机械设计-蜗轮蜗杆

§8-1蜗杆传动的特点和类型§8-2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算§8-3蜗杆传动的失效形式和材料的选择§8-4蜗杆传动的强度计算§8-5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算§8-6蜗杆和蜗轮的结构第八章蜗杆传动轴交错90°

交错轴斜齿轮传动

平行轴传动斜齿轮传动

db斜线曲线

小齿轮蜗杆

大齿轮（两侧面往下拉，包住蜗杆）蜗轮

集齿轮传动、螺旋传动为一体

1.蜗杆的轮齿——螺旋线

一、特点

第一节蜗杆传动的特点和类型

Z1=1～4

（左、右旋）单(多)线蜗杆：蜗杆转一周，蜗轮转过一(多)齿

2.i

大，结构紧凑

Z2很大仅传递运动可达到：i

=1000传递动力时：i

=8～80

4.重合度大，连续啮合，传动平稳，噪音小5.齿面间相对滑动较大，损耗大，效率低3.具有自锁性通过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线的平面

二、类型

环面蜗杆传动

中间平面（主平面）：

锥面蜗杆传动

1.按蜗杆形状分类

圆柱形蜗杆传动

中间平面：直、凸廓2.圆柱形蜗杆分类

⑵渐开线蜗杆（ZI蜗杆）

滚刀铣削，工艺复杂，精度高

中间平面：齿条

横截面：阿基米德螺旋线

⑶法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）

横截面：渐开线⑴阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）

车削

三、普通圆柱蜗杆传动精度等级及其选择高→低

精度等级1，2，…，6，7，8，9，10，11，12常用第二节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数

1.模数和压力角

蜗杆——轴面

蜗轮——端面

中间平面内啮合

px1=pt2mx1=mt2=m

(标准值)αx1=αt2=α

阿基米德蜗杆：αx=20°

法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆：αn=20°

标准值

=πm

2.蜗杆导程角γ和分度圆直径d1

d1为标准值，见表14-1

加工蜗轮时需用与蜗杆参数、几何尺寸（除齿顶高高出一个顶隙外）完全相同的滚刀

螺纹

sπd1ψ蜗杆

πd1px1pz=zpx1γ——蜗杆直径参数

Z2、n2——蜗轮

Z1、n1——蜗杆

⑴Z1:

3.传动比

⑵Z2:

(减速)

取Z1=1～6

Z2=32～80，不超过100推荐值见表8-3。(增速)

Z1

i、ηZ1η——难加工Z2——易根切Z2——尺寸大——蜗杆相对细长——刚度弱v1、v2——蜗杆、蜗轮节点圆周速度4.齿面间相对滑动速度vs

γ=β2

（同向）二、正确啮合条件

较大的vS引起：1、易发生齿面磨损和胶合

2、如润滑条件良好,有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率

mx1=mt2=m

αx1=αt2=α

三、蜗杆传动的几何尺寸计算

重要尺寸详见表8-4

一、失效形式

第三节蜗杆传动的失效形式和材料的选择点蚀、胶合、折断、齿面磨损

（闭式传动）

1.可能出现的失效形式与齿轮啮合相同

2.突出的问题3.蜗杆是螺旋齿面，强度高、材料硬，所以失效总是发生于蜗轮轮齿上。较大的vS，易发生齿面磨损和胶合

（开式）

特点：软硬搭配

二、材料的选择

要求：具有良好的减摩性、耐磨性、跑合性和抗胶合能力在保证足够强度的条件下，要求材料配对使用。蜗轮软：铸锡青铜、无锡青铜、灰铸铁，见表8-6；8-7。

蜗杆硬：优质碳素钢、合金结构钢

经表面硬化及调质处理，见表8-5

第四节蜗杆传动的强度计算一、转向（复习）左、右手法则二、受力分析1.力的方向Ft

——主反从同Fr

——指向各自的轮心Fa1——蜗杆左右手法则n1n1n2n22.力的大小

3.力在平面图上的表示n1n1⊙⊙n2n2Ft1Ft2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Ft2Fx2Fx2Fx1Fx1三、计算载荷四、蜗杆传动的强度计算校核公式1.蜗轮齿面接触疲劳强度当vs≤3m/s7级以上精度kFn

k=1.0～1.4

设计公式青铜蜗轮和钢蜗杆配对499灰铸铁蜗轮和钢蜗杆配对[σ]H以vs选取m、d1取标准值k取小值m2d1——取标准值m、d1

其中校核公式2.蜗轮齿根弯曲强度计算设计公式据Zv2查图6-40式中：Yβ螺旋角因数，Yβ=1-(γ/1400)第五节蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率η≈0.7～0.9——搅油损耗0.96～0.99——啮合效率——当量摩擦角，见表8-9。其中:——摩擦损耗滑动轴承：0.97～0.99滚动轴承：0.98～0.995η主要取决于η11.3.γ≤ρv自锁讨论Z1

tanγ

难加工γγmax=28°

为提高效率，蜗杆传动用于高速级多头蜗杆效率高，难加工，Z1≤42.vs

v1

n1自锁蜗杆的效率恒小于50%

无特殊情况不应自锁表14-11η1.润滑方式采用高粘度的润滑脂或润滑油开式传动：二、蜗杆传动的润滑2.润滑油粘度选择要合适喷油润滑：vs＞10～15m/s压力喷油闭式：浸油润滑：vs≤5～10m/s

v1≤4m/s（下置式）v1＞4m/s（上置式）详见表15-83.浸油深度要适中2.润滑油粘度选择要合适下置式蜗杆：蜗杆一个全齿高上置式蜗杆：蜗轮分度圆半径的1/6观察油面高度用油面指示器:圆形、长形、管状、杆式详见表15-8三、蜗杆传动的散热计算思路：摩擦力转化的热量，通过箱体散发出去。[t1]

=（75-85）℃＜95℃t2=20℃在没有循环空气流动的场所：k=8.7～17.5

W/(m2·℃)A

=A1+0.5A2(m2)∴即或通风良好时：k=14～17.5

W/(m2·℃)⑴增加A

⑷喷油润滑⑶循环水冷却当t1或A不足⑵安装风扇k=18～35

W/(m2·℃)第六节蜗杆和蜗轮的结构1、蜗杆——一般与轴成一体

2、蜗轮

轮齿部分——青铜

轮毂部分——钢

齿圈压配式

螺栓联接式

拼铸式

整体浇铸式

例题：有一螺旋输送机，电动机功率解：P1=4kW，n1=960r/min，i=20，连续工作，单向运转，载荷平稳，假设箱体散热面积A=1.5m2;通风散热条件良好。1.选类型、精度等级和材料：阿基米德蜗杆；8级精度蜗杆：45钢，表面淬火，硬度（45-50）HRC蜗轮：铸锡青铜ZCuSn10Pb1,砂模铸造2.确定齿数：表8-6：[σ]H=200MPa

表8-3取:Z1=2,Z2=iZ1=40

初设：η=0.80见P151取k=1.1；初选γ=12°

3.确定基本几何尺寸表8-1：m2d1=2773.4mm3,m=8mm,d1=80mm

da1=d1+2m=96mm

由表8-4得：d2=mZ2=320mm

4.确定精度等级表8-8知选8级精度合适b2=0.75da1=72mm

5.计算传动功率η

η2=0.97

表8-9：ρv=1.36°6.蜗轮齿根弯曲强度校核查图6-40得：YFS=4.03;Yβ=1-（γ/1400)=0.92