第06章 蜗杆传动设计

1、第第六六章章 蜗杆传动蜗杆传动设计设计 教学基本要求教学基本要求 重点与难点分析重点与难点分析 自测试题自测试题 教学基本要求教学基本要求 2. 熟练掌握蜗杆传动的正确啮合条件熟练掌握蜗杆传动的正确啮合条件。 1. 熟练掌握蜗杆传动的特点、类型和应用场合。熟练掌握蜗杆传动的特点、类型和应用场合。 3. 熟练掌握蜗杆传动的几何参数计算及主要参数的合熟练掌握蜗杆传动的几何参数计算及主要参数的合 理选择。理选择。 4. 熟练掌握蜗杆传动的受力分析及蜗轮转向的判断。熟练掌握蜗杆传动的受力分析及蜗轮转向的判断。 5. 学会蜗杆传动的失效形式及强度计算特点。学会蜗杆传动的失效形式及强度计算特点。 6. 了

2、解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法。了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法。 7. 了解蜗杆传动的类型变位、效率及润滑等。了解蜗杆传动的类型变位、效率及润滑等。 重点与难点分析重点与难点分析 本章的重点本章的重点是：是：蜗杆传动的特点、类型、功用及其设蜗杆传动的特点、类型、功用及其设 计计算。计计算。本章的难点本章的难点是：是：蜗杆传动的啮合原理、受力分蜗杆传动的啮合原理、受力分 析、计算准则及参数选择析、计算准则及参数选择。 1. 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点 按蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传按蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传 动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传

3、动又可动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动又可 分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。在普分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。在普 通圆柱蜗杆传动中，又有多种型式，其中，阿基米德通圆柱蜗杆传动中，又有多种型式，其中，阿基米德 蜗杆传动制造简单，在机械传动中应用广泛，而且，蜗杆传动制造简单，在机械传动中应用广泛，而且， 也是认识其他类型蜗杆传动的基础。也是认识其他类型蜗杆传动的基础。 蜗杆传动是用来传递空间两交错轴间的运动和蜗杆传动是用来传递空间两交错轴间的运动和 动力。其特点是传动比大、工作平稳、噪声低、结动力。其特点是传动比大、工作平稳、噪声低、结 构紧凑、可以实现自锁等优点

4、。它的主要缺点是蜗构紧凑、可以实现自锁等优点。它的主要缺点是蜗 杆齿与蜗轮齿相对滑动速度大、发热大和磨损严重、杆齿与蜗轮齿相对滑动速度大、发热大和磨损严重、 传动效率低。传动效率低。 由于蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强由于蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强 度，失效经常发生在蜗轮轮齿上，又因蜗杆传动在齿度，失效经常发生在蜗轮轮齿上，又因蜗杆传动在齿 面间有较大的相对滑动，发热量大，所以其主要失效面间有较大的相对滑动，发热量大，所以其主要失效 形式有胶合、点蚀、磨损和轮齿断裂等。其中，闭式形式有胶合、点蚀、磨损和轮齿断裂等。其中，闭式 传动容易产生齿面胶合，开式传动容易产生齿面磨损。

5、传动容易产生齿面胶合，开式传动容易产生齿面磨损。 2. 蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动大体蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动大体 相同，但应注意到蜗杆轴线与蜗轮轴线在空间成相同，但应注意到蜗杆轴线与蜗轮轴线在空间成 90交错配置，齿面上作用的法向力交错配置，齿面上作用的法向力F Fn n为一空间力，为一空间力， 它同样可以分解为三个互相垂直的分力，即圆周它同样可以分解为三个互相垂直的分力，即圆周 力力F Ft、径向力径向力F Fr r和轴向力和轴向力F Fa a。蜗杆和蜗轮所受三个蜗杆和蜗轮所受三个 分力的方向可按如下方法判定：分力的方向可按如下方

6、法判定： 3. 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析 (1) 蜗杆上的圆周力起阻力作用，与回转方向相蜗杆上的圆周力起阻力作用，与回转方向相 反；蜗轮上的圆周力起驱动力的作用，与回转方反；蜗轮上的圆周力起驱动力的作用，与回转方 向相同。向相同。 由于材料和结构等因素，蜗杆轮齿的强度远由于材料和结构等因素，蜗杆轮齿的强度远 比蜗轮轮齿的强度高，因此，轮齿的失效都出现比蜗轮轮齿的强度高，因此，轮齿的失效都出现 在蜗轮上，在强度计算中只计算蜗轮的轮齿。有在蜗轮上，在强度计算中只计算蜗轮的轮齿。有 关胶合与磨损的计算，目前还缺乏可靠的方法与关胶合与磨损的计算，目前还缺乏可靠的方法与 数据，故仍按齿轮的方

7、法进行计算，在公式与许数据，故仍按齿轮的方法进行计算，在公式与许 4. 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 (2) 蜗杆和蜗轮上的径向力分别指向各自的轮心。蜗杆和蜗轮上的径向力分别指向各自的轮心。 (3) 蜗杆上的轴向力按蜗杆上的轴向力按“左、右手定则左、右手定则”来判定，来判定， 蜗轮上的轴向力与蜗杆上的圆周力方向相反。蜗轮上的轴向力与蜗杆上的圆周力方向相反。 闭式蜗杆传动的总效率由啮合效率、轴承效率和闭式蜗杆传动的总效率由啮合效率、轴承效率和 搅油效率三部分组成，其中主要是啮合效率。当蜗杆搅油效率三部分组成，其中主要是啮合效率。当蜗杆 传动具有自锁性时，蜗杆传动总效率传动具有自锁性时，蜗

8、杆传动总效率 0.5。要提要提 高蜗杆传动效率，应增大导程角或采用多头蜗杆。高蜗杆传动效率，应增大导程角或采用多头蜗杆。 5. 蜗杆传动的效率及热平衡计算蜗杆传动的效率及热平衡计算 用应力中适当考虑胶合与磨损的影响。在多数情况用应力中适当考虑胶合与磨损的影响。在多数情况 下，蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力大都超过下，蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力大都超过 齿面接触强度所限定的承载能力，因此，只需按照齿面接触强度所限定的承载能力，因此，只需按照 齿面接触疲劳强度计算即可。齿面接触疲劳强度计算即可。 (1) 增加散热面积，在箱体外增加散热片；增加散热面积，在箱体外增加散热片； (2) 在蜗杆的

9、端部安装风扇，加速空气流通，提高在蜗杆的端部安装风扇，加速空气流通，提高 散热效率；散热效率； (3) 在箱体油池中装置蛇形冷却水管，或采用压力在箱体油池中装置蛇形冷却水管，或采用压力 喷油循环润滑。喷油循环润滑。 由于蜗杆传动滑动速度大，发热量大，若不及由于蜗杆传动滑动速度大，发热量大，若不及 时散热，将会使箱体内工作温度急剧升高，润滑油时散热，将会使箱体内工作温度急剧升高，润滑油 粘度降低，从而加剧磨损，甚至导致胶合失效。因粘度降低，从而加剧磨损，甚至导致胶合失效。因 此，为防止油温过高，对闭式蜗杆传动应进行热平此，为防止油温过高，对闭式蜗杆传动应进行热平 衡计算，以保证油温处于规定范围内

10、。若油温超过衡计算，以保证油温处于规定范围内。若油温超过 60 70oC ，则应采取下列方法，以提高散热能力：则应采取下列方法，以提高散热能力： 自自 测测 试试 题题 一、一、 判断题（正确：判断题（正确：T，错误：，错误：F） 1. 蜗杆传动与齿轮传动相比，蜗杆传动的传动比较大，而蜗杆传动与齿轮传动相比，蜗杆传动的传动比较大，而 且传动平稳性也高些。且传动平稳性也高些。 2. 由于蜗轮和蜗杆之间的相对滑动较大，更容易产生胶合和由于蜗轮和蜗杆之间的相对滑动较大，更容易产生胶合和 磨粒磨损。磨粒磨损。 3. 蜗杆传动的最大优点是传动比大，且效率高。蜗杆传动的最大优点是传动比大，且效率高。 4.

11、 阿基米德圆柱蜗杆的法面模数应符合标准模数值。阿基米德圆柱蜗杆的法面模数应符合标准模数值。 5. 减速用的蜗杆传动，其传动比的计算公式是减速用的蜗杆传动，其传动比的计算公式是 。 6. 在蜗杆传动中，当其它条件相同时，若增加蜗杆的头数，在蜗杆传动中，当其它条件相同时，若增加蜗杆的头数， 则传动效率将提高。则传动效率将提高。 答答 案案 7. 蜗轮用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的主要损坏形式是蜗轮用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的主要损坏形式是 胶合。胶合。 10. 在增速蜗杆传动中，必须使蜗杆的导程角大于当量摩擦在增速蜗杆传动中，必须使蜗杆的导程角大于当量摩擦 角。角。 8. 减速蜗杆传动不会发生自

12、锁。减速蜗杆传动不会发生自锁。 9. 一般条件下，蜗轮的齿数不宜大于一般条件下，蜗轮的齿数不宜大于80， 这主要是从保证这主要是从保证 蜗杆刚度考虑。蜗杆刚度考虑。 二、填空题二、填空题 1. 当两轴线当两轴线 时，可采用蜗杆传动。时，可采用蜗杆传动。 2. 在蜗杆传动中，通常在蜗杆传动中，通常 为主动件。为主动件。 答答 案案 3. 在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越 ， 自锁性越自锁性越 。 4. 起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应使该传动具有起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应使该传动具有 。 5. 在蜗杆传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角在蜗杆

13、传动中，当需要自锁时，应使蜗杆导程角 当当 量摩擦角。量摩擦角。 6. 为了减少蜗轮滚刀的型号，有利于刀具标准化，规定为了减少蜗轮滚刀的型号，有利于刀具标准化，规定 为标准值。为标准值。 7. 润滑密封良好的闭式蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主润滑密封良好的闭式蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主 要是针对要是针对 来进行的。来进行的。 8. 限制蜗杆的直径系数限制蜗杆的直径系数 q q 是为了是为了 。 9. 蜗杆传动中，由于蜗杆传动中，由于 ，需要进行，需要进行 计计 算。若不能满足要求，可采取算。若不能满足要求，可采取 、 、 。 10. 蜗杆传动热平衡计算需满足的条件为蜗杆传动热平衡计算需

14、满足的条件为 。 三、三、 选择题选择题 1. 在在 种情况下，可采用蜗杆传动。种情况下，可采用蜗杆传动。 A. 轴线是平行的轴线是平行的 B. 相交成某种角度相交成某种角度 C. 相交成直角相交成直角 D. 成直角交错成直角交错 2. 起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应用起吊重物用的手动蜗杆传动装置，应用 蜗杆。蜗杆。 A.单头小导程角单头小导程角 B. 单头大导程角单头大导程角 C. 多头小导程角多头小导程角 D. 多头大导程角多头大导程角 答答 案案 3. 在蜗杆传动中，应用比较广泛的是在蜗杆传动中，应用比较广泛的是 。 A. 圆柱蜗杆圆柱蜗杆 B.环面蜗杆环面蜗杆 C. 其他蜗杆其他蜗杆

15、 D. 以上答案都不对以上答案都不对 4. 计算蜗杆传动的传动比时，公式计算蜗杆传动的传动比时，公式 是错误的。是错误的。 5. 为了减少蜗轮滚刀型号，有利于刀具标准化，规定为了减少蜗轮滚刀型号，有利于刀具标准化，规定 为为 标准值。标准值。 A.蜗轮齿数蜗轮齿数 B. 蜗轮分度圆直径蜗轮分度圆直径 C. 蜗杆头数蜗杆头数 D. 蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径 A.A. B.B. C.C.D.D. 答答 案案 6. 对蜗杆传动的受力分析，下面的公式中对蜗杆传动的受力分析，下面的公式中 有错误。有错误。 7. 蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要针对 来来 进行

16、的。进行的。 A. 蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度 B. 蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度 C. 蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度 A.A.B B. C.C.D.D. 答答 案案 10. 蜗杆传动较为理想的材料组合是蜗杆传动较为理想的材料组合是 。 A. 钢与铸铁钢与铸铁 B. 钢与青铜钢与青铜 C. 钢与铝合金钢与铝合金 D. 钢与钢钢与钢 8. 与齿轮传动相比，与齿轮传动相比， 不能作为蜗杆传动的优点。不能作为蜗杆传动的优点。 A. 传动平稳噪声小传动平稳噪声小 B. 传动比可以很大传动比可以很大 C. 可