12机械设计基础第十二章 蜗杆传动

1、第十二章第十二章 蜗杆传动蜗杆传动 本章主要内容本章主要内容 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 蜗杆传动的失效形式、材料选择及结构蜗杆传动的失效形式、材料选择及结构 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 本章基本要求本章基本要求 1 1、了解蜗杆传动的特点及应用，掌握正确啮合条件。、了解蜗杆传动的特点及应用，掌握正确啮合条件。 2 2、掌握蜗杆传动设计中主要参数的选择及几何尺寸的计算，、掌握蜗杆传动设计中主要参数的选择及

2、几何尺寸的计算， 了解了解 、 、 之间的关系。之间的关系。 3 3、掌握蜗杆传动的受力分析、失效形式，合理选择蜗杆、蜗、掌握蜗杆传动的受力分析、失效形式，合理选择蜗杆、蜗 轮的材料及结构。轮的材料及结构。 4 4、能根据失效形式确定设计准则，并能正确进行强度计算。、能根据失效形式确定设计准则，并能正确进行强度计算。 5 5、掌握蜗杆传动效率和热平衡计算的方法，了解并掌握提高、掌握蜗杆传动效率和热平衡计算的方法，了解并掌握提高 散热能力的方法。散热能力的方法。 1 qdm 1 Zq1 1、蜗杆传动中，蜗杆头数、蜗杆传动中，蜗杆头数 和直径系数和直径系数 的含义，的含义， 几何尺寸计算时，几何尺

3、寸计算时， 、 、 三者的关系。三者的关系。 2 2、蜗杆轴向力的方向和蜗轮转向的判断。、蜗杆轴向力的方向和蜗轮转向的判断。 1 qmd 第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 蜗杆传动的特点：蜗杆传动的特点： 优点：优点：传动比大，结构紧凑、传动传动比大，结构紧凑、传动 平稳、噪声低，可自锁。平稳、噪声低，可自锁。 缺点：缺点：滑动速度大。摩擦发热大、滑动速度大。摩擦发热大、 传动效率低。蜗轮齿圈成本高。传动效率低。蜗轮齿圈成本高。 用于传递空间交错两轴间的运动和动力。用于传递空间交错两轴间的运动和动力。 常用常用90；蜗轮；蜗轮蜗杆蜗杆 ，且旋向，且旋向 相同，相同，多为右

4、旋。多为右旋。 锥蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动 按蜗杆形状分为：按蜗杆形状分为： 第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 一、一、圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 （一）普通（一）普通圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 1、阿基米德蜗杆（、阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）蜗杆） 2、渐开线蜗杆（、渐开线蜗杆（ZI蜗杆）蜗杆） 3、法向直廓蜗杆（、法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆） 4、锥面包络圆柱蜗杆（、锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）蜗杆） 第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 一、一、圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 (二）二） 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传

5、动 传动效率高，承载能力大，使用寿命长，体积小，重量轻，结构紧凑。传动效率高，承载能力大，使用寿命长，体积小，重量轻，结构紧凑。 第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 二、环面蜗杆传动二、环面蜗杆传动 三、锥蜗杆传动三、锥蜗杆传动 轴向外形是由凹圆弧为母线所形成的回转曲面，即蜗轴向外形是由凹圆弧为母线所形成的回转曲面，即蜗 杆包围蜗轮如图所示。杆包围蜗轮如图所示。 同时啮合的齿对数多，承载能力高于普通圆同时啮合的齿对数多，承载能力高于普通圆 柱蜗杆传动。柱蜗杆传动。 蜗杆为等导程的锥形螺旋，蜗轮像一个曲线齿锥蜗杆为等导程的锥形螺旋，蜗轮像一个曲线齿锥 齿轮，如图所示。齿轮，如

6、图所示。 重合度大，承载能力大、效率高，传动比范围大，重合度大，承载能力大、效率高，传动比范围大， 侧隙便于调整，结构紧凑，制造安装方便。正、反转侧隙便于调整，结构紧凑，制造安装方便。正、反转 受力情况不同，承载能力和效率也不同。受力情况不同，承载能力和效率也不同。 在中间平面上，蜗杆传动在中间平面上，蜗杆传动相当于齿轮与齿条的啮合传动相当于齿轮与齿条的啮合传动。 以中间平面的参数为基准，沿用齿轮传动的关系式来计算。以中间平面的参数为基准，沿用齿轮传动的关系式来计算。 第二节第二节 圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 第二节第二节 圆柱蜗杆传动的主要参数及

7、几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 一、蜗杆传动的主要参数及其选择一、蜗杆传动的主要参数及其选择 （二）蜗杆分度圆直径（二）蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数和蜗杆直径系数q 为限制蜗轮滚刀的数目，便于标准化对标准模数规定了相应为限制蜗轮滚刀的数目，便于标准化对标准模数规定了相应 的分度圆直径，的分度圆直径，m与与d1的匹配见表的匹配见表12 （三）传动比（三）传动比i 、蜗杆头数、蜗杆头数z1 、蜗轮齿数蜗轮齿数z2 （推荐值见表（推荐值见表122） 模数的标准（模数的标准（GB/T 10085-1988)见表见表121 m d q 1 蜗杆直径系数蜗杆直径系数 (一）模数一）模

8、数m和压力角和压力角 传动比传动比i 1 2 2 1 z z n n i 蜗轮齿数蜗轮齿数z2 12 izz 蜗杆头数蜗杆头数z1 101 1 z 835i动力传动中，一般传动比动力传动中，一般传动比 常用常用1、2、4、6 一般一般 263m/s,3m/s,取取K KV V=1.1=1.11.2.1.2. vA KKKK 第四节第四节 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 二、蜗杆传动强度计算二、蜗杆传动强度计算 （一）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算（一）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 Fa Y 蜗轮齿形系数，由蜗轮当量齿数及变位系数查图蜗轮齿形系数，由蜗轮当量齿数及变位系数查图12

9、12X X获得获得 仿照斜齿轮的计算公式来求蜗轮的齿根弯曲应力仿照斜齿轮的计算公式来求蜗轮的齿根弯曲应力 53. 1 21 2A FFaF Y mdd TK F 蜗轮许用弯曲应力。蜗轮许用弯曲应力。 Fa F Y z TK dm 53.1 2 2A 1 2 3 22 cos/zzv当量齿数当量齿数 由由 按表按表12121 1查出相应的查出相应的 和和 1 2d mm 1 d 第四节第四节 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 二、蜗杆传动强度计算二、蜗杆传动强度计算 （二）蜗轮齿面接触疲劳强度计算（二）蜗轮齿面接触疲劳强度计算 MP a Z a 3 2A H TK Z E

10、H 3 2 2A ) Z (a H E Z TK E z弹性影响系数，钢和铸锡青铜配对时，取弹性影响系数，钢和铸锡青铜配对时，取150；钢和铝青铜；钢和铝青铜 或灰铸铁配对时，取或灰铸铁配对时，取160 许用接触应力许用接触应力 H Z 接触系数，查表接触系数，查表12-11 1.4-1.1K-K AA 使用系数， 第四节第四节 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 二、蜗杆传动强度计算二、蜗杆传动强度计算 （三）蜗轮的许用应力（三）蜗轮的许用应力 1 1、蜗轮的许用弯曲应力蜗轮的许用弯曲应力 0FNF Y F0 蜗轮的基本许用弯曲应力蜗轮的基本许用弯曲应力, ,由表由表1

11、2-612-6选取；选取； 9 6 10 N YN弯曲强度寿命系数弯曲强度寿命系数 N Y h LjnN 2 60 应力循环次数应力循环次数 蜗轮转一转时，每蜗轮转一转时，每 个轮齿的啮合次数个轮齿的啮合次数 工作寿命工作寿命 第四节第四节 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 二、蜗杆传动强度计算二、蜗杆传动强度计算 （三）蜗轮的许用应力（三）蜗轮的许用应力 2 2、蜗轮的许用接触应力蜗轮的许用接触应力 锡青铜涡轮的许用应力锡青铜涡轮的许用应力 见表见表12-4 铝青铜及铸铁涡轮的许用应力铝青铜及铸铁涡轮的许用应力 见表见表12-5 近似计算公式近似计算公式 2 1 87

12、5. 0 1 z da2 m a68. 0d 第四节第四节 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 三、蜗杆的刚度计算三、蜗杆的刚度计算 48 3 2 1 2 1 yL EI FF y rt 2 9 . 0 dLL蜗杆轴支点跨距， 1000 , 1 d yy许用最大挠度 式中：式中： 64 4 1f d I 惯性距惯性距 第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率 321 蜗杆传动的总效率： )tan( tan 1 v 啮合效率： 2 轴承效率： 3 搅油效率： 96.095.0 32 一般取： )ta

13、n( tan )96. 095. 0( v vv farctan查表查表12 7 蜗杆传动总效率近似值，查表蜗杆传动总效率近似值，查表12128 8。 第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑 润滑油的粘度及给油方法：润滑油的粘度及给油方法： 根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。 采用大粘度的润滑油进行良好润滑。采用大粘度的润滑油进行良好润滑。 闭式蜗杆传动润滑油的粘度荐用值及给油方法闭式蜗杆传动润滑油的粘度荐用值及给油方法 开式蜗杆传动采用高粘度的润滑油和润滑脂。开式蜗杆传动采用高

14、粘度的润滑油和润滑脂。 油浴润滑时，常用蜗杆下置式；油浴润滑时，常用蜗杆下置式； 当蜗杆线速度大于当蜗杆线速度大于4m/s时，采用上置式时，采用上置式 第五节第五节 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 （三）蜗杆传动的热平衡计算（三）蜗杆传动的热平衡计算 21 HH )( )1 (1000 0 ttk P A t 所需散热面积： 由热平衡条件由热平衡条件 可得可得: : )()1(1000 0 ttAk t Ak P tt t )1(1000 0 工作温度： P 传递功率，传递功率，kW； 传动总效率传动总效率 Kt 散热系数，无循环空气流动散热系数，无循环空气流动kt=8.710.5；自然通风良好；自然通风良好kt=1417.5 t 工作温度，工作温度， t 6070, t max90 t0 空气温度空气温度 ，t0 20 )1 (1000 1 pH单位时间内的发热量： )( 02 ttkH t 单位时间内的散热量： 第五节第五节 蜗杆传动的效率