第12章蜗杆传动

一、特点：1.蜗杆传动的组成：蜗杆、蜗轮和机架。2.用途：用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两周的交错角为900.3.传动中一般蜗杆为主动，蜗轮为从动。4.优点：结构紧凑、传动平稳、噪音较小、能得到很大的传动比：在分度机构中传动比ｉ可达1000；在动力传动中通常ｉ=8-80.

缺点：传动效率较低，为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常用青铜制造，成本较高。第十二章蜗杆传动p.189§12-1蜗杆传动的特点和类型二、蜗杆传动的类型:按圆柱蜗杆蜗传动杆的形环面蜗杆传动状锥蜗杆传动阿基米德蜗杆传动(ＺＡ)渐开线蜗杆传动(ＺＩ)法向直廓蜗杆传动(ＺＮ)锥面包络蜗杆传动(ＺC)阿基米德蜗杆传动（ＺＡ）：车刀切削刃夹角2=400，在包含轴线的截面内为侧边为直线的齿条，在垂直于蜗杆轴线的截面内阿基米德螺旋线。渐开线蜗杆传动（ＺＩ）：在垂直于蜗杆轴线的截面内为渐开线，可用滚刀铣切，适用成批产。法向直廓蜗杆传动(ＺＮ)圆柱蜗杆传动(螺旋面形状)精度：对于一般传动常用7级（蜗杆圆周速度v1＜7.5m/s）、8级（v1＜3m/s）、9级精度（v1＜1.5m/s）导程角→轮齿方向与端面的夹角螺旋角β→轮齿方向与轴线的夹角

1.外形:蜗杆→短螺杆

蜗轮→特殊的斜齿轮→螺母的一部分2.具有螺旋传动的特点:自锁条件:≤ρ′(当量摩擦角)效率计算:展开:(二)蜗杆的形成§10-2

圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算

一主要参数

1.模数m和压力角α：

中间平面：过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面设计计算都以中间平面参数和几何关系为准。

正确啮合条件:

1.模数和压力角（1）ｍa1(轴向）＝ｍt2（端面）=ｍ2.αa1＝αt2＝α=200（ZA为轴向，ZI为法向压力角为标准值）

3.在两轴交角∑＝90°时，蜗杆分度圆上导程角γ应等于蜗轮分度圆柱上螺旋角β，且旋向相同。γ

=β①传动比i:i=n1/n2=Z2/Z1≠d2/d1（d1=mq）②Z1=1,2,4┌Z1=1└Z1=2、4③Z2=i·Z1Z1、Z2→查表12-2（蜗杆头数Z1与蜗轮齿数Z2的荐用值）P192Z2少→Z2多→结构过大→蜗杆长度增长，刚度↓→Z2≤80→效率高,加工难度大→自锁性好,效率低2.传动比i,蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2根切：Z2＜26作业：12-1P.192切制蜗杆的刀具其直径和齿形参数（m、Z、γ）必与相应的蜗杆相同∴蜗杆分度直径d1要标准化（见表12-1）。∵

＝Z1Px/πd1=Ｚ1ｍ／ｄ1＝Z1/q(12-2)

→直径系数q=d1/m(P192)图12-5为减少滚刀的规格数量→ｄ1定为标准值→ｄ1与ｍ搭配，查表12-1（圆柱蜗杆的基本尺寸和参数）（p191）4.齿面间滑动速度Vs:ｄ2＝ｍＺ2ｄ1=m·q

≠

ｍ·Ｚ1

V1V2VsV1：蜗杆的园周速度m/s，V2：蜗轮的园周速度3.蜗杆直径系数q和导程角γ：蜗杆传动在节点C处啮合，齿廓之间有相对滑动，滑动速度Vs沿蜗杆螺旋线方向。图12-5蜗杆导程(二)几何尺寸计算

→表(12-3)p.193分度圆直径：d1=mqd2=mZ2

齿顶高：ha=m齿根高：hf=1.2m齿顶圆直径(喉圆直径）：da1=m（q+2)da2=m（Z+2)齿根圆直径：df1=m（q-2.4）df2=m（Z-2.4）轴向齿距（端面齿距）：Pa1=Pt2=Px=π

m径向间隙：C*=0.2mm;＝0.5(ｄ1＋ｄ2)＝0.5m(q+Z2)≠0.5ｍ(Ｚ1＋Ｚ2)

5.中心距

当蜗杆节圆与分度重合时称为标准传动，其中心距的计算公式：

1.失效形式:2.部位:闭式开式胶合、点蚀、磨损蜗轮轮齿上(结构、材料)(一)蜗杆传动的失效形式p.186↑↑蜗轮→非锡青铜、锡青铜(二)蜗杆、蜗轮的材料(三)蜗杆、蜗轮的结构§10-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构(二)蜗杆、蜗轮的材料

P.186倒61.对材料的要求：2.蜗杆的材料→最好→淬火钢(低碳钢→渗碳淬火;中碳钢→表面淬火)（高速重载）其余→调质钢（一般蜗杆）→低速、人力传动、铸铁蜗轮减摩、耐磨、抗胶合高的强度及光洁度、足够的刚度

3.蜗轮的材料→p.187最好→锡青铜→┌ZCuSn10p1(10-1)(高速）└ZCuSn5PbZn5(5-5-5)（vs≤12m/s）其余→铝青铜vs≤6m/s）、灰铸铁、尼龙减摩、抗胶合、抗点蚀碳素钢、合金钢

p.186倒4蜗杆的结构→通常为整体式Z=1，2时L=（11+0.06Z2）Z=4时，L=（12.5+0.09Z2)蜗轮的结构→通常为组合式（蜗轮顶圆直径de2≤da2+2m）da2=m（Z2+2）整体式齿圈式螺栓联接式拚铸式整体式齿圈式（过盈连接）螺栓联接式（4-8个螺钉）拚铸式（在鋳铁芯上浇注青铜）(三)

蜗杆、蜗轮的结构

P.187蜗杆三个分力：Fr1,Ft1,Fa1蜗轮三个分力：Fr2,Ft2,Fa21.蜗杆、蜗轮旋向→相同2.作用力的大小(将Fn分解)讲§12-4蜗杆传动的受力分析P.188右Fr1Fr2Fr1Fr2Ft2Fa1Ft1Fa2Ft1Fa1Ft2Fa2右

作业:12－3)P.192改动:(2)各轮轴向力的方向→各轮作用力的方向。12－6)4.蜗轮的转向→与Fa1反向3.作用力的方向(示意图）二.蜗轮齿面接触强度计算不讲§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算:P.188∵主要失效形式:胶合、磨损、点蚀∴→仿斜齿轮→强度计算→齿面接触强度计算1.计算齿面接触强度（点蚀）(当冲击大、脆性材料.开式→(才折断)→弯曲强度)

2.只计算蜗轮的强度

3.考虑胶合→热平衡计算强度计算依据:闭式→蜗轮锡青铜→点蚀非锡青铜→胶合开式传动→磨损

(一)蜗轮齿面平疲劳接触强度计算P.196[σＨ]－许用接触应力MpaP197蜗轮┌锡青铜(点蚀)→接触强度计算→表(12-4)└非锡青铜(胶合)→条件性计算→表(12-5)校核公式Mpa(12-8)设计公式mm3(12-9)KA=1.1～1.4－使用系数;d1－蜗杆分度圆直径mma－中心距mm;ZE－材料综合弹性系数，钢与锡青铜ZE=150T2－蜗轮上的转矩NmmZP—接触系数，查图12-11P196一般d1/a=0.3-0.5，取小值。二，蜗杆齿根弯曲疲劳强度计算：一般参照斜齿圆柱齿轮作近似计算。(二)蜗杆传动的润滑(三)蜗杆传动的热平衡计算§10-6圆柱蜗杆传动的效率、润滑

和热平衡计算∵VS大→摩擦、磨损大→发热大、效率低η1－啮合效率η2、η3－轴承及搅油效率;γ－导程角;(12-10)－当量摩擦系数估计蜗杆传动的总效率时，可由表12-8查取P201－当量摩擦角→表(12-7)p.200(一)蜗杆传动的效率:p.1901.蜗杆传动的效率:当γ≤ρ′→自锁→η≤50※当振动大时→摩擦自锁不可靠→另加制动装置(二)蜗杆传动的润滑P.191蜗杆传动的润滑值得注意，润滑不良，效率显著降低，会使轮齿早期胶合或磨损。油池润滑:Vs≤5～10m/s采用涡杆下置式，涡杆带油润滑。当涡杆速度V1＞4m/s→上置式，减小搅油损失。喷油润滑:Vs＞10～15m/s。例12-2p.189(三)蜗杆传动的热平衡计算:p.201∵Vs大→效率低、发热大→要求散热及时,否则磨损↑→胶合→热平衡计算在闭式传动中，热量通过箱壳散逸，要求箱体内的油温t（0C）和周围空气温度t0（0C）之差不超过允许值：式中：△t—温度差△t=（t0-t1）P1—蜗杆传动功率，Kw—传动效率，

αt—表面传热系数，一般取10-17W/（m2.0C）A—散热面积，箱壁内被油飞溅到的箱壳面积。

△t—一般为60-700C.

(12-14)1.计算公式:

(1)增大散热面积Ａ(2)提高散热系数αt：2.改善散热措施:轴上装风扇、装蛇形冷却管、循环油冷却图12-11小结：1.蜗杆传动的特点：i很大，一般i=7～80,分度ｉ＝500；平稳；紧凑；可自锁Ｖs大→效率低,发热大→贵重金属→价高2.参数计算:中间平面m、→标准ｄ1＝ｍ·Ｚ1／tgγ≠m·Z1i=Z2/Z