yu12-13-第七章蜗杆传动

第七章蜗杆传动7.1蜗杆传动的特点和类型作用：

用于传递交错轴之间的回转运动和动力。

蜗杆主动、蜗轮从动。∑＝90°形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且β1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。蜗杆蜗轮7.1.1蜗杆传动的特点1、能够实现空间交错轴之间的传动，通常交错角为90°；2、单级传动比大（一般为10～80），结构紧凑；3、传动平稳，噪音小；4、可以实现自锁；5、传动效率低，通常为70％～80％；6、成本较高。室外智能一体化变速云台火炮高低机、方向机电动蝶阀精密光学旋转平台几个主要概念中间平面（主平面）：

通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面。

（在中间平面上蜗杆与蜗轮的啮合关系相当于齿条与渐开线齿轮的啮合关系，中间平面的参数为标准参数）。蜗杆头数：

组成蜗杆螺纹线的数量（z1＝1、2、4、6）。蜗杆和蜗轮螺旋线的方向：

蜗杆和蜗轮的螺旋线有左、右旋之分，但两者的旋向必须相同。7.1.2蜗杆传动的类型根据蜗杆的形状不同，蜗杆传动分为：

圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动三大类。根据刀具加工位置的不同，普通圆柱蜗杆分为：

阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆。其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。阿基米德蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的。其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。圆柱、环面、及锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；圆柱、环面、及锥蜗杆传动锥蜗杆传动同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。圆柱、环面、及锥蜗杆传动根据加工蜗杆时刀具的位置1、阿基米德蜗杆；2、渐开线蜗杆；3、延伸渐开线(法向直廓)

蜗杆。车制蜗杆阿基米德蜗杆加工时，标准齿条形车刀水平放置在蜗杆轴线平面内；轴截面齿形为直齿齿条形齿廓；法截面齿形为外凸曲线齿廓；横截面齿廓为阿基米德螺旋线。渐开线蜗杆可用两把刀具加工，刀具顶面与基圆柱相切，一把刀具的刀刃高于蜗杆轴线，另一把刀具的刀刃低于蜗杆轴线；横截面为渐开线齿廓，轴截面为凸曲线齿廓；齿廓能磨削加工，加工精度高，多用于较高速,较精密或较大功率传动.法向直廓（延伸渐开线）蜗杆车刀刀刃平面位于螺旋线的法面上；横截面为延伸渐开线齿廓，法截面为直线齿廓；齿廓可以进行磨削加工，多用于精密传动。7.2普通圆柱蜗杆传动

的主要参数和几何尺寸7.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。对于蜗杆，其为蜗杆的轴截面；对于蜗轮，中间平面为其蜗轮的端面。蜗杆传动的设计计算以中间平面为准。蜗杆传动的主要参数：齿数z，模数m，分度圆压力角，螺旋角齿顶高系数，齿根高系数。蜗杆传动中间平面主要参数关系节距与模数的关系蜗杆的导程角与蜗轮螺旋角的关系蜗杆正确啮合条件※2、蜗杆分度圆直径d1和导程角γ为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用蜗杆分度圆柱上的导程角3、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2

传动比：蜗杆头数Z1通常取为：1，2，4,6(若要得到大传动比，可取Z1＝1，但此时传动效率低；

Z1越大，传动效率越高，但加工越困难。）蜗轮齿数：，一般取Z2=26～80。（Z2过少易根切，过多会使结构尺寸过大，蜗杆长度增加导致蜗杆刚度降低，影响啮合精度。）蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值式中：d1--蜗杆分度圆直径，mm；n1--蜗杆的转速，r/min；--蜗杆分度圆上的导程角，度。4、齿面间相对滑动速度所有参数的计算与齿轮传动相同！7.2.2普通圆柱蜗杆传动的几何计算名称符号蜗杆蜗轮分度圆直径dd1d2=mz2中心距aa=（d1+d2）/2齿顶圆直径dada1=d1+2mda2=d2+2m齿根圆直径dfdf1=d1-2.4mdf2=d2-2.4m蜗轮最大外圆直径de2

de2=da2+m蜗轮齿顶圆弧半径Ra2

Ra2=df1/2+0.2m蜗轮齿根圆弧半径Rf2

Rf2=da1/2+0.2m蜗轮轮缘宽度b

z1≤3时，b≤0.75da1z1=4时，b≤0.67da1蜗杆分度圆柱上导程角γγ=arctan（z1m/d1)

pP=πm蜗杆螺旋部分长度

Lz1=1、2时，L≥(11+0.06z2)m;z1=4时，L≥(12.5+0.09z2)m;磨削蜗杆加长量：当m<10(mm)时，加长25（mm）当m=10～16(mm)时，加长35～40（mm）7.3蜗杆传动的失效形式、

设计准则和材料选择7.3.1蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式主要是齿面胶合、点蚀、磨损和轮齿的折断，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。7.3.2设计准则闭式蜗杆传动中，蜗轮轮齿多因齿面胶合或点蚀而失效，因此通常按齿面接触疲劳强度进行设计。并进行热平衡计算。开式蜗杆传动中，多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应按齿根弯曲疲劳强度进行设计。7.3.3蜗杆和蜗轮材料的选择对材料的要求：

蜗杆和蜗轮的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨性及跑和性能。蜗杆材料：

蜗杆一般用碳素钢或合金钢制成，要求齿面光洁并具有较高的硬度。蜗轮材料蜗轮常用材料：

铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁。铸造锡青铜（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5)

：

减摩性、耐磨性最好，抗胶和能力最强，但是抗弯曲强度较低，价格较高，多用于m/s的重要传动中。铝铁青铜（ZCuAl10Fe3):有足够的强度，价格便宜，但是耐磨性和抗胶和能力差，用于m/s的传动中。灰铸铁(HT150、HT200):用于m/s的低速或手动传动中。7.4普通圆柱蜗杆的强度计算7.4.1蜗杆传动的运动分析和受力分析式中：T1、T2—分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mm；

i为传动比；d1、d2—分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径。—α齿形角。左旋蜗杆与右旋蜗杆左旋蜗杆右旋蜗杆受力方向的判定受力方向的判定

确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法与外啮合圆柱齿轮传动相同，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定，即Fa1与Ft2方向相反，Ft1与Fa2的方向相反。也可按照主动件左右手定则来判断：当蜗杆为左(右)旋时，用左（右）手四指弯曲的方向代表蜗杆的旋转方向，大拇指指向为蜗杆的轴向力方向。ω1ω112p12p右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速度vp2的方向与拇指指向相反。用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。ω2ω2v2v2ar1r27.4.2蜗杆传动的齿面接触强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：设计公式为：式中：T2—作用在蜗轮上的转矩(N.mm)

K—载荷系数

—蜗轮材料的许用接触应力常用蜗轮材料及其许用接触应力蜗轮材料牌号铸造方法适用的滑动速度(m/s)许用接触应力[σH]滑动速度(m/s)0.5123468ZcuSn10P1砂模≤25134金属模200ZcuSn5Pb5Zn5砂模≤12128金属模134离心浇铸174ZcuAl10Fe3砂模≤1025023021018016012090金属模离心浇铸ZcuZn38Mn2Pb2砂模≤102152001801501359575金属模HT150砂模≤213011590－－－－HT200

通常按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力，即在选择许用应力的时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。同时，对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。7.5蜗杆传动的效率、

润滑和热平衡计算7.5.1蜗杆传动的效率计算：式中：

—啮合效率

—分别为轴承效率和搅油效率一般取

螺纹副的效率计算蜗杆传动的总效率在设计蜗杆传动时，可根据蜗杆头数Z1按下表初步估计蜗杆传动的总效率。7.5.2蜗杆传动的润滑润滑的目的：提高传动效率、降低工作温度、减少磨损、避免胶合等。蜗杆传动润滑油黏度和润滑方式：运动粘度υ滑动速度vs(m/s)≤1<1～2.5≤2.5～5>5～10>10～15>15～25>25工作条件重载重载中载－－－－

/（mm2/s）100068032022015010068润滑方法浸油润滑浸油或喷油润滑压力喷油润滑7.5.3蜗杆传动热平衡计算热平衡：散发的热量＝产生的热量在闭式传动中，热量是通过箱壳散逸，转化为热量的摩擦耗损功率：式中：p—传动输入的功率(kW)η—传动总效率

经箱体表面散发热量的相当功率：式中：

k—散热系数；A—散热面积；

t1，t2—润滑油的工作温度和环境温度；达到热平衡时：

式中：[t]—允许的润滑油工作温度。常用散热措施如果超过温差允许值，可采取措施，以提高其散热能力。常用措施:1、合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片，以增大散热面积。2、在蜗杆轴上装置风扇,进行人工通风,以提高散热系数3、在箱体油池内装设蛇形冷却水管冷却水4、采用压力喷油循环润滑油泵冷却器7.6蜗杆和蜗轮的结构7.6.1蜗杆的结构铣削蜗杆和