机械设计基础之蜗杆传动

第８章蜗杆传动

§８－１

蜗杆传动的类型和特点§８－２蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算§８－３蜗杆传动的强度计算§８－４蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算§８－５蜗杆传动的材料和结构§８－６普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护（一）教学要求

1、了解蜗杆传动特点、类型2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算3、熟悉普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、强度计算及热平衡计算等。

（二）教学的重点与难点

重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、正确啮合条件、强度计算。难点：蜗杆传动的受力分析。

§８—1

蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传递交错轴间的运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚。一、蜗杆传动的类型

1、按蜗杆的外形分类圆柱蜗杆传动

环面蜗杆

锥蜗杆

7.1齿轮传动的特点和分类齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，是现代机械中应用最广的一种机械传动。

齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点：传递动力大、效率高；寿命长，工作平稳，可靠性高；能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。

齿轮传动与其它传动相比主要缺点有：制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；不宜作轴间距离过大的传动。

1.齿轮传动的特点BACK1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=7～80；2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮合和退出，故冲击小、噪声低；3.可自锁：升角小于当量摩擦角时；4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损严重。5.制造成本较高：为了减摩耐磨，通常蜗轮齿圈需要用贵重的青铜等材料制造，蜗杆则采取淬硬后磨削工艺，因此制造成本较高。6.不能实现互换：由于蜗轮是用与其匹配的蜗杆滚刀加工的，因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换的。二、蜗杆传动的特点和应用蜗杆传动与齿轮传动相比，具有以下特点：蜗杆传动适用于传动比大、传递功率不大且不作长期连续运转的场合。§８-2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算

一、蜗杆主要参数及其选择

1、模数m和压力角α

通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为主平面。在主平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。（如图８-5）图８-５

蜗杆传动的设计计算都是以主平面内的参数和几何关系为标准。在主平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角。规定主平面上的模数和压力角为标准值，则:阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件

当轴交错角∑=90°时，还必须让蜗杆的导程角γ与蜗轮的螺旋角β．在主平面面，即蜗杆轴向向平面与与蜗轮端端面的m和压力力角相等，且且为标准准值。（（见表６６.１５５）2、蜗杆杆分度圆圆柱上的的导程角角γ蜗杆螺旋旋线的导导程为：：螺旋升角角与导程程的关系系：

通常蜗杆螺旋线的升角，升角小时传动效率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的车削加工困难。3.蜗杆杆分度圆圆直径d1蜗杆的分分度圆直直径：由当模数一一定时，，q值越越小，d1越小，升升角越大大，传动动效效率越高高，但蜗蜗杆的刚刚度和强强度降低低。得（已标准准化）直径系数数：4.蜗杆杆头数z1、传动比比ｉ、蜗轮齿数数z2蜗杆头数数z1=1~4：单头：易易自锁，，效率低低，精度度高。多头：ηη↑，但但加工困困难，精精度降低低。一头两个头三个头传动比：注意：蜗杆传动动的传动动比仅与与蜗杆的的头数和和蜗轮的的齿数有有关，而而不等于于分度圆圆直径之之比。为避免蜗蜗轮发生生根切z2应不少于26个齿，，但若z2过大蜗轮直直径增加，，相应蜗杆杆越长，刚刚度越小。。蜗轮齿数数z2常在28~80范范围内选取取。蜗轮齿数：：主要有点蚀蚀、齿根折折断、齿面面胶合和磨磨损。最常常见失效是是齿面胶合合和过度磨磨损。（1）开式传动：主要失效效是齿面磨磨损和轮齿齿折断。设计准则：：按齿根弯弯曲疲劳强强度为设计计。（2）闭式传动：主要失效效是胶合、、磨损和点点蚀。设计准则：：按齿面接接触疲劳强强度设计，，再校核齿齿根弯曲疲疲劳强度，，另计算热热平衡和蜗蜗杆刚度。。一、蜗杆传传动的失效效形式§８-3蜗蜗杆传传动的强度度计算力的大小：圆周力轴向力径向力二、蜗杆传传动的受力力分析Ft——主主反从同Fr——指指向各自的的轴线Fa1——蜗杆左左右手螺旋旋定则轴向力径向力圆周力蜗轮转向的的判别：：Fa1的反向即为为蜗轮的角角速度ω2方向判定蜗轮转转向例1判定蜗轮转转向例2按主平面内内斜齿轮与与齿条啮合合进行强度度计算校核公式（二）蜗轮轮齿根弯曲曲疲劳强度度计算对于闭式蜗蜗杆传动，，Z2＜80，很少少出现蜗轮轮轮齿折断断，一般无无需进行轮轮齿弯曲疲疲劳强度计计算。设计公式定m,q（表６６．１５））（一）蜗轮轮齿面接触触疲劳强度度计算三、蜗杆传传动的强度度计算V２—蜗轮分度圆圆周周速度，m/sv1—蜗杆分度度圆圆周速速度，m/s蜗杆蜗轮齿齿面间相对对滑动速度度Vs较大的VS引起：1、易发生生齿面磨损损和胶合2、如润滑滑条件良好好,有有助于形成润滑油油膜，减少少摩擦、磨损，提高高传动效率率一、蜗杆传传动的滑动动速度§８８-4蜗蜗杆杆传传动动的的效效率率、、润润滑滑及及热热平平衡衡计计算算———由由啮啮合合摩摩擦擦损损耗耗所所决决定定的的效效率率———轴轴承承的的效效率率———蜗蜗杆杆或或蜗蜗轮轮搅搅油油引引起起的的效效率率———当当量量摩摩擦擦角角查查表表蜗杆杆传传动动设设计计时时，，可可根根据据蜗蜗杆杆头头数数估估取取传传动动效效率率Z11，，2，，4，，6效率率0.7，，0.8，，0.9，，0.95二、、蜗蜗杆杆传传动动的的效效率率三、、蜗蜗杆杆传传动动的的润润滑滑四、、蜗蜗杆杆传传动动的的热热平平衡衡计计算算原因因————效效率率低低，，发发热热大大，，温温升升高高，，润润滑滑油油粘粘度度下下降降,润滑滑油油在在齿齿面面间间被被稀稀释释，，加加剧剧磨磨损损和和胶胶合合。设蜗蜗杆杆传传动动功功率率为为P（KW））,效效率率为为自然然冷冷却却方方式式，，单单位位时时间间散散热热量量为为Kd——箱体表面散热系数

S——箱体散热面积

t——油的工作温度

t0——环境温度

达到到热热平平衡衡时时可得得到到热热平平衡衡时时的的温温度度如t>80°°时时措措施施：：1加加散散热热片片以以增增大大散散热热面面积积2蜗蜗杆杆轴轴端端加加风风扇扇，，强强制制风风冷冷却却3在在传传动动箱箱内内安安装装循循环环冷冷却却管管路路§８８-5蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮常常用用材材料料及及结结构构一、、蜗蜗杆杆、、蜗蜗轮轮的的材材料料针对对蜗蜗杆杆传传动动的的齿齿面面间间有有较较大大的的相相对对滑滑动动，，较较易易出出现现胶胶合合和和磨磨损损的的特特点点，，要要求求蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮的的材材料料组组合合不不仅仅要要求求有有足足够够的的强强度度，，还还要要求求具具有有良良好好的的减减摩摩耐耐磨磨性性和和抗抗胶胶合合能能性性能能。。1、、蜗蜗杆杆材材料料蜗杆杆一一般般采采用用碳碳素素钢钢或或合合金金钢钢制制造造。。2、、蜗蜗轮轮材材料料常用用的的蜗蜗轮轮材材料料为为铸铸锡锡青青铜铜，，例例如如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5，，其其抗抗胶胶合合、、减减摩摩及及耐耐磨磨性性能能都都较较好好，，但但价价格格较较贵贵，，因因此此用用于于滑滑动动速速度度较较高高的的场场合合．．二、、蜗蜗杆杆、、蜗蜗轮轮的的结结构构齿圈圈式式整体体式式蜗轮轮的的结结构构镶铸铸式式螺栓栓连连接接式式BACK§８８-6蜗蜗杆杆传传动动的的精精度度等等级级选选择择及及其其安安装装维维护护一、、精精度度选选择择：：由于于蜗蜗杆杆传传动动啮啮合合轮轮齿齿的的刚刚度度较较齿齿轮轮传传动动大大，，所所以以制制造造精精度度对对传传动动的的影影响响比比齿齿轮轮传传动动更更显显著著，，因因此此在在同同样样场场合合下下，，应应采采用用较较高高的的精精度度。。蜗蜗杆杆传传动动规规定定了了12级级精精度度。二、、蜗蜗杆杆传传动动的的安安装装与与维维护护1、蜗杆杆、蜗轮轮的安装装调整在蜗杆传传动中，，蜗杆中中心线位位于主平平面上，，蜗杆与与蜗轮中中心距应应准确，，在装配配时，应应仔细调调整蜗轮轮的轴向位置，，否则难难以正确确啮合，，齿面会会在短时时间内严严重磨损损。2、蜗杆杆传动的的跑合和和试运转转蜗杆传动动装配后后，须经经跑合，，以使齿齿面接触触良好。。跑和时时采用低低速运转转，通常常，，逐步步加载至至额定载载荷，跑跑和1h~5h。若发发现蜗杆杆齿面上上粘有青青铜，应应立即停停车，用用细砂纸纸打去，，再继续续跑合。。跑和好好以后，，应清洗洗全部零零件，换换新润滑滑油，并并把此时时蜗轮与与蜗杆的的相对轴轴向位置置打上标标记，便便于以后后拆装时时配对和和调整到到位。1、蜗杆杆传动特特点、类类型2、蜗杆杆传动的的主要参参数及几几何尺寸寸计算3、普通通圆柱蜗蜗杆传动动的正确确啮合条条件4、普通通圆柱蜗蜗杆传动动的受力力分析、、强度计计算及热热平衡计计算。总结结1、当两两轴线（（））时时，可采采用蜗杆杆传动。。A平行行B相相交C垂垂直交交错2、在蜗蜗杆传动动中，通通常（））为主主动件。。A蜗杆杆B蜗蜗轮C蜗蜗杆蜗蜗轮都可可以3、阿基基米德蜗蜗杆的（（））模数，，应符合合标准数数值。A法向向B端端面C轴轴向4、蜗杆杆传动自自锁时，，应使蜗蜗杆导程程角（））当量摩摩擦角。。A大于于B小小于C等于于5、起吊吊重物用用的手动动蜗杆传传动装置置，应采采用（））蜗蜗杆。A单头头、小导导程角B单单头、大大导程角角C多头头、小导导程角D多多头、大大导程角角6、计算算蜗杆传传动的传传动比时时,公式式()是是错误的的。复习思考考题ACDB7、为减减少蜗轮轮滚刀数数量，有有利于刀刀具标准准化，规规定()为为标准值值。A蜗蜗轮齿齿数B蜗杆杆头数C蜗杆杆分度圆圆直径8、蜗杆杆传动中中，轮齿齿承载能能力的计计算主要要针对（（）来来进行。。A蜗杆齿齿面接触触强度和和蜗轮齿齿根弯曲曲强度B蜗轮齿齿面接触触强度和和蜗杆齿齿根弯曲曲强度C蜗杆齿齿面接触触强度和和齿根弯弯曲强度度D蜗轮齿齿面接触触强度和和齿根弯弯曲强度度9、蜗杆杆传动中中，蜗杆杆常用材材料（）），蜗蜗轮常用用材料有有（））。A铸铝铝B碳钢C铸铸铁D黄铜铜E锡青铜铜F合金钢钢G工程塑塑料10、在在蜗杆传传动中，，标准化化了的参参数有（（））。Ａ蜗杆的的头数ＢＢ蜗轮的的齿数ＣＣ蜗杆的的模数ＤＤ蜗杆的的分度圆圆直径ＥＥ蜗杆的导程角角Ｆ蜗杆杆的压力力角ＧＧ蜗轮的的分度圆圆直径11、为为使蜗杆杆传动具具有自锁锁性，应应采用()和和()的蜗杆杆。Ａ单头