第十二章蜗杆传动

第十二章蜗杆传动12.1蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸12.2蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料12.3蜗杆传动受力分析及强度计算

12.4蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算12.5蜗杆和蜗轮的结构主要内容一、蜗杆传动的组成第一节概述

二、蜗杆传动的类型按蜗杆形状分类：圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动

锥蜗杆传动

按螺旋面的形状分

按螺旋线的方向分阿基米德蜗杆渐开线蜗杆三、蜗杆传动的特点1、传动比大(单级蜗杆传动比i=5～80)、结构紧凑；2、传动平稳、噪声低；连续不断啮合3、能实现自锁(蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角)；4、传动效率低、发热大；5、成本高。中间平面第二节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、主要参数1）中间平面。该平面为蜗杆的轴面或为蜗轮的端面。2)中间平面啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。3）中间平面的参数为标准值。

螺纹二、主要参数和几何尺寸计算

1．模数和压力角

2.蜗杆头数（齿数），蜗轮齿数

3．蜗杆分度圆直径

和导程角

4．传动比

5．中心距a

由于在中间平面上蜗杆传动相当于渐开线齿轮与齿条的传动，所以蜗杆传动的计算，以中间平面的参数为准，并直接应用齿轮传动的几何关系进行几何计算。1．模数和压力角

2.蜗杆头数（齿数），蜗轮齿数由传动比并考虑效率来选定。一般为=1~4。①传递运动，要求传动比大，取小值。②传递动力，取大值，传动效率和承载能力高；太多，蜗杆加工困难。蜗轮齿数应根据传动比和选取。不宜大于80。3．蜗杆分度圆直径

和导程角为了限制蜗轮滚刀的数目并有利于标准化，规定了蜗杆分度圆直径的系列值，即将蜗杆直径系数、d1标准化。是导出值d1

=q

m≠z1m5．中心距a

蜗杆传动的标准中心距为

4．传动比

圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸9表12-3蜗杆传动的几何尺寸计算标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称二、正确啮合条件正确啮合条件为：第三节蜗杆传动的受力分析式中：T1、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。计算Fr，按照齿条分析&ft2=fa1圆柱蜗杆传动的受力分析3力对应关系：

当两轴交错角为90°时，各力的对应关系为：

Ft1=-Fa2，Fa1=-Ft2，Fr1=-Fr2练习右旋求蜗杆的旋向？Fa1Ft1n1求蜗杆的转向？n1要把中间轴上的轴向力抵消一部分，蜗杆的旋向?左重物提升装置一、滑动速度式中，为蜗杆的节圆直径(mm)；为蜗杆转速(r／min)；为蜗杆的导程角。第四节蜗杆传动的相对滑动速度和效率二、蜗杆传动效率表12-9当量摩擦系数f’和当量摩擦角ρ’蜗轮材料锡青铜无锡青铜蜗杆齿面硬度HRC>45其他情况HRC>45滑动速度vsm/sf’ρ’

f’ρ’

f’ρ’

0.010.116.28˚0.126.84˚0.1810.2˚

0.100.084.57˚0.095.14˚0.137.4˚

0.500.0553.15˚0.0653.72˚0.095.14˚

1.000.0452.58˚0.0553.15˚0.074˚

2.000.0352˚0.0452.58˚0.0553.15˚

3.000.0281.6˚0.0352˚0.0452.58˚

4.000.0241.37˚0.0311.78˚0.042.29˚

5.000.0221.26˚0.0291.66˚0.0352˚

8.000.0181.03˚0.0261.49˚0.031.72˚

10.00.0160.92˚0.0241.37˚

15.00.0140.8˚0.0201.15˚

24.00.0130.74˚γ↑→

η↑→对动力传动，宜采用多头蜗杆→蜗杆加工困难γ过大当γ>28˚

时，效率η增加很少。当γ≤

ρ’

时，蜗杆具有自锁性，但效率η很低。分析：工程上常用以下估计值。闭式传动：z1=1η=0.70~0.75z1=2η=0.75~0.82z1=4η=0.87~0.92z1=1、2η=0.60~0.70开式传动：一、失效形式、设计准则和材料选择1．失效形式

由于蜗杆传动齿面间相对滑动速度大，发热量大，其失效形式主要是齿面胶合，其次是点蚀、断齿、磨损和塑性变形等。第五节蜗杆传动的设计通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。闭式传动：开式传动：按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。2.设计准则

3．蜗杆、蜗轮常用材料：

原则：具有一定强度，良好的耐磨性和抗胶合的性能。

高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火56~62HRC)

或40Cr42SiMn45(表面淬火45~55HRC)一般蜗杆：4045钢调质处理(硬度为220~250HBS)蜗轮材料：vS>12m/s时→ZCuSn10P1锡青铜制造。vS<12m/s时→ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜vS≤6m/s时→ZCuAl10Fe3铝青铜。vS<2m/s时→球墨铸铁、灰铸铁。

二、蜗杆和蜗轮的结构

1.蜗杆结构2.蜗轮结构

螺钉联接式螺栓联接式整体浇铸式轮箍式或拼铸式三、蜗轮轮齿的强度计算

设计公式为：蜗杆传动轮齿齿面接触强度条件为：m、d1应选取标准值确定。表12-5锡青铜蜗轮的许用接触应力[σH]蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度蜗杆齿面硬度10-1锡青铜5-5-5锡青铜砂型≤12180200金属型≤12135150Vsm/sHBS≤350HRC≥45金属型≤25200220砂型≤10110125当蜗轮采用锡青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用的接触应力如下表：当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动速度来确定。表12-6铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力[σH]Mpa蜗轮材料蜗杆材料滑动速度vsm/s10-3铝青铜HT150淬火钢*渗碳钢调质钢0.52501301101230115902109070180——160——120——2346890——*蜗杆未经淬火时需将表中[σH]值降低20%。HT150、HT200四、润滑方式选择

1.目的

润滑是减少摩擦磨损最有效的手段。还可用润滑油进行冷却，以保证正常油温和粘度。若润滑不良，→效率显著降低↓→早期胶合或磨损润滑对蜗杆传动而言，至关重要。2.方式蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方式及润滑装置与齿轮传动类似。润滑方式的选择：当vs≤5~10m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深；当vs>10~15m/s时，采用压力喷油润滑。当v1>4m/s时，采用蜗杆在上的结构；五、热平衡计算

1.热平衡计算目的：控制油温稳定地处于规定的范围内（由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合）。热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量=散发的热量。2.提高散热能力的措施：

①增加散热面积：例如，在箱体外壁合理设计并铸出或焊上散热筋片；②提高