机械设计课件蜗杆传动

1、蜗杆传动蜗杆传动 概述概述普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算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 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算圆弧圆柱蜗杆传动设计计算普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1 1 概述概述组成组成：作用作用：传递空间交错轴间的运动和动力，两交错轴：传递空间交错轴间的运动和动力，两交错轴间的夹角可为任意值，通常为间的夹角可为任意值，通常为90900 0。1.1 1.1 蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点1 1传动比大、结构紧凑传动比大

2、、结构紧凑 i=6i=68080（传递动力），（传递动力），i i可达到可达到15001500（只传递运动的分度（只传递运动的分度 机构）；传动比大，零件数少，结构紧凑。机构）；传动比大，零件数少，结构紧凑。2 2传动平稳、无噪声传动平稳、无噪声 蜗杆是连续的螺旋齿，逐渐进入啮合和退出啮合的，啮合蜗杆是连续的螺旋齿，逐渐进入啮合和退出啮合的，啮合 的齿对多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。的齿对多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。3 3能实现反行程自锁能实现反行程自锁 蜗杆作主动件，蜗杆带动蜗轮。自锁条件：蜗杆的导程角蜗杆作主动件，蜗杆带动蜗轮。自锁条件：蜗杆的导程角 小于啮合面的当量摩擦角小

3、于啮合面的当量摩擦角V V。4 4齿面上相对滑动速度大，因此摩擦大，发热大，效率低。齿面上相对滑动速度大，因此摩擦大，发热大，效率低。 当蜗杆作主动件时，当蜗杆作主动件时，0.70.70.80.8；当传动具有自锁性；当传动具有自锁性 时，时，0.40.4。1.2 1.2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型根据蜗杆形状分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆根据蜗杆形状分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。传动。 a a ）圆柱蜗杆传动）圆柱蜗杆传动 b b）环面蜗杆传动）环面蜗杆传动 c c）锥蜗杆传动）锥蜗杆传动 圆柱蜗杆传动分为：圆柱蜗杆传动分为：普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动和和圆弧

4、圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动1.1.普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿面可在车床上用直线刀刃的车刀车制。普通圆柱蜗杆的齿面可在车床上用直线刀刃的车刀车制。根据车刀安装位置的不同，可加工出不同的齿廓形状。根根据车刀安装位置的不同，可加工出不同的齿廓形状。根据齿廓形状，普通圆柱蜗杆可分为：据齿廓形状，普通圆柱蜗杆可分为： （1 1）阿基米德蜗杆（）阿基米德蜗杆（ZAZA蜗杆）蜗杆） （2 2）法向直廓蜗杆（）法向直廓蜗杆（ZNZN蜗杆）蜗杆） （3 3）渐开线蜗杆（）渐开线蜗杆（ZIZI蜗杆）蜗杆） （4 4）锥面包络圆柱蜗杆（）锥面包络圆柱蜗杆（ZKZK蜗杆）蜗杆）2.2.圆弧圆

5、柱蜗杆传动（圆弧圆柱蜗杆传动（ZCZC蜗杆）蜗杆） 圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状不同。状不同。 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 轴面齿廓为直线 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 法面齿廓为直线渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 端面齿廓为渐开线 锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）2 2 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2.1 2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择中间平面中间平面：过蜗杆轴线且与蜗轮轴线相垂直的平面。：过蜗杆轴线且与蜗轮轴线相垂直的平面。 蜗杆传动在中间平

6、面上相当于齿条与齿轮的啮合传动，故取蜗杆传动在中间平面上相当于齿条与齿轮的啮合传动，故取中间平面上的参数（模数、压力角等）和尺寸（齿根顶圆、中间平面上的参数（模数、压力角等）和尺寸（齿根顶圆、分度圆等）为基准，并采用齿轮传动的计算关系。分度圆等）为基准，并采用齿轮传动的计算关系。蜗杆传动的主要参数：蜗杆传动的主要参数：m m、z z1 1、z z2 2、蜗杆的直径、蜗杆的直径d d1 1等，进等，进行蜗杆传动设计时，首先要正确地选择这些参数。行蜗杆传动设计时，首先要正确地选择这些参数。1 1m m和和 蜗杆传动的正确啮合条件：在中间平面上，蜗杆的轴面模蜗杆传动的正确啮合条件：在中间平面上，蜗杆

7、的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即把中间平面上的模数和压力角规定为标准值，则把中间平面上的模数和压力角规定为标准值，则 阿基米德蜗杆的阿基米德蜗杆的x x（轴向压力角为（轴向压力角为20200 0），其余三种（法），其余三种（法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、锥面包络蜗杆）的法向压力角向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、锥面包络蜗杆）的法向压力角n n为标准值为标准值20200 0。 21txmm21txmmmtx2121tx2 2蜗杆头数蜗杆头数z z1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z z2 2蜗杆传动的传动比，蜗杆传动的传动比，i=ni=n1 1/n/n

8、2 2=z=z2 2/z/z1 1z z1 1可根据传动比和效率选定，单头蜗杆可实现大传动比，但可根据传动比和效率选定，单头蜗杆可实现大传动比，但低，易自锁，多头蜗杆可提高低，易自锁，多头蜗杆可提高，但蜗杆头数过多，又会，但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。给加工带来困难。 z z1 1：若传动比大，且要求自锁时，：若传动比大，且要求自锁时，z z1 1=1=1；若要求；若要求高，传高，传递功率大，递功率大，z z1 1可取可取2 24 4，常用，常用2 2或或4 4。蜗轮齿数蜗轮齿数z z2 2=iz=iz1 1 z z2 2过小易产生根切，为避免根切和保证传动平稳，通常过小易产生根切，为避

9、免根切和保证传动平稳，通常z z2 22828；z z2 2过大，尺寸增加与之啮合的蜗杆长度也随之增加，过大，尺寸增加与之啮合的蜗杆长度也随之增加，致使蜗杆刚度不足，影响正常啮合，致使蜗杆刚度不足，影响正常啮合，z z2 28080。蜗杆传动的总效率 3 3蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d d1 1和导程角和导程角把把d d1 1与与m m的比值称为蜗杆直径系数的比值称为蜗杆直径系数q q，即，即q=dq=d1 1/m /m 蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角称为导程角蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角称为导程角 （p px x蜗杆轴向齿距）蜗杆轴向齿距）qzdmzdpztgx111114 4蜗杆的螺旋角蜗

10、杆的螺旋角1 1与蜗轮螺旋角与蜗轮螺旋角2 2 在中间平面内，蜗杆传动相当于斜齿条和斜齿轮传动，在中间平面内，蜗杆传动相当于斜齿条和斜齿轮传动，且且1 1、2 2同向，同向， 1 1+2 2=90=900 0 ，=2 2；斜齿轮：；斜齿轮：1 1=2 2，旋向相反。，旋向相反。 5 5中心距中心距 当蜗杆的节圆和分度圆重合时为标准传动，这时蜗杆与当蜗杆的节圆和分度圆重合时为标准传动，这时蜗杆与蜗轮间的中心距也为标准中心距蜗轮间的中心距也为标准中心距a a。mzqdda22121212.2 2.2 蜗杆传动变位的特点蜗杆传动变位的特点普通圆柱蜗杆传动变位的主要目的是配凑中心距或传动比，普通圆柱蜗

11、杆传动变位的主要目的是配凑中心距或传动比，使之符合标准值或推荐值。为了保持刀具尺寸不变，不能使之符合标准值或推荐值。为了保持刀具尺寸不变，不能改变蜗杆的尺寸，因而只能对改变蜗杆的尺寸，因而只能对蜗轮进行变位蜗轮进行变位。凑中心距时，蜗轮变位系数凑中心距时，蜗轮变位系数x x2 2为为 凑传动比时，变位前、后的传动中心距不变，即凑传动比时，变位前、后的传动中心距不变，即a=aa=a，用改变蜗轮齿数用改变蜗轮齿数z z2 2来达到传动比略作调整的目的。变位系来达到传动比略作调整的目的。变位系数数x x2 2为为 maazqmax22212222zzx2.3 2.3 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的

12、几何尺寸计算 3 3 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3.1 3.1 蜗杆传动的失效形式及常用材料蜗杆传动的失效形式及常用材料 1 1、失效形式、失效形式失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合、磨损，无塑性变形。失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合、磨损，无塑性变形。 闭式传动：胶合、点蚀；闭式传动：胶合、点蚀； 开式传动：磨损、齿根折断。开式传动：磨损、齿根折断。开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证开式蜗杆传动多发生齿面磨损和轮齿折断，因此，应以保证轮齿弯曲疲劳强度进行计算。轮齿弯曲疲劳强度进行计算。闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按闭式蜗

13、杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行校核。齿面接触疲劳强度进行设计，按轮齿弯曲疲劳强度进行校核。另外，还应作热平衡计算。另外，还应作热平衡计算。蜗杆传动为防止蜗杆轴变形过大而影响啮合状况，还须进行蜗杆传动为防止蜗杆轴变形过大而影响啮合状况，还须进行蜗杆轴刚度计算。蜗杆轴刚度计算。2 2、常用材料、常用材料材料的材料的基本要求基本要求：足够的强度、磨合和耐磨性。：足够的强度、磨合和耐磨性。蜗杆蜗杆：碳钢或合金钢：碳钢或合金钢 高速重载高速重载：15Cr15Cr、20Cr20Cr并经渗碳淬火，或并经渗碳淬火，或4040、4545、40Cr4

14、0Cr并经并经 淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性，要求淬火淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性，要求淬火 后的硬度达到后的硬度达到404055HRC55HRC，经氮化后的硬度为，经氮化后的硬度为 555562HRC62HRC。 低速中载低速中载：4040、4545，调质，硬度，调质，硬度220220300HBS300HBS；蜗轮蜗轮：铸造锡青铜：铸造锡青铜ZCuSn10P1ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5，用于，用于v vS S12m/s12m/s的的 重要传动；重要传动； 铸造铝铁青铜铸造铝铁青铜ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3，用于一般用途，用于一般

15、用途，v vS S10m/s;10m/s; 灰铸铁灰铸铁HT150HT150、HT200HT200：用于：用于v vS S2m/s27270 0以后，以后，增增 加缓慢，当加缓慢，当45450 0时，时，下降）。下降）。 当当一定时，一定时，V V， 当当v vS S越大时，越大时，V V越小，但只有在润滑条件良好的情况越小，但只有在润滑条件良好的情况 下，才能采取增大下，才能采取增大v vS S，降低，降低V V以提高以提高的措施。的措施。注注：当蜗杆传动处于多级传动中时，为了提高：当蜗杆传动处于多级传动中时，为了提高，往往将其放，往往将其放在高速级，甚至把蜗杆与电动机直接连接，目的是为了提

16、高在高速级，甚至把蜗杆与电动机直接连接，目的是为了提高v vS S，从而提高传动效率。，从而提高传动效率。 但在设计之初，为了计算但在设计之初，为了计算T T2 2，值可作如下估取值可作如下估取 （T T2 2=T=T1 1ii） z z1 1=1=1，=0.70=0.70； z z1 1=2=2，=0.8=0.8； z z1 1=4=4，=0.9=0.9。 蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角v蜗杆传动的总效率 5.2 5.2 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑蜗杆的圆周速度蜗杆的圆周速度 v v1 110 m/s10 m/s时，可采用浸油润滑时，可采用浸油润滑 下置蜗杆下置蜗杆: :一般浸油深

17、度为蜗杆的一个齿高；但一般浸油深度为蜗杆的一个齿高；但 油面又不应超过滚动轴承最低滚动体的油面又不应超过滚动轴承最低滚动体的 中心。中心。 上置蜗杆上置蜗杆: :不得已才采用；浸油深度可为蜗轮半径不得已才采用；浸油深度可为蜗轮半径 的的1/6-1/31/6-1/3。 v v1 110 m/s10 m/s时，就必须采用压力喷油润滑时，就必须采用压力喷油润滑喷油嘴宜放在啮出侧；蜗杆正反转时，两边都要喷油嘴宜放在啮出侧；蜗杆正反转时，两边都要 装喷装喷油嘴，而且要控制一定的油压。油嘴，而且要控制一定的油压。5.3 5.3 蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算1 1目的：对于闭式传动，若散热性能不

18、好，必须进行热平衡目的：对于闭式传动，若散热性能不好，必须进行热平衡 计算，为防止胶合或急剧磨损。计算，为防止胶合或急剧磨损。2 2理论依据理论依据热平衡条件热平衡条件：单位时间内蜗杆传动所产生的热量：单位时间内蜗杆传动所产生的热量1 1同一时间同一时间内箱体的散热量内箱体的散热量2 2。式中式中K Kt t箱体表面的传热系数，箱体表面的传热系数， K Kt t = =（8.78.717.517.5）W/(mW/(m2 2. .0 0C)C)； A A内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气 冷却的箱体表面面积；冷却的箱体表面面积；t t1 1油的工作温度；油的工作温度；t t0 0周围空气温周围空气温 度，可取度，可取20200 0。t tp p：油的许用工作温度（：油的许用工作温度（） =60=600_0_70700 0C C， 最高最高90900 0C C。 1111000P012ttAKtpttAKPtt110001013 3如果如果t t1 1ttp p可采取下列冷却措施可采取下列冷却措施 1 1）加散热片以增大散热面积；）加散热片以增大散热面积； 2 2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气的流