第10章蜗杆传动g

13蜗杆传动10.1概述10.2蜗杆传动失效形式、材料选择和结构10.3普通圆柱蜗杆传动基本参数10.4圆柱蜗杆几何计算10.5蜗杆传动受力分析和效率计算10.6圆柱蜗杆传动强度计算10.7圆柱蜗杆传动的润滑和热平衡计算10.8圆柱蜗杆传动的设计计算10.9提高普通圆柱蜗杆传动性能的措施10.1概述优点：1）工作平稳、结构紧凑、重量轻、噪音小。2）i大蜗杆——1、2、4、6传递动力时：i=8~100（常用15~50）传递运动时：i=几百~上千（单头，η↓）蜗轮——z1>17特点和应用3）当蜗杆分度圆导程角小于轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。缺点：1）制造成本高，加工困难。2）

η低。4）蜗轮需用贵重的减摩材料。应用由于i大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。P750KW（通常＜50KW），Vs35m/s（通常＜15m/s）。用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直2、按蜗杆头数分单头蜗杆：i↑，自锁性↑，η↓多头蜗杆：相反1、按旋向分左旋右旋一般采用右旋10.1.1蜗杆传动的类型3、按蜗杆形状分圆柱蜗杆环面蜗杆锥蜗杆ZA型:阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线ZI型:渐开线蜗杆端面：渐开线,较精密传动ZN型:法向直廓蜗杆(刀具加工位置不同)圆柱蜗杆与蜗杆轴线在同一水平面内

与蜗杆的基圆相切齿槽中点螺旋线法平面内

10.1.2精度等级12个等级：动力传动：6~9级测量分度：6级或以上112高低选择：表10.110.2失效形式、材料选择和结构10.2.1失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断∵vs↑→η↓、发热↑→主要为：胶合、磨损、点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。蜗杆主要失效形式是刚度不足。10.2.2材料vs↑减摩性↑、强度↑不能都用硬材料1、蜗轮——指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs≥12~26m/s铸铝青铜：vs≤10m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs≤2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2、蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬面蜗杆：首选淬火→磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。10.2.3结构1、蜗杆：与轴一体。车制、铣制。2、蜗轮螺栓（铰制孔）整体式齿冠：用贵重耐磨金属(青铜)轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）过盈组合式10.3圆柱蜗杆传动的基本参数齿形角刀具基准齿形的齿形角：阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角法向直廓蜗杆：法向齿形角1、基本齿廓普通圆柱蜗杆基本齿廓见表10.22、模数m和压力角正确啮合条件：∴—标准值(与齿轮不同,表10.3)——蜗杆导程角3、蜗杆分度圆直径d1和直径系数q加工蜗轮时的滚刀尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，m一定时，对应不同直径的蜗杆，需要配备很多加工蜗轮的滚刀。↓刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值d1m表10.3蜗杆直径系数qd1、m——为标准值∴q为导出值,不一定为整数。m一定时，q↑——d1↑——蜗杆刚度↑z1一定时，q↑——γ↓——η↓，自锁性↑4、z1、z2蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等z1↑↑——加工困难传递动力：（↑传动平稳性，避免根切）(z2↑—d2↑—蜗杆轴长↑—刚度↓)∴一般取z2=32~80z1~z2：互质→均匀磨损5、蜗杆导程角γγ↑→η↑γ↓→η↓γ↑↑→制造困难传递动力时:头数z1↑—γ↑—η↑∴采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用单头蜗杆6、i、u蜗杆主动时:7、中心距a（应按p234系列值选取）8、蜗杆传动变位1）变位目的：配凑中心距；凑传动比。故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位2）变位方法：与齿轮变位相同,靠刀具的移位实现变位。加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。3）变位结果∴蜗杆——各部分尺寸不变，但节线变化∴蜗轮——尺寸发生变化，但分度圆和节圆依旧重合

分度圆和节圆不重合4）变位类型1）齿数不变，凑ax>0，正变位x<0负变位2）a不变，齿数变化，凑i凑i：（a不变，→）x＞0齿数↓x＜0齿数↑10.4几何计算（略）10.5受力分析与效率计算10.5.1作用力圆周力：轴向力：(蜗杆主动)——啮合效率忽略Ff，Fn径向力：1）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：※2）旋向判定∵蜗轮与蜗杆旋向相同。方向判定：3）蜗轮转向已知：n1、旋向→n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2→n2n2n1v2练习：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅱ为输出，轴Ⅲ转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa22.Fa3→Fa2→Ft1→n1蜗轮右旋n4输出ⅢⅠⅡ1234蜗杆右旋→10.5.2传动效率与齿轮类似：1、啮合η1：近似按螺旋副计算（蜗杆主动）（蜗轮主动）ρv——当量摩擦角，与vs有关。（p240表10.6）图10.12蜗杆传动效率与蜗杆导程角之间的关系图10.11蜗杆传动的相对滑动速度2)γ为影响η1的主要因素：γ↑→η1↑时，η1→max此后，γ↑→η1↓一般取后：η↑缓慢γ大时，加工困难2、η2搅油效率：3、η3轴承效率：说明：1）vs↑→μv↓→ρv↓油膜易形成→η1↑10.6圆柱蜗杆传动的强度计算∵蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对蜗轮10.6.1接触强度计算校核式设计式为接触疲劳寿命系数参数说明：1）T2——蜗轮转矩,N·mm2）K——载荷系数,K=KAKβKv3）ZE——弹性系数(P186,表9.11)4）Zρ——接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,Zρ初值a根据查得。设计时：未知，初选值（蜗杆主动）10.6.2弯曲强度计算条件性估算参见式10.18（P243）弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。10.6.3蜗杆刚度计算10.6.4各种设计参数的选取与确定1．d1/a值的选取时，(10.23)时，(10.24)选取后，按照图10.15可初步选取蜗杆和导程角，同时还可以确定传动啮合效率b）↑—η↓2）求d1、z1、z2、m。P245讨论：Zρ↓→σH↓a一定时，↑—d1↑—↑蜗杆刚度d1一定时，↑—a↓—结构紧凑——蜗杆传动的重要参数a）↑—10.7.1润滑一、油粘度与润滑方法运动粘度:υ40℃↑——抗胶合↑润滑方法：：蜗杆下置浸油润滑：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端10.7润滑和热平衡计算二、蜗杆布置与润滑方式蜗杆下置：浸入油中深度至少一个牙高，但油面不应超过轴承最低滚动体的中心。蜗杆下置式冷却效果更好。由于η↓——发热大易胶合即：发热率Ps=散热率Pc摩擦功耗：∴冷却散去的热量：环境温度t0=20°箱内工作温度散热面积，可由13.27式估算表面传热系数，则：热平衡计算10.7.2蜗杆传动的热平衡计算油温比t1高10℃左右，∴油温小于90℃。※蜗杆上置：飞溅冷却作用差，0.8αW若t1太高，可采取如下措施：2、蜗杆轴端装风扇1、加散热片3、外冷却压力喷油润滑4、油池内安装蛇形冷却水管

10.8圆柱蜗杆传动的设计步骤（P247）10.9提高圆柱蜗杆传动性能的措施不同位置：接触线与v1夹角不同,夹角↑—油膜易形成最大夹角(≈90°):发生在蜗杆螺纹退出啮合的齿边上。最小夹角(≈0°):靠近中间平面的区域—不易形成油膜，限制承载。蜗杆传动中轮齿间接触线随啮合位置移动。措施：1）轮齿挖窝：挖去夹角小处，贮油，改善润滑。2）人工油涵：油楔(大滚刀、移动滚刀)。3）蜗轮偏位安装：蜗轮偏向啮出端。4）采用环面蜗杆。作业12-512-812-1012-3212-33复习思考题

1、蜗杆传动的主要优缺点是什么？常用于何种工况？

2、蜗杆传动有哪几种