜齿轮传动二级减速,满足了力矩、转速、振动和噪声的要求。

1 驱动器传动示意图及工作原理

驱动器传动示意图如图1所示,电机末端装有蜗杆1,蜗轮2和小齿轮3成为一体,在蜗杆1的带动下转动,齿轮3又带动大齿轮4,最后输出轴5输出转矩与转速。

2 驱动器蜗杆受力分析与效率计算

2.1 蜗杆受力分析

蜗杆分度圆啮合处受力分析如图2所示。由图2可以得到以下关系式:

其中:Fn为蜗杆啮合处所受法向力;Fx、Fy、Fz分别为法向力Fn在x、y、z方向上的分力;αn为法向压力角;γ为蜗杆导程角;μ为蜗杆蜗轮啮合面之间的摩擦系数。

令:

其中:kx、ky为系数。

将式(2)代入式(1)得到:

将已知参数αn=10°,γ=9°代入式(3)得到:kx=0.242 7,ky=0.180 9。

蜗杆与电机转子轴为一体,其受力情况如图3所示。

图3中,Ax、Ay、Bx、By分别为电机转子在前、后轴承处所受x、y方向上的约束力;C/2为电机末端挡片约束转子轴向窜动的力;μA为电机前轴承处摩擦系数;μB为电机后轴承处摩擦系数;μC为电机后挡片处摩擦系数;f为蜗杆蜗轮啮合处分度圆至电机前轴距离;g为电机前后轴距离;T为电机堵转扭矩;rs为蜗杆分度圆半径;ra为电机转子前轴承处摩擦圆半径;rb为电机转子后轴承处摩擦圆半径;rc为电机转子末端挡片处摩擦圆半径。

2.2 蜗杆力平衡方程

根据图3,列出如下力与力矩平衡方程组:

2.3 蜗杆力平衡方程的求解

已知参数如下:蜗杆头数Z1=1;蜗轮齿数Z2=31;T=370 N·mm;f=25 mm;g=70 mm;rs=3.196 mm;ra=4mm;rb=4 mm;rc=0.25 mm;蜗轮分度圆半径R=15.694mm;μ=0.08;μA=0.08;μB=0.08;μC=0.08;αn=10°;γ=9°;kx=0.242 7;ky=0.180 9。

将已知参数代入式(4),在MATLAB中计算得到:Ax=114.924 9 N;Ay=82.910 9 N;Bx=31.230 2 N;By=9.483 1 N;Fz=368.988 4 N;C=368.988 4 N。

3 蜗杆蜗轮传动总效率计算

将kx=0.242 7,ky=0.180 9,Fz=368.988 4 N代入式(2)得到:Fx=89.553 5 N,Fy=66.75 N。

令Ms为蜗杆分度圆处转矩,MRad为蜗轮分度圆处转矩,则:

将Fx=89.553 5 N,rs=3.196 mm,Fz=368.988 4 N,R=15.694 mm代入式(5)得到:Ms=286.213 N·mm,MRad=5 790.904 N·mm。

综合考虑蜗杆前后轴承、挡片和蜗杆蜗轮啮合处摩擦后,传动总效率为:

将Z1=1,Z2=31,MRad=5 790.904 N·mm,T=370N·mm代入式(6)得到:η=50.49%。

4 蜗杆蜗轮啮合效率计算分析

4.1 摩擦系数对啮合效率的影响

将μA、μB、μC的值设定为0,即不考虑轴承处和挡片处的摩擦,通过改变μ的值得到了蜗杆蜗轮啮合效率ηj在不同摩擦系数下的值;令μA=μB=μC=μ,即综合考虑了蜗杆前后轴承、挡片和蜗杆蜗轮啮合处的摩擦,通过改变μ的值得到了蜗杆蜗轮传动总效率在不同摩擦系数下的值。蜗杆蜗轮啮合效率ηj和传动总效率η的结果见表1。

根据表1绘制出蜗杆蜗轮效率—摩擦系数曲线,见图4。从图4中可以看出,随着摩擦系数的增大,蜗杆前后轴承和挡片处摩擦对效率的影响越大。

4.2 压力角、导程角对啮合效率的影响

蜗杆蜗轮啮合效率等于蜗轮的输出功率与蜗轮的输入功率的比值,即:

其中:ω1为蜗杆转速;ω2为蜗轮转速;i为传动比,。

将式(7)整理得到:

将式(1)代入式(8)得:

先将式(9)中参数γ、μ取定值,分别为γ=9°,μ=0.08,通过改变压力角αn的值得到蜗杆蜗轮啮合效率曲线;再将式(9)中参数αn、μ取定值,分别为αn=10°,μ=0.08,通过改变导程角γ的值得到蜗杆蜗轮啮合效率曲线。图5为效率—压力角和效率—导程角曲线。从图5中可以看到压力角对蜗杆啮合效率的影响相对较小,导程角对啮合效率影响较大,并且导程角越大啮合效率越高。

5 结论

降低蜗杆轴承、挡片以及蜗杆蜗轮啮合处的摩擦系数,可以有效提高传动效率,采用钢铁材料与塑料材料相配合,保持良好润滑,能够有效地降低摩擦系数;压力角对啮合效率影响不大,因此压力角的选取主要满足蜗杆蜗轮强度要求;导程角对啮合效率影响大,为了提高传动效率应取大导程角,但导程角增大传动比降低,自锁性能降低,因此要综合考虑效率、传动比与自锁性能,选取合适的导程角。

摘要：由电机带动驱动器实现汽车座椅靠背的角度调节,电机的高转速和低扭矩通过蜗杆蜗轮的一级减速后再经齿轮二级减速就可以满足座椅前后调节需要的大扭矩低速度的条件。对蜗杆蜗轮之间的受力进行了分析,并计算了传动效率。

关键词：驱动器,蜗杆蜗轮,效率,受力分析

参考文献

[1]李华敏,韩元莹,王知行.渐开线齿轮的几何原理与计算[M].北京:机械工业出版社,1985.

[2]孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].第7版.北京:高等教育出版社,2006.

圆弧圆柱蜗杆传动(ZC蜗杆) 篇2

图示的圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状有所区别，这种蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的，而蜗轮是用范成法制造的。在中间平面(即蜗杆轴线和蜗杆副连心线所在的平面)上，蜗杆的齿廓为凹弧，而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形，

所以，圆弧圆柱蜗杆传动是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动，也是一种线接触的啮合传动。其主要特点为:效率高，一般可达90%以上;承载能力高，一般可较普通圆柱蜗杆传动高出50%～150%;体积小;质量小;结构紧凑。这种传动已广泛应用到冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备的减速机构中。

蜗轮蜗杆传动 篇3

关键词 蜗杆传动机构；左右手法则；速度矢量图法；三角形法

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）20-0120-02

蜗杆传动机构是一种常用的机械传动方式，其结构原理是机械原理和机械设计基础课程所涉及的一个知识点。蜗杆传动机构亦称为蜗轮蜗杆机构或蜗轮机构，其实质上是交错轴斜齿轮机构的正交传动，交错角通常采用90°，由蜗杆、蜗轮和机架组成。蜗杆可认为是一个齿数少、直径小、轴向长度较大、螺旋角β1很大的斜齿轮；而蜗轮齿数较多、直径大、螺旋角β2很小，可视为一个宽度不大的斜齿轮。蜗杆传动机构具有承载能力大、传动平稳、振动冲击小等特点。在机械原理和机械设计基础课程教学过程中，蜗杆传动机构的旋向及运动方向判别是一个重要的教学内容，教材上提供的判别方法基本都是传统的左右手法则。本文将在该方法基础上，总结教学过程中的经验，介绍速度矢量图法和三角形法，以加深学生对蜗杆传动机构的理解，同时可作为教学参考。

1 左右手法则

根据左右手法则判别蜗杆传动机构运动方向时，须先判定蜗杆和蜗轮的旋向。可用如下方法判别旋向：如图1所示，沿蜗杆或蜗轮轴线来观察轮齿线，若轮齿线右方高，则为右旋；反之为左旋。可通俗表达为：使蜗杆或蜗轮轴线沿铅垂方向（蜗杆立放，蜗轮平放），观察齿形，左边高则为左旋，右边高则为右旋。同时交错角为90°时，根据蜗杆蜗轮正确啮合条件，蜗杆和蜗轮旋向应一致。

在确定了旋向后，蜗杆和蜗轮转向的判别方法为：左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，四指沿蜗杆转向，大拇指反方向为啮合点处蜗轮转向。如图2所示，P点为蜗杆和蜗轮瞬时啮合点，蜗杆螺旋线旋向为右旋，用右手四指沿蜗杆运动方向握拳，大拇指所指反方向为P点运动方向，即P点方向朝左，据此可判断蜗轮运动方向为顺时针。

2 速度矢量图法

同样如图2所示，以蜗轮2上的P点为动点，以蜗杆1为动系，由相对运动原理可知：

v2=v1+vs

式中，v2为蜗轮上圆周速度，v1为蜗杆圆周速度，vs为相对滑动速度，其方向沿蜗杆螺旋线方向。根据速度合成原理，可作速度矢量图如图3所示，可判断蜗轮上P的速度方向，因此蜗轮转向为顺时针。

3 三角形法

对于左右手法则，机械类或非机械类学生都可以正确使用。对于速度矢量图法，对非机类学生使用起来则较困难。结合教学实践，可将速度矢量图法进一步简化为三角形法。

具体判别方法为：画一直角三角形，斜边代表蜗杆旋向指示线，两条直角边代表蜗杆和蜗轮的运动方向；如图4所示，P点为蜗杆和蜗轮啮合点，三角形斜边为向左倾斜的一条线段（蜗杆实际旋向是右旋），一条直角边代表蜗杆运动方向垂直向下，则另一条直角边代表蜗轮上P点运动方向水平向左，据此判断蜗轮转向为顺时针。三角形中，两直角边的指向原则为：箭头相对或箭头相背。

运用三角形法过程中，需注意斜边代表蜗杆旋向的指示线而不是蜗杆的实际旋向，实际判别时可直接在蜗杆上绘图，也可根据蜗轮运动方向判定蜗杆运动方向。如图5（a）和图5（b）所示蜗杆传动机构判别，结合蜗杆蜗轮的具体位置，可判别（a）图中蜗轮转向为逆时针，（b）图中蜗轮转向为顺时针。

4 结语

浅谈螺旋传动与蜗杆传动的异同 篇4

螺旋传动按摩擦副的性质分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动构造简单、传动比大, 承载能力高, 加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。但磨损快、寿命短, 低速时有爬行现象 (滑移) , 摩擦损耗大, 传动效率低 (30—40%) , 传动精度低。滑动螺旋的这些致命缺点, 使之不能适应现代工业发展的需要。滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦, 它是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体 (多用钢球) , 当传动工作时, 滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。其传动效率高 (可达90%) , 起动力矩小, 传动灵活平稳, 低速不爬行, 同步性好, 定位精度高, 正逆运动效率相同, 可实现逆传动。预紧后刚度好, 定位精度高 (重复定位精度高) , 但不自锁, 需附加自锁装置, 抗振性差, 结构复杂, 制造工艺要求高, 成本较高。

蜗杆传动是一种空间交错轴传动, 它的应用范围很广, 尤其是在有传递功率大、结构紧凑、运转平稳、抗冲击强度高以及侧隙可调、传动比为中等或中等以上等要求的情况下, 其优势就更加明显。目前蜗杆传动的最主要的形式为阿基米德螺旋线蜗杆, 其齿面为圆柱螺旋面, 由于形成齿面的曲面沿直母线的法线方向是扭曲的, 所以大多是不可展曲面, 虽然迄今为止我们已经有许多先进的设计及计算工具, 但其设计制造仍是非常复杂的, 也是基于此齿面的高精加工也变得更加困难, 这对传动性能的提高有很大的限制。

因此, 螺旋传动和蜗杆传动归纳总结如下:

共同点:

1) 旋向的判断方法相同。

旋向指的是螺纹或蜗杆、蜗轮螺旋线在圆柱面上的绕向, 无论内、外螺纹和蜗杆、蜗轮, 都有两种绕向, 即左旋和右旋, 而常用的都是右旋螺纹和右旋蜗杆、蜗轮。螺纹中用于传动的一般是梯形螺纹, 而蜗杆实质也是一种螺距较大的特殊的梯形螺纹, 所以两者旋向的判断方法相同, 即:平伸右手, 手心向上, 四指与螺纹或蜗杆、蜗轮轴线方向一致, 右手大拇指指向与螺纹斜向一致即为右旋螺纹或右旋蜗杆、蜗轮, 反之为左旋螺纹或左旋蜗杆、蜗轮。

2) 螺纹移动方向和蜗轮转向的判断方法相同。

螺旋传动有三种应用形式: (1) 螺母固定, 螺杆旋转并轴向移动; (2) 螺杆不动, 螺母旋转并轴向移动; (3) 螺杆旋转, 螺母轴向移动。在螺杆旋转螺母移动的运动形式中, 螺母移动方向的判断和蜗杆传动中蜗轮转向的判断都用左右手螺旋定则。即:用左右手 (左旋用左手, 右旋用右手) 半握拳, 四指与蜗杆或螺杆转向一致, 大拇指指向的反方向即为蜗轮转向或螺母移动方向。

3) 传动条件相同。

模数代表蜗杆蜗轮轮齿的大小, 单位是mm, 模数越大, 蜗杆蜗轮轮齿越大, 承载能力越强;螺距代表螺纹牙型的大小, 单位也是mm, 螺距越大, 螺纹的牙型越大, 螺纹的承载能力也越强。蜗杆蜗轮啮合必须满足条件:压力角与模数相同, 并且蜗杆的螺旋升角与蜗轮的螺旋角大小相等, 旋向相同。螺杆螺母的旋合, 也必须满足牙型角相等、螺距相等、旋向相同才能配合, 才能达到传动的目的。

4) 都具有自锁性。

无论螺纹和蜗杆, 在螺旋升角不大时都具有自锁性。螺旋传动的特点是, 有转动的同时才会有移动产生, 因而, 螺旋传动的自锁性表现在:只要螺纹不反转, 无论举升重量有多大, 螺杆都不会自动下降, 螺旋千斤顶的工作原理, 就是螺纹自锁性的应用;蜗杆传动的自锁性表现在:必须蜗杆为主动件, 蜗轮为从动件, 只能由蜗杆带动蜗轮转动, 而蜗轮是不能带动蜗杆转动的, 即蜗杆传动不会逆转。

5) 都用作减速机构。

螺纹有单线、双线、多线之分, 常用的是单线螺纹。在螺旋传动中, 多线螺杆转一圈, 螺母移动一个导程, 单线螺杆转一圈, 螺母只移动一个螺距, 减速比很大。

蜗杆实际上就是一种梯形螺纹, 蜗杆也象螺纹一样, 有单线、双线、多线之分。蜗杆蜗轮传动中, 当双线、多线蜗杆转动一周, 蜗轮只转动两个、三个齿, 单线蜗杆转动一周, 蜗轮只转动一个齿, 传动比很大, 所以, 螺旋传动和蜗杆蜗轮传动都是理想的减速机构。如车床小拖板的移动, 就是螺旋传动的应用, 用于刀具的微调, 蜗杆减速器, 就是采用蜗杆蜗轮传动减速。

6) 传动平稳性好, 但效率低。

螺旋传动和蜗杆蜗轮传动都是一种无振动的连续传动, 传动过程平稳性好, 无噪声, 但又由于螺旋传动和蜗杆蜗轮传动都是滑动摩擦, 摩擦阻力较大, 滑动速度大, 发热、磨损严重, 摩擦阻力较大, 功率消耗大, 所以传动效率低 (约50%) 。

7) 失效形式相同。

蜗杆传动的重要特点是齿面滑动速度大, 发热大、磨损快, 其失效主要由于润滑不良、润滑油不洁造成磨损严重。螺旋传动的主要失效形式是螺纹牙间的磨损, 由于螺纹牙间的磨损, 使螺纹牙型变薄, 间隙增大, 精度下降, 以致螺旋传动失效。因此, 蜗杆传动和螺旋传动的主要失效形式都是因为滑动摩擦而造成严重磨损。

不同点:

1) 传递运动的方式不同。

蜗杆蜗轮传动是传递空间交错成90°两轴的运动, 两轴轴线不在同一平面内, 而螺旋传动中螺杆螺母一般为同平面、同轴线。

2) 传递运动的形式不同。

蜗杆蜗轮传动是把蜗杆的旋转运动传递给蜗轮的传动机构, 传递运动的过程中不改变旋转运动形式;螺旋传动是将螺杆或螺母的旋转运动转变成螺母或螺杆的直线移动, 从而传递一定的运动和动力的传动机构, 改变了旋转运动形式。

教师在教学中应注重培养学生的创新意识和能力。在传统教学中, 都是教师安排好内容, 学生只需要按照步骤进行操作即可。虽然能巩固知识, 但学生不必过多动脑, 就谈不上对创新意识的培养。为了使创新型人才的培养更加有效, 教师可以对教学内容作一些修改。除了要求学生做一些验证性内容之外, 还可以增加一些设计性内容让学生展开训练, 这样, 学生由被动学习变为主动分析, 教师只起引导作用, 充分调动学生学习的积极性、主动性, 锻炼学生的自学能力、思维能力和创新意识。

蜗杆传动教案1(公开课) 篇5

学科：机械基础 执教：袁伟 班级： 高二中专 时间：2009-3-19 课题：蜗杆传动的旋转方向判别 教材：高教版《机械基础》栾学刚 授课时数：2课时 班级人数：36人

学情分析：在学习本节之前，学生已学习了螺旋传动、圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动等相关知识，学生已具有一定的学习基础。

能力目标：能够判定蜗杆传动的转动方向，并会深化应用。

情意目标：①培养学生用类比方法探索分析一般机械运动原理（运动规律）的思维方法。②培养学生从“具体到抽象、从特殊到一般”的辩证唯物主义思想观点方法，提高学生的学习力及应用能力。重点：蜗杆传动的转动方向判别 难点：“左右手定则”的逆向使用。

教法：36人分为6个小组，学生主导，教师引导 教具：移动多媒体、6台蜗杆传动模型 教学内容：

【复习开始】10分钟（播放投影）

（一）复习螺旋传动方向的确定（左右手定则）三句话：

A、螺纹右旋用右手，左旋用左手； B、四指顺着主动件的回转方向；

C、“若两构件”均可动，则大拇指的反方向为螺旋副的移动方向。

说明：“两构件”均可动是指螺杆转动或螺母转动，螺旋副的移动方向即指螺母的移动方向或螺杆的移动方向。

（二）出示旧题。

①、如图2—17，螺杆转动，螺纹右旋，机床工作台如何运动？

②、如图2—18，螺母转动，螺纹左旋，螺杆带动观察镜如何运动？

（二）回顾圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动方向的判断

【小组合作试验分析】10分钟

每组一个蜗杆传动模型 要求：

1、判别蜗杆的旋向？

2、试正反两个方向转动蜗杆，观察蜗轮的转动方向？

3、蜗轮的转动方向和哪些因素有关？

【自学课本】10分钟

在螺旋传动的“左右手定则”基础上对应归纳蜗杆传动的“左右手定则”：

三句话（共同归纳）：

1、蜗杆右旋用右手，左旋用左手；

2、四指顺着主动件（蜗杆）的回转方向；

3、则大拇指的反方向为蜗轮在啮合点的（圆周运动）线速度方向。说明：本定则强调了两点： ①啮合点指蜗杆蜗轮的公共点；

②大拇指的反方向是公共点的线速度方向。

【第一次尝试练习】15分钟（叫每组一个代表上黑板做①—⑥题）

【教师讲解】10分钟

进一步归纳概括“左右手定则”使用的两个关键： 第一、把握旋向

（1）以轴心线为界，螺旋线相对轴线往左上升是左旋，往右上升是右旋。（2）蜗杆蜗轮正确啮合，旋向相同。第二、把握啮合点

（1）大拇指的反方向是啮合点的运动方向。（2）四指的指向是蜗杆可见侧的回转方向。

【第二次尝试练习】20分钟（问题向难度深化）

问题

一、如图4-5，已知n6的回转方向，如何确定n1的转动方向？

问题

二、如图4-11，当卷扬机提起重物G，试问：圆锥齿轮1如何转动？

【师生评价教师总结】（10分钟）

1、各组分别做出评价。教师客观评价各小组成果，评出最佳个人奖

和优胜小组奖。

2、教师归纳全程学习，作一总结。

【课后扩展训练】5分钟（布置任务）

教学反思：

学生能理解教材内容，能结合教材知识分析教师提供的学习材料，在教学活动中能分工合作，认真完成教师下达的学习任务，能积极发言、参与意识强。课后，学生反映这种形式的教学让学生全员参与，教学效果比教师一言堂更好。

大速比蜗轮箱传动系统的设计与应用 篇6

蜗轮箱主要是由蜗轮蜗杆机构和传动箱体两个部分组成。蜗轮传动是用于传递空间交错轴之间的动力, 通过蜗杆传递给蜗轮, 且动力的传递是不可逆的, 具有自锁功能。蜗轮传动被广泛应用于机械工程的各个领域, 是一种比较重要的传动方式。由于其传动的平稳性、自锁功能、噪声小等特点, 被广泛应用于机构减速装置中。

一般蜗轮传动系统的传动比不是很高, 传统的单级蜗轮蜗杆传动比为5~80, 不能满足产品设计要求。对于传动大于80比要求高的场合, 就需要一种大速比的蜗轮箱传动系统。

轮胎拆装机是维修车辆轮胎的主要设备, 一般分为液压式和气动式两种。其主要结构是主机工作台、分离臂、充放气装置、脚踏板、润滑液等。其中脚踏板是用来控制电机的正反转, 实现工作台的顺时针和逆时针转动, 同时实现紧密夹紧、分离松开功能。主机工作台的转动是需要缓慢转动的, 过快则起不到拆卸轮胎的作用。主机工作台还需要有自锁功能, 否则会在轮胎的反作用力下产生反转。所以其中需要一种带有自锁功能的减速装置, 需要达到1∶100的传动比。这是典型的减速装置, 采用蜗轮蜗杆传动系统。但选择普通的蜗轮蜗杆传动不能满足技术要求, 需要根据使用的场合, 对蜗轮蜗杆进行参数化设计。

项目研究的主要内容是:大速比蜗轮箱传动系统主体部件蜗轮、蜗杆的机械设计, 模数、齿形角的确定, 根据零件的设计要求, 确定蜗杆头数和蜗轮齿数等参数, 进行零件材料选择;传动系统零件制造图纸的设计, 零件制造公差的选择, 主体零部件精度的确定;确定生产加工工艺路线, 确定系统零件的装配工艺;通过CREO软件进行零件的三维造型, 进行设计应力分析研究, 并进行零件的优化设计;进行传动系统的实物加工制造。

1 零件的基本参数

常见的蜗轮蜗杆传动如图1所示, 传递动力的两根轴是呈空间交错的方式。

蜗轮蜗杆基本参数如下:

1.1 模数m和压力角α

模数m和压力角α的选取关系到蜗杆蜗轮是否能正确啮合, 蜗杆的轴向模数要等于蜗轮的法面模数, 蜗杆的压力角要和蜗轮的压力角要相等, 这样才能正确啮合。

蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系就形成了导程角, 关系式:

式中:γ-导程角。

1.2 导程角γ

蜗杆的轴向压力角和法向压力角的关系形成了导程角。它的形成原理与蜗杆的旋向相一致, 所以蜗杆轴向齿距pa与蜗杆导程pz的关系满足pz=z1pa。

导程角大, 传动效率高;导程角小, 传动效率低。为达到较好的自锁性, 导程角常取γ=3°~33°。在本机构中选择导程角为γ=3°11'5''。

1.3 蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2

蜗杆的头数多少, 使得蜗杆应用场合完全不一样。头数少时用于轻载传动, 头数多时效率高可用于重载传动。蜗杆的头数多少可以根据使用情况下传动比的大小和传动效率来选取。当选取传动比大时, 头数要少;当选取传动效率高时, 头数要多。常用的蜗杆头数是1、2、4、6。蜗杆头数和导程角的关系有:z1=1, γ=3°~8°。根据轮胎拆装机的使用要求, 为获得大的传动比, 将蜗杆的头数选择为1, 也就是单头蜗杆。

蜗轮的齿数由蜗杆的头数决定, 两者满足一定的关系:z2=uz1。为增加传动的平稳性, 应选择较多的蜗轮齿数, 但过多的齿数的蜗轮较大, 蜗杆的长度就越长, 刚性不足, 不利于传动。当蜗轮直径一定时, 齿数z2选取过多, 模数m就减小很多, 这样直接影响轮齿的弯曲强度也不利于传动。所以, 齿数的多少要适宜, 常用的蜗轮齿数为:z2=32~80。

为获得大的传动比, 在轮胎拆装机中的蜗轮选取模数为2, 齿数为100, 节圆直径200.3, 法向节距6.28。

1.4 传动比i

蜗杆传动减速装置中, 传动比的公称值选取范围一般为5~80。在本机构中, 根据使用要求, 传动比为1∶100。一般传动比i大于80的话就是大传动比。为解决大传动比的技术问题, 就要对蜗轮蜗杆的各个参数进行重新的设计, 对传动模数和齿数进行最优的设计。

传动比:i=n1主动/n2从动;

蜗杆为主动的减速运动中i=n1/n2=z2/z1=u;

式中:n1-蜗杆转速;n2-蜗轮转速。

2 蜗杆设计

2.1 参数设计

蜗杆是本传动系统中的主动件, 它的强度、刚度需要满足使用要求。为获得大的传动比, 在轮胎拆装机中的蜗杆选取模数为m=2, 头数z1=1, 导程角为γ=3°11'5''。

蜗杆的轴向齿距:p1=m=6.28;

蜗杆的导程:p2=mz1=6.28;

2.2 结构设计

蜗杆的结构设计需要满足承载的需要, 所以需要使用软件进行相关设计分析。本机构蜗杆采用CREO软件进行三维建模, 然后进行受力分析。其受力变形图如图2所示, 为放大其变形的效果, 示例中增加了受力的大小。

3 蜗轮设计

蜗轮在传动中起到了至关重要的作用, 其设计中的主要难度是蜗轮轮齿的磨损。所以材料的选择很重要, 一般的, 全部采用耐磨材料则成本较大, 也不合理。如果采用45#钢材料, 成本低, 但在啮合处易磨损。根据设计的要求, 将蜗轮分为蜗轮的轮芯和蜗轮的外廓两部分, 蜗轮结构设计示意图如图3所示。蜗轮轮芯和蜗轮轮廓分别采用不同的材料, 既节省成本又增加蜗轮轮齿的耐磨性。为满足蜗轮使用的要求, 蜗轮轮芯采用45#钢, 蜗轮轮廓采用高铝锌基合金ZA-27。

高铝锌基合金ZA-27材料, 具有较高强度和硬度。具有较高的抗拉强度, 几乎超过了所有的有色金属HT和KT。其力学性能显著优于传统压铸合金, 抗拉强度提高50%。合金比重远小于铜合金和黑色金属。热导率高, 散热快, 磨面温升慢且低, 与蜗杆摩擦有更好的保护作用。材料密度低, 产品质量轻, 安装使用方便。有着较高的阻尼特性, 减振抗噪声效果显著。将45#钢的蜗轮轮芯外铸蜗轮外廓ZA-27形成蜗轮。

4 结语

本系统以大速比蜗轮蜗杆传动机构的设计与应用, 结合蜗杆蜗轮的传动特点进行参数化设计, 并通过CREO软件三维模型的受力分析, 通过在轮胎拆装机中的应用效果显著。对蜗轮结构进行了组合设计, 采用不同材料, 实现了新型材料和普通材料的有机结合。整套传动系统实现了高效率、低成本, 产生了较好的经济效益。

参考文献

[1]张宏兵.基于CATIA软件平台蜗轮蜗杆参数化[J].机械制造与自动化, 2012 (3) .

[2]刘洁.蜗轮蜗杆传动优化设计研究[J].机械传动, 2008 (2) .

蜗轮蜗杆传动 篇7

温室机械卷帘机的特点是输出扭矩大、耗电量小, 承载能力强, 功率一般在0.75～2.2kW之间, 承载能力在5～12t, 长度为70～100m的温室可实现6～9分钟一次完成卷放帘。温室卷帘机由卷帘机组、卷帘轴杆、伸缩支架、牵引绳等组成。目前卷帘机组中的变速箱主要有直齿齿轮传动式和双蜗杆传动式两种。

1 直齿轮传动式卷帘机

直齿齿轮传动式卷帘机一般采用三级或四级直齿圆柱齿轮减速, 所用零件制造简单, 装备精度要求不高, 成本低, 但故障率高, 安全性差。安全性差主要表现为:一是减速级数多, 所用齿轮多。为了提高齿轮强度, 齿轮采用淬火处理、热处理时, 很难保证每个齿处理的均匀一致, 当其中一个或几个齿齿根出现裂纹, 就会出现打齿, 卷起的草辊快速向下滚落。二是由于齿轮传动没有自锁性能, 需要加一套刹车 (制动) 机构。刹车机构在输入端, 当后面的任何一个零件出现故障造成草辊下滚, 刹车机构不起作用。三是刹车机构是一带摩擦片的棘轮机构, 靠摩擦片制动。当上卷草帘时, 皮带轮转动压紧摩擦片, 并一同转动。当皮带轮停止转动, 棘爪止动棘轮, 棘轮侧面和摩擦片产生摩擦力止动草辊下滚。当皮带轮与轴产生锈蚀等, 使皮带轮移动不到位, 不能在棘轮侧面和摩擦片产生足够的压力, 就会导致草辊滚落。四是皮带轮输入轴的材料为钢, 皮带轮多为铸铁, 在使用一段时间后, 皮带轮内孔的螺纹背磨掉, 皮带轮空转, 不能卷起草帘或使卷起的草辊从上滚落。

2 双蜗杆传动式卷帘机