汽车机械基础机工配套课件：4单元4 蜗杆传动

1、汽车机械基础模块四 汽车常用传动分析单元十四 蜗杆传动学习目标1.知识目标(1)了解蜗轮蜗杆传动的特点。(2) 了解蜗杆和蜗轮的结构(3)熟悉蜗杆传动的基本参数。(4)掌握蜗轮回转方向的判定，会计算蜗轮蜗杆传动的传动比。(5)了解蜗轮蜗杆传动的失效形式。 2.能力目标 能正确判别蜗轮的转向任务引入 蜗杆传动具有大传动比和自锁性等特点，在汽车中应用比较广泛。例如，托森差速器利用蜗轮蜗杆的实现差速锁止功能；汽车中常用的蜗轮蜗杆转向机，将方向盘的旋转运动转变为控制车轮摆动的直线运动。（a）托森差速器 （b）蜗轮蜗杆转向机目录01任务一 蜗杆传动的类型与特点02任务二 蜗杆传动的主要参数和尺寸计算03

2、任务三 蜗杆传动的失效与材料04任务四 蜗杆传动的维护目录01第一节 蜗杆传动的概述02任务二蜗杆传动的主要参数和尺寸计算03任务三 蜗杆传动的失效与材料04任务四 蜗杆传动的维护蜗杆传动的组成和特点1.蜗杆传动的组成 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成。 主要用于空间两交错轴之间运动和动力的传递。 通常蜗杆与蜗轮的轴线在空间交错成90，一般以蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。蜗杆传动的组成和特点2.蜗杆传动的特点蜗杆传动既有齿轮传动的某些特点，又有区别于齿轮传动的特性。与齿轮传动相比，蜗杆传动具有以下优点。(1)传动比大且准确，结构紧凑。一般蜗杆传动中，传动比i=1080 ，在分度机构中，传动比可达6

3、001000 。如此大的传动比，若采用齿轮传动则需用多级传动，因此蜗杆传动具有结构紧凑的特点。此外，与齿轮传动相同，蜗杆传动也能提供准确的瞬时传动比。蜗杆传动的组成和特点2.蜗杆传动的特点(2)传动平稳，噪声很小 蜗杆上的齿是连续的螺旋形齿，蜗杆与蜗轮一直处于连续啮合，因此传动平稳，噪声很小。(3)可实现自锁 当蜗杆的导程角 小于材料的当量摩擦角时，蜗杆传动可实现单向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，不能由蜗轮带动蜗杆转动。这一特性可用于需要自锁的起重设备中。 但在在蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆之间的摩擦较大，造成传动效率较低，一般仅为0.70.9，而能自锁的蜗杆传动，效率仅为0.4左右。为降低蜗轮与蜗杆

4、之间的摩擦并减小磨损，提高传动效率和工作寿命，蜗轮通常选用价格昂贵的青铜合金等材料，因此使用成本较高。蜗杆传动的类型 1.按蜗杆形状（a）圆柱面蜗杆传动 （b）圆弧面蜗杆传动 （c）锥面蜗杆传动蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型 按蜗杆形状按蜗杆螺旋线方向按蜗杆头数圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动左旋蜗杆右旋蜗杆单头蜗杆多头蜗杆目录01任务一 蜗杆传动的类型与特点02任务二蜗杆传动的主要参数和尺寸计算03任务三 蜗杆传动的失效与材料04任务四 蜗杆传动的维护蜗杆传动的主要参数蜗杆主要参数1模数m、齿形角 2蜗杆分度圆导程角 3蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q 4蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 蜗杆传

5、动的主要参数1.模数m、齿形角 蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2相等，且为标准值。 蜗杆的轴面齿形角x1和蜗轮的端面齿形角t2相等，且为标准值。 x1t220 mx1mt2m蜗杆传动的主要参数2.蜗杆分度圆导程角指蜗杆分度圆柱螺旋线的切线与端平面之间的锐角tan = px z1/d1 = z1m / d1 蜗杆传动的主要参数3.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q切制蜗轮的滚刀，其分度圆直径、模数和其他参数必须与该蜗轮相配的蜗杆一致，齿形角与相配的蜗杆相同。 为了使刀具标准化，限制滚刀的数目，对一定模数m的蜗杆的分度圆直径d1作了规定，即规定了蜗杆直径系数q，且q = d1/m。 蜗杆

6、传动的主要参数4蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 与蜗杆头数z1：根据蜗杆传动传动比和传动效率来选定，一般推荐选用z1 = 1、2、4、6。 蜗轮齿数z2：根据z1和传动比i来确定。一般推荐z2 = 2980。 蜗杆传动的传动比和几何尺寸计算1.蜗杆传动的传动比：蜗杆传动的传动比和几何尺寸计算2.蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的正确啮合条件1在中间平面内，蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2相等。2在中间平面内，蜗杆的轴面齿形角x1和蜗轮的端面齿形角t2相等。3蜗杆分度圆导程角1和蜗轮分度圆柱面螺旋角2相等，且旋向一致。 mx1mt2 x1t2 12 蜗轮回转方向的判断1判断蜗杆或蜗轮的旋向

7、右手法则： 手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋。 蜗轮回转方向的判断2判断蜗轮的回转方向 左、右手法则： 左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，用四指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表蜗杆轴线，则拇指所指方向的相反方向即为蜗轮上啮合点的线速度方向。 目录01任务一 蜗杆传动的类型与特点02任务二蜗杆传动的主要参数和几何计算03任务三 蜗杆传动的失效与材料04任务四 蜗杆传动的维护蜗杆传动的失效1.蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效大多数发生在蜗轮的轮齿上。与齿轮传动类似，其失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损以及齿面胶合等。由

8、于在蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆啮合齿面间的相对滑动速度很高，摩擦力大，发热严重，故最容易出现的失效形式是齿面磨损、胶合。其中，闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合，开式蜗杆传动的主要失效形式是齿面磨损。蜗杆与蜗轮材料由蜗杆传动的失效形式可知，蜗轮和蜗杆除了应具有足够的强度外，还应具有良好的减磨性、耐磨性和抗胶合能力。由于蜗杆啮合的次数比蜗轮多，故蜗杆材料的硬度应比蜗轮高。1.蜗杆材料蜗杆齿面要求具有较高的硬度和较小的表面粗糙度，常用的材料有碳钢和合金钢。为提高蜗杆的齿面硬度，需要对其进行合理的热处理。蜗杆常用材料的性能、热处理方式及适用范围如表蜗杆与蜗轮材料材料名称牌号热处理齿面硬度适用场合渗碳钢

9、20Cr，20CrMnTi渗碳淬火5863 HRC高速、大功率的重要蜗杆传动淬火钢42CrNi，40Cr，45表面淬火4555 HRC平速度较高、功率较大的蜗杆传动调质钢40，45调质220270 HBW低速、非重要蜗杆传动 蜗杆常用材料的性能、热处理方式及适用范围蜗杆与蜗轮材料2.蜗轮材料蜗轮多由青铜合金制造，一般可根据啮合时齿面间的相对滑动速度vs进行选择。为节约成本，在低速传动中，蜗轮也可选用铸铁制造。材料名称典型牌号性能特点适用滑动速度工作条件铸造锡青铜ZCuSn10Pb1 抗胶合能力强，减摩性好，但价格昂贵各类稳定载荷的重要场合铸造铝青铜ZCuAl10Fe3Mn2强度高，价格便宜，但

10、抗胶合能力差中低载荷的场合灰铸铁HT200价格便宜，抗胶合能力差低速、轻载场合蜗杆与蜗轮结构1.蜗杆结构 蜗杆螺旋部分的尺寸不大，故蜗杆常与轴做成一体，称为蜗杆轴，常用车削或铣削加工。其中，车制蜗杆上需要留有退刀槽，如图 （a）所示，这将导致轴径小于蜗杆的齿根圆直径，使蜗杆轴的刚度受到削弱；铣制蜗杆不需要退刀槽，且轴的直径可以大于蜗杆齿根圆的直径，如图 （b）所示，故其刚度较大。 （a）车制蜗杆 (b）铣制蜗杆蜗杆与蜗轮结构1.蜗轮结构蜗轮的结构形式有整体式和组合式两种。其中，整体式结构多用于铸铁蜗轮或小尺寸的青铜蜗轮，图 （a）所示。对于尺寸较大的蜗轮，齿圈和轮芯通常采用不同材料，以节约贵重

11、的青铜材料。图 （b）所示是在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈得到的拼铸式蜗轮，常用于批量制造；图 （c）所示为青铜齿圈通过过盈配合装在铸铁轮芯上得到的压配式蜗轮，为了增加连接的可靠性，常在接缝处拧上螺钉。当蜗轮直径较大时，齿圈和轮芯可采用铰制孔用螺栓连接，如图 （d）所示。蜗杆与蜗轮结构1.蜗轮结构 （a）整体式 （b）拼铸式 （c）压配式 （d）螺栓连接式 蜗轮的结构形式目录01任务一 蜗杆传动的类型与特点02任务二蜗杆传动的主要参数和几何计算03任务三 蜗杆传动的失效与材料04任务四 蜗杆传动的维护蜗杆传动的润滑蜗杆传动时，蜗轮与蜗杆的相对速度大，传动效率低，发热严重，为了减少摩擦，延长蜗杆传动的工作寿命，需要进行良好的润滑。良好的润滑不仅可以减小摩擦，提高蜗杆的传动效率，还能防止轮齿胶合并减少磨损。蜗杆传动的润滑蜗杆传动常用的润滑方式有油池润滑和喷油润滑。当滑动速度Vs1015m/s时，蜗杆传动一般采用油池润滑。为减少搅油损失，蜗杆宜放置在蜗轮下方，且不宜浸油过深，如图 （a）所示。当滑动速度Vs4m/s时，一般将蜗杆放置在蜗轮上方，如图 （b）所示。当Vs510m/s时，蜗杆传动多采用喷油润滑，如图 （c）所示。(a） （b） （c）蜗杆传动的散热