机械设计第九章蜗杆传动

1、第第9章章 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆传动用于传蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆传动用于传递空间交错成递空间交错成90 的两轴之间的运动和动力，通常蜗杆的两轴之间的运动和动力，通常蜗杆为主动件。与其他机械传动比较，蜗杆传动具有为主动件。与其他机械传动比较，蜗杆传动具有传动比传动比大、结构紧凑、运转平稳、噪声较小大、结构紧凑、运转平稳、噪声较小等优点，因此广泛等优点，因此广泛应用于各种机器和仪器中。应用于各种机器和仪器中。 蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆机械中常用的为普通圆柱蜗杆传动。本章主要讨机械中常用的为普通圆柱蜗杆传动。本章主要讨论这种蜗杆传动。论这种蜗杆传动。蜗杆传动有：蜗

2、杆传动有：环面蜗杆传动、锥蜗环面蜗杆传动、锥蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动等。等。根据蜗杆螺旋面的形状，可分为根据蜗杆螺旋面的形状，可分为阿基米德蜗杆、阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆及延伸渐开线蜗杆渐开线蜗杆及延伸渐开线蜗杆等三种。由于等三种。由于阿基米德蜗阿基米德蜗杆容易加工制造，应用最广杆容易加工制造，应用最广，其他蜗杆还有：其他蜗杆还有：锥面包络锥面包络圆柱蜗杆、法向直廓蜗杆圆柱蜗杆、法向直廓蜗杆等。等。如图所示，通如图所示，通过蜗杆轴线并与蜗轮过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面，称轴线垂直的平面，称为为中间平面中间平面。9.1 蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件（

3、1）在中间平面内，蜗杆的轴向模数在中间平面内，蜗杆的轴向模数 ma1 与蜗轮的端面与蜗轮的端面模数模数 mt2 必须相等。必须相等。（2）蜗杆的轴向压力角蜗杆的轴向压力角 a1 与蜗轮的端面压力角与蜗轮的端面压力角 t2 必必须相等。须相等。（3）两轴线交错角为两轴线交错角为90 时，蜗杆分度圆柱上的导程角时，蜗杆分度圆柱上的导程角 应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角 ，且两者的旋向相同。，且两者的旋向相同。从而可得蜗杆传动的正确啮合条件为：从而可得蜗杆传动的正确啮合条件为：9.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 加工蜗轮

4、的滚刀，其参数（加工蜗轮的滚刀，其参数（m、 、z1）和分度圆）和分度圆直径直径 d1 必须与相应的蜗杆相同，故必须与相应的蜗杆相同，故 d1 不同的蜗杆，必不同的蜗杆，必须采用不同的滚刀。须采用不同的滚刀。为减少滚刀数量并便于刀具的标准为减少滚刀数量并便于刀具的标准化，制定了蜗杆分度圆直径的标准系列化，制定了蜗杆分度圆直径的标准系列当当 m 一定时，一定时，q 增大，则增大，则 d1 变大，蜗杆的刚度和变大，蜗杆的刚度和强度相应提高。强度相应提高。 表示蜗杆直径系数，表示蜗杆直径系数，表示蜗杆分度圆直径与模数的比表示蜗杆分度圆直径与模数的比。mdq1蜗杆传动的受力分析与蜗杆传动的受力分析与斜

5、齿圆柱齿轮相似。齿面上的斜齿圆柱齿轮相似。齿面上的法向力法向力Fn 可分解为三个相互垂可分解为三个相互垂直的分力：直的分力：圆周力圆周力 Ft ，径向力，径向力 Fr 和轴向力和轴向力 Fa ，如图所示。，如图所示。由于蜗杆轴与蜗轮轴交错成由于蜗杆轴与蜗轮轴交错成 90 角，所以角，所以蜗杆圆周力蜗杆圆周力 Ft1 等于蜗轮轴向等于蜗轮轴向力力Fa2，蜗杆轴向力蜗杆轴向力 Fa1等于蜗轮圆周等于蜗轮圆周力力 Ft2，蜗杆径向力蜗杆径向力Fr1等于蜗轮径向力等于蜗轮径向力 Fr2，即即9.3.1 蜗杆传动的受力分析和计算载荷蜗杆传动的受力分析和计算载荷Fa2Ft122Ft2Fa1Fr2Fr1FT

6、21121atdF-F22212atdTF-Ftan221trrFF- 如图所示，蜗杆传动即使如图所示，蜗杆传动即使在节点在节点C处啮合，齿廓之间也处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动。设蜗杆的有较大的相对滑动。设蜗杆的圆周速度为圆周速度为 v1，蜗轮的圆周，蜗轮的圆周速度为速度为 v2，v1和和v2 呈呈90 角，角，而使齿廓之间产生很大的相对而使齿廓之间产生很大的相对滑动，相对滑动速度滑动，相对滑动速度 vs 为为 cos12221vvvvS9.3.2 蜗杆传动的滑动速度蜗杆传动的滑动速度 由图可见，相对滑动速度由图可见，相对滑动速度 vs 沿蜗杆螺旋线方向。沿蜗杆螺旋线方向。齿廓之间的相对

7、滑动引起磨损和发热，导致传动效率降齿廓之间的相对滑动引起磨损和发热，导致传动效率降低。低。为蜗杆的导程角为蜗杆的导程角2 22 2vSv1v21 12d1d 由于蜗杆传动的相对滑动速度大，因摩擦引起的由于蜗杆传动的相对滑动速度大，因摩擦引起的发热量大、效率低，故发热量大、效率低，故主要失效形式为胶合，其次才是主要失效形式为胶合，其次才是点蚀和磨损点蚀和磨损。9.3 蜗杆传动强度计算蜗杆传动强度计算9.3.1 蜗杆传动的主要失效形式蜗杆传动的主要失效形式 选用蜗杆传动材料时不仅要满足强度要求，更重选用蜗杆传动材料时不仅要满足强度要求，更重要的是具有良好的减摩性、抗磨性和抗胶合的能力。蜗要的是具有

8、良好的减摩性、抗磨性和抗胶合的能力。蜗杆一般用碳素钢或合金钢制造。对于高速重载的蜗杆，杆一般用碳素钢或合金钢制造。对于高速重载的蜗杆，可用可用 15Cr，20Cr，20CrMnTi 和和 20MnVB 等，经渗碳等，经渗碳淬火至硬度为淬火至硬度为5663HRC，也可用，也可用40、45、40Cr、40CrNi等经表面淬火至硬度为等经表面淬火至硬度为 4550HRC。9.4 蜗杆传动的材料和结构蜗杆传动的材料和结构9.4.1 蜗杆传动的材料蜗杆传动的材料 对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，常用对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，常用45、40 等钢经调质或正火处理，硬度为等钢经调质或正火处理，硬度为 220230HBS。蜗杆传动工作时，功率的损耗有三部分：轮齿啮蜗杆传动工作时，功率的损耗有三部分：轮齿啮合损耗、轴承摩擦损耗和箱体内润滑油搅动的损耗。合损耗、轴承摩擦损耗和箱体内润滑油搅动的损耗。所以蜗杆传动的总效率为：所以蜗杆传动的总效率为： = 1 2 3 （8-8）式中：式中： 1 为轮齿啮合效率；为轮齿啮合效率； 2 为轴承摩擦损耗效率；为轴承摩擦损耗效率； 3 为搅油损耗效率。为搅油损耗效