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 蜗杆传动是由蜗蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传空间交错轴之间的传动，通常两轴交错角动，通常两轴交错角=90。 传动中一般蜗杆传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从是主动件，蜗轮是从动件。动件。 蜗杆传动广泛应用蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。于各种机器和仪器中。12-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点 优点：优点：结构紧凑结构紧凑;工作平稳、噪声小工作平稳、噪声小;传动比大传动比大;在在一定条件下，可以实现自锁。一定条件下，可以实现自锁。但效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。但

2、效率低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。缺点：缺点：按蜗杆形状分按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 环面蜗杆环面蜗杆 锥蜗杆锥蜗杆 圆柱蜗杆按其螺旋面圆柱蜗杆按其螺旋面的形状分为：的形状分为：阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动1、蜗杆的形状、蜗杆的形状2、蜗杆的旋向、蜗杆的旋向蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。3、蜗杆的制造精度、蜗杆的制造精

3、度v1 17.5 m/s -77.5 m/s -7级精度；级精度；v1 1 3 m/s -8 3 m/s -8级精度；级精度；v1 1 1.5 m/s -9 13、 蜗杆直径系数蜗杆直径系数 q 及导程角及导程角 d1 标准系列值标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化。便于刀具标准化。 d1 = m qq与导程角与导程角之关系：之关系：1dptgz111dpzx qz1 q = d1 / m蜗杆直径系数：蜗杆直径系数：11dmz 螺旋线导程螺旋线导程轴向齿距轴向齿距4、 齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度 vs由此可见，由此可见，vs v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大

4、，效率低。所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。 在节点在节点C处，蜗杆速度处，蜗杆速度为为v1 ，蜗轮速度为，蜗轮速度为v2 ，则齿，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为对滑动速度为vs ，有：，有：smvvvvvs/sincos212221 二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2其他尺寸计算见表其他尺寸计算见表12-3传动比传动比 i 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i = d2 / d1 i d2 / d1 m、 法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值中间平面为标准值 1= - 2 =, 旋向相同旋向相同

5、d1 d1= mnz1/cosd1=mq,且为标准值且为标准值 12-3 蜗杆传动的失效形式、蜗杆传动的失效形式、 材料材料 和结构和结构 一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择 二、蜗杆和蜗轮结构二、蜗杆和蜗轮结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1、失效形式、失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损和轮齿断裂等齿面磨损和轮齿断裂等材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。材料要求：不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。碳素钢碳素钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火蜗蜗 杆杆合金钢合金钢 20Cr、20C

6、rMnTi、40Cr铸锡铸锡青铜青铜 ZCuSn10P1 适合高速适合高速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载减摩性好减摩性好2、材料选择、材料选择二、二、蜗杆和蜗轮结构蜗杆和蜗轮结构蜗杆结构蜗杆结构蜗轮结构蜗轮结构蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。轮齿部分轮齿部分青铜青铜 轮毂部分轮毂部分钢钢 12-4 12-4 圆柱圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析 1、确定蜗轮的旋转方向、确定蜗轮的旋转方向2、蜗杆与蜗轮作用力判断、蜗杆与蜗轮作用力判断1、确定蜗轮的旋转方向、确定蜗轮的

7、旋转方向 蜗轮的旋转方向与蜗杆的蜗轮的旋转方向与蜗杆的旋向旋向和蜗杆的和蜗杆的旋转方旋转方向向有关。有关。方法：方法：左右手定则左右手定则左旋蜗杆用左手定则判断左旋蜗杆用左手定则判断右旋蜗杆用右手定则判断右旋蜗杆用右手定则判断用右手定则判断用右手定则判断1、四指弯曲与、四指弯曲与蜗杆转动方向一蜗杆转动方向一致。致。2、拇指的指向、拇指的指向为螺杆相对螺母为螺杆相对螺母前进的方向。前进的方向。用左手定则判断用左手定则判断左旋蜗杆左旋蜗杆2、蜗杆与蜗轮受力分析、蜗杆与蜗轮受力分析圆周力圆周力Ft1 蜗杆传动的受力蜗杆传动的受力分析分析同斜齿轮相似。同斜齿轮相似。 齿面上的法向力齿面上的法向力Fn分

8、解成三个相互垂分解成三个相互垂直的分力，分别为：直的分力，分别为：轴向力轴向力 Fa1 径向力径向力 Fr1 蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮圆周力圆周力Ft2 轴向力轴向力 Fa2 径向力径向力 Fr2 各力方向：各力方向： 1、蜗杆上的圆周力、蜗杆上的圆周力Ft1起阻起阻力作用，其方向与蜗杆回转力作用，其方向与蜗杆回转方向相反。方向相反。 蜗轮上的圆周力蜗轮上的圆周力Ft2起驱起驱动作用，其方向与蜗轮回转动作用，其方向与蜗轮回转方向相同。方向相同。 2、径向力、径向力Fr分别指向各自的圆心。分别指向各自的圆心。 3、蜗杆轴向力、蜗杆轴向力Fa1 ，按，按“左、右手定则左、右手定则”来判断。来判断。 蜗轮轴

9、向力蜗轮轴向力Fa2与与蜗杆圆周力蜗杆圆周力Ft1方向相反。方向相反。各力关系：各力关系：各力大小：各力大小：21atFF 21taFF 21rrFF 1121/2dTFFat tgFFFtrr221 2221/2dTFFta coscos/2tnFF iTT12 125 圆柱蜗杆传动的圆柱蜗杆传动的 强度计算强度计算一、齿面接触疲劳强度计算一、齿面接触疲劳强度计算特点：特点：因此，因此， 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导设计公式设计公式 mmZZTkaHpEA322)(说明：说明：MPaa

10、KTZZHpEH32校核公式校核公式 EIlFYtt48311EIlFYrr48311 ，三三 蜗杆轴刚度计算蜗杆轴刚度计算 必要性：必要性： 蜗杆轴啮合部位受力后蜗杆轴啮合部位受力后轴产生挠曲轴产生挠曲影影响啮合响啮合局部偏载、干涉局部偏载、干涉 蜗杆轴挠曲蜗杆轴挠曲主要由圆周力和径向力造成的，轴向力可以主要由圆周力和径向力造成的，轴向力可以忽略忽略 不计。不计。挠度计算：设轴为自由支承挠度计算：设轴为自由支承,004. 0mY杆取许用最大挠度；淬火蜗L两支承间距离；两支承间距离；6441dI2121YYYYtr式中式中 I蜗杆轴中间截面的惯性矩蜗杆轴中间截面的惯性矩模数；调质蜗杆取mm,0

11、1. 012-6 12-6 圆柱蜗杆传动的效率、圆柱蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算润滑和热平衡计算一、圆柱蜗杆传动的效率一、圆柱蜗杆传动的效率二、圆柱蜗杆传动的润滑二、圆柱蜗杆传动的润滑三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算一、圆柱蜗杆传动的效率一、圆柱蜗杆传动的效率 = 123 230.950.97轮齿啮合的功率损耗1轴承中摩擦损耗 2搅动箱体内润滑油的油阻损耗 3)(1vtgtg )()96.095.0(vtgtg 设计之初，设计之初， 未知，可按未知，可按 z1 初选：初选： z1 = 1 时，时， = 0.70.75 z2 = 2 时，时， = 0.750.82 z2 = 4 时，时， = 0.870.92 当当 时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低 4 m/s时蜗杆上置时蜗杆上置有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算三、圆柱蜗