武汉理工大学机械设计课件第6章

1、 第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动6-1 蜗杆传动蜗杆传动概述概述一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，一般两轴间的交错角之间的运动和动力，一般两轴间的交错角=90。蜗杆传动是在齿轮传动的基础上，为了获得较大的传动比蜗杆传动是在齿轮传动的基础上，为了获得较大的传动比而发展起来的。而发展起来的。它具有齿轮传动的某些特点，即在中间平面或称它具有齿轮传动的某些特点，即在中间平面或称主平面主平面（通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内的啮合情况与（通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内的啮合情况与

2、齿轮和齿条啮合情况相似；又有区别于齿轮传动的特性，即齿轮和齿条啮合情况相似；又有区别于齿轮传动的特性，即其运动特性相当于螺旋副的工况。蜗杆相当于一个单头或多其运动特性相当于螺旋副的工况。蜗杆相当于一个单头或多头螺杆，蜗轮相当于一个头螺杆，蜗轮相当于一个“不完整的螺母不完整的螺母”。蜗杆转动一周，。蜗杆转动一周，蜗轮相应转过一个或多个齿。蜗轮相应转过一个或多个齿。蜗杆传动概述蜗杆传动概述二、正确啮合条件二、正确啮合条件如前述，在中间平面，蜗杆传动如前述，在中间平面，蜗杆传动相当于齿条（蜗杆）与齿轮（蜗相当于齿条（蜗杆）与齿轮（蜗轮）的啮合，故其正确啮合条件轮）的啮合，故其正确啮合条件和齿轮传动相

3、仿。为增加接触线和齿轮传动相仿。为增加接触线长度，将蜗轮齿面做成圆弧形，长度，将蜗轮齿面做成圆弧形，包在蜗杆上。包在蜗杆上。蜗杆传动正确啮合条件：蜗杆传动正确啮合条件：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mx1和压力角和压力角x1与蜗轮与蜗轮的端面模数的端面模数mt2和压力角和压力角t2分别相等。分别相等。即即mx1=mt2=m x1=t2=202、蜗杆分度圆柱导程角蜗杆分度圆柱导程角 与蜗轮分度圆柱螺旋角与蜗轮分度圆柱螺旋角等等值同向。既值同向。既 = 蜗杆传动概述蜗杆传动概述蜗杆传动实例蜗杆传动实例螺旋线方向实例：螺旋线方向实例： 蜗杆与蜗轮的螺旋方向应相同，而斜

4、齿轮传动中两蜗杆与蜗轮的螺旋方向应相同，而斜齿轮传动中两齿轮的螺旋方向相反。在蜗杆蜗轮的螺旋方向上，同学齿轮的螺旋方向相反。在蜗杆蜗轮的螺旋方向上，同学们常出现一左一右的错误概念。在实际生产中就发生过们常出现一左一右的错误概念。在实际生产中就发生过类似事情：某厂技术员设计蜗杆减速器时，就采用了蜗类似事情：某厂技术员设计蜗杆减速器时，就采用了蜗杆右旋、蜗轮左旋，制造好后，安装时才发现安装不进杆右旋、蜗轮左旋，制造好后，安装时才发现安装不进去，因而造成废品和返工，在这方面要特别注意。去，因而造成废品和返工，在这方面要特别注意。蜗杆传动概述蜗杆传动概述三、传动类型三、传动类型按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动

5、按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动按蜗杆螺旋面形状分阿基米德、按蜗杆螺旋面形状分阿基米德、渐开线、延伸渐开线蜗杆传动。渐开线、延伸渐开线蜗杆传动。环面蜗杆传动环面蜗杆传动。锥蜗杆传动。锥蜗杆传动。阿基米德蜗杆的加工方法阿基米德蜗杆的加工方法)(1111111mdZdmZdPZtga 6-2 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算蜗杆传动主要参数有：模数蜗杆传动主要参数有：模数m、压力角压力角、蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1、直径系数直径系数q、蜗杆头数蜗杆头数Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z2。这些参数不仅影响结构尺寸，也影响传动性能，它们相互这些参数不仅影响结构尺寸，也影响传动性能，

6、它们相互联系，不应孤立确定。联系，不应孤立确定。一、模数一、模数m和压力角和压力角同齿轮传动一样，模数也作为主要计算参数。标准见表同齿轮传动一样，模数也作为主要计算参数。标准见表6-1二、蜗杆分度圆直径二、蜗杆分度圆直径d1、导程角导程角 和直径系数和直径系数q 由右图：由右图：令令q = d1/m称为直径系数，称为直径系数，即即 d1 = mq tg = z1/q12122121/1ddzzzznni讨论：讨论：（1）d1为什么要取标准值？为什么要取标准值？这是因为这是因为切制蜗轮切制蜗轮所用滚刀的几何参数必须与该蜗轮相啮合所用滚刀的几何参数必须与该蜗轮相啮合的蜗杆相同，即对于每种不同直径的

7、蜗杆在切制蜗轮时都要的蜗杆相同，即对于每种不同直径的蜗杆在切制蜗轮时都要准备一把滚刀，这样准备的刀具就太多了，故为了减少刀具准备一把滚刀，这样准备的刀具就太多了，故为了减少刀具型号，便于刀具的标准化就制定了型号，便于刀具的标准化就制定了d1标准系列。标准系列。（2）q与蜗杆刚度关系与蜗杆刚度关系d1=mq ， 故当故当m一定，一定， qd1，所以所以q取大值可提高蜗杆刚度。取大值可提高蜗杆刚度。（3）q与效率关系与效率关系tg = z1/q 故当故当Z1一定，一定，q 下降，所以下降，所以q取大值会降低效率。取大值会降低效率。三、传动比三、传动比i，蜗杆头数蜗杆头数Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z2

8、1、传动比、传动比i 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算2、Z1的选择的选择主要考虑传动比、效率及制造三个方面。主要考虑传动比、效率及制造三个方面。从传动比看从传动比看， i 一定，一定，Z1Z2，故紧凑。故紧凑。从效率看，从效率看，Z1 效率效率, ,故自锁应选单头。故自锁应选单头。从制造看，从制造看，Z1( ) , , 难制造。难制造。一般：一般： Z1=143、Z2的选择的选择为避免发生根切和保证传动平稳，为避免发生根切和保证传动平稳，Z2有最小值要求，为有最小值要求，为保证蜗杆刚度，保证蜗杆刚度，Z2有最大值要求有最大值要求(Z2最好不大于最好不大于80）。

9、推荐：推荐： Z1=1时，时，Z217 Z1=2时，时，Z227 动力传动，动力传动，Z2不应少于不应少于28，一般选，一般选Z2=3263为宜。为宜。a =(d1 + d2)/2 =m(q + Z2)/2四、几何尺寸计算，见表四、几何尺寸计算，见表6-2蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算蜗杆传动实例蜗杆传动实例自锁实例：自锁实例： 蜗杆传动的自锁性能在实际中应用很广。例如船用蜗杆传动的自锁性能在实际中应用很广。例如船用电动舵机采用蜗杆传动具有自锁性能，在风浪中使得舵电动舵机采用蜗杆传动具有自锁性能，在风浪中使得舵叶的角度保持不变。起重机的升降机中，由于蜗杆传动叶的角

10、度保持不变。起重机的升降机中，由于蜗杆传动具有自锁性能，使得变幅动力失灵时重物不致掉落下来具有自锁性能，使得变幅动力失灵时重物不致掉落下来造成事故，起锚机也同样。造成事故，起锚机也同样。6-3 蜗杆和蜗轮的常用材料和结构（阅读）蜗杆和蜗轮的常用材料和结构（阅读）选材除要满足强度要求，更重要的是具有良好的跑合性、减选材除要满足强度要求，更重要的是具有良好的跑合性、减摩性和耐磨性。摩性和耐磨性。蜗杆一般用碳钢或合金钢蜗杆一般用碳钢或合金钢 ；蜗轮一般用青铜合金。；蜗轮一般用青铜合金。6-4 蜗杆传动受力分析与强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算一、受力分析一、受力分析作用于工作面上法向力作用于工作面

11、上法向力Fn可分解为圆周力可分解为圆周力Ft，径向力径向力Fr和轴向力和轴向力Fa。如图如图由于由于=90，三力大小三力大小：Ft1= - Fa2=2000T1/d1Ft2= - Fa1=2000T2/d2Fr2= - Ft2tg 1Ft2蜗轮转向蜗轮转向各力方向：各力方向：圆周力圆周力Ft主反从同主反从同径向力径向力Fr指向轮心指向轮心轴向力轴向力Fa主动轮按左、右手定则主动轮按左、右手定则运用运用：Fa1（左、右手定则）左、右手定则）例：指出图中的蜗杆或蜗轮例：指出图中的蜗杆或蜗轮的螺旋线方向及转向，绘出的螺旋线方向及转向，绘出蜗杆和蜗轮啮合点处三力蜗杆和蜗轮啮合点处三力（Fa、Ft、Fr

12、）的方向。的方向。（未指明时，（未指明时， 蜗杆为主动）蜗杆为主动）蜗杆传动的计算载荷蜗杆传动的计算载荷 : Fnc = KFn K=1.01.4 T2 = iT1 蜗杆传动受力分析与强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算 rVVVVscos12221二、滑动速度和失效形式二、滑动速度和失效形式1、滑动速度、滑动速度VS设蜗杆的圆周速度为设蜗杆的圆周速度为V1，蜗轮的蜗轮的圆周速度为圆周速度为V2，V1与与V2呈呈90角，角，则齿廓间产生的相对滑动速度则齿廓间产生的相对滑动速度由于由于VS比蜗杆圆周速度还大，比蜗杆圆周速度还大，故引起较严重的磨损和发热。故引起较严重的磨损和发热。蜗杆传动受力分析与

13、强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算在闭式蜗杆传动，失效多为点蚀和胶合在闭式蜗杆传动，失效多为点蚀和胶合在开式蜗杆传动，失效多为磨损和断齿。在开式蜗杆传动，失效多为磨损和断齿。目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。曲强度的计算。2、失效形式、失效形式主要失效形式有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等。主要失效形式有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。蜗杆传动受力分析与强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算MPaYzdmkTFPFaF2122156032212156

14、0mmzYkTdmFPFaMPadmkTzHPH122215000322212)15000(mmkTzdmHP 校核式：校核式：设计式：设计式： 校核式：校核式：设计式：设计式：三、强度计算三、强度计算蜗轮近似地看作斜齿圆柱齿轮，考虑到蜗杆传动的特点，由蜗轮近似地看作斜齿圆柱齿轮，考虑到蜗杆传动的特点，由赫兹和刘易斯公式为基础，并作一定假设（如赫兹和刘易斯公式为基础，并作一定假设（如 =525，=20）得强度计算公式。得强度计算公式。设计式算得设计式算得m2d1后，可按表后，可按表6-1确定相应的确定相应的m和和d1的标准值。的标准值。接触强度：（青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆）接触强度：（青铜或铸铁

15、蜗轮与钢蜗杆）弯曲强度：弯曲强度：蜗杆传动受力分析与强度计算蜗杆传动受力分析与强度计算)(1tgtg2. 轴承摩擦效率轴承摩擦效率2，0.980.993. 浸入油中的零件搅油效率浸入油中的零件搅油效率3，0.940.996-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算一、蜗杆传动的润滑一、蜗杆传动的润滑由于蜗杆传动相对滑动速度由于蜗杆传动相对滑动速度VS大，效率低，发热量大，故大，效率低，发热量大，故润滑特别重要。润滑特别重要。开式蜗杆传动，采用粘度较高的润滑油或润滑脂。开式蜗杆传动，采用粘度较高的润滑油或润滑脂。闭式蜗杆传动，根据工作条件及闭式蜗杆传动，根据工作条件及

16、VS，参考表参考表6-4选定润滑油粘选定润滑油粘度及给油方法。当采用油池润滑时，蜗杆下置，浸油深度为度及给油方法。当采用油池润滑时，蜗杆下置，浸油深度为蜗杆一个齿高；蜗杆上置，浸油深度约为蜗轮外径的蜗杆一个齿高；蜗杆上置，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。二、蜗杆传动的效率二、蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动的总效率闭式蜗杆传动的总效率包括：包括：1. 轮齿啮合效率轮齿啮合效率1=123初步计算，可由蜗杆头数近似取值。初步计算，可由蜗杆头数近似取值。闭式传动闭式传动Z1=1 =0.70.75自锁时自锁时=单位时间发热量单位时间发热量蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算t=t-

17、t0, 油温与室温之差，油温与室温之差， to室温，常温取室温，常温取20。t温升许用值，一般为温升许用值，一般为6070由于由于t=t+t0，故油温许用值应小于故油温许用值应小于8090，若计算或，若计算或实测油温实测油温t90时，应采取冷却散热措施。时，应采取冷却散热措施。A散热面积散热面积即即1000P1（1-）=ktAtkt散热系数，一般取散热系数，一般取1017 w/m2 ,通风好取大值。通风好取大值。（1）增加散热面积（）增加散热面积（A值），如合值），如合 理设计箱体结构，铸出或焊上理设计箱体结构，铸出或焊上 散热片。散热片。蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算蜗杆传动的润滑、效率和

18、热平衡计算（2）提高散热系数（）提高散热系数（kt值），如在蜗杆轴端装风扇，这值），如在蜗杆轴端装风扇，这 时时kt可达可达20以上，或在箱体装设蛇形冷却水管，或以上，或在箱体装设蛇形冷却水管，或 采用压力喷油循环冷却润滑。采用压力喷油循环冷却润滑。 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算本章英语单词本章英语单词蜗杆传动蜗杆传动worm gearing , worm driveworm gearing , worm drive单头蜗杆单头蜗杆 single-threaded wormsingle-threaded worm圆柱蜗杆圆柱蜗杆 cylindrical wormcylindrical worm阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆 Archimedes worm (ZA-worm)Archimedes worm (ZA-worm)渐开线蜗杆渐开线蜗杆 involuteinvolute helicoidhelicoid worm (ZI-worm) worm (ZI-worm)法向直廓蜗杆法