第11章 蜗杆传动

§11-1蜗杆传动概述§11-2蜗杆传动的主要参数与几何尺寸§11-3蜗杆传动的设计计算§11-5蜗杆和蜗轮的结构§11-4圆弧圆柱蜗杆传动简介第十一章蜗杆传动教学时数：2学时教学目的与要求：使学生了解蜗杆传动的应用特点，蜗杆传动的主要参数及尺寸计算；正确选择蜗杆、蜗轮的材料，结构与润滑；熟练掌握蜗杆传动的力分析和效率计算；熟练掌握蜗杆传动的强度计算及热平衡计算。教学内容：蜗杆传动的生成、类型和啮合性能；蜗杆、蜗轮材料的选择，蜗杆传动润滑的选择，普通圆柱蜗杆传动的强度计算与热平衡计算、温度计算。教学重点：蜗杆、蜗轮材料的选择，设计准则，载荷系数，强度计算。教学难点：蜗杆传动的受力分析与效率。蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90°。第一节

蜗杆传动概述1．传动比大，一般i=10~80，最大可达1000；2．重合度大，传动平稳，噪声低；4．齿面的相对滑动速度大，效率低；主要用于中小功率，间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。一、蜗杆传动的特点：3．结构紧凑，可实现反行程自锁；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，加工出的蜗杆的齿廓形状不同。蜗杆传动的类型蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；重合度大；承载能力和效率较高。阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）（图11-2a）

渐开线蜗杆

（ZI蜗杆）（图11-2b）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）（图11-2a）

普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动

圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动（图11-1a）（图11-1b）（图11-1c）二、蜗杆传动的类型本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。三、蜗杆传动的精度等级分为12个精度等级，常用5～9级，精度等级的选择参见表11-1。第二节

蜗杆传动的主要参数与几何尺寸1.

模数m和齿形角a在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值，见表11-2。2.

蜗杆分度圆直径d1

和直径系数q蜗杆分度圆直径

d1为标准值，见表11-2。详细内容主平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。是蜗杆的轴面是蜗轮的端面ZA蜗杆传动在主平面内，相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在主平面内确定。即mx1=mt2=m即：q=d1／md1与模数m

的比值称为蜗杆直径系数q。阿基米德蜗杆的轴面齿形角αx1＝20°法向直廓蜗杆的法向齿形角αn1＝20°d1

=q

m是导出值一、蜗杆传动的主要参数主平面β

（Z1与Z2的荐用值表）(蜗杆头数与传动效率关系)4.

蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z23.

蜗杆分度圆柱导程角g

z1↑→g↑→效率η↑，但加工困难。正确啮合条件：mx1=mt2γ1＝β2（蜗轮、蜗杆旋向相同）αx1=αt2

z1↓→传动比i↑，但传动效率η↓。常取，z1＝1，2，4，6。可根据传动比选取，见表11-3。

z2=iz1

。如z2太小，将使传动平稳性变差。如z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。

一般z2＝32～80d1γ5.

传动比i6.

中心距

中心距的常用值见P203。二、蜗杆传动的变位变位：即加工蜗轮时，改变刀具的位置。而蜗杆相当于刀具。故，只是蜗轮变位，而蜗杆不变位。即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。但是，变位以后，蜗杆的节圆改变，而蜗轮的节圆永远与分度圆重合。变位的目的：调整中心距和传动比调整中心距所需变位系数：常取－0.5≤x≤0.5三、蜗杆传动的几何尺寸见表11-4和图11-4。(d1=qm≠z1m)(d2=z2m)(图11-3)适用于齿面滑动速度较高的传动。第三节

蜗杆传动的设计计算一、失效形式、设计准则和常用材料1.主要失效形式：蜗轮齿面的胶合、磨粒磨损（最终导致断齿）等。3.常用材料蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。2.设计准则闭式传动：开式传动：通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。锡青铜：铝青铜：灰铸铁：蜗轮常用材料有：≤8m/s的场合。（抗胶合能力差）≤2m/s的场合。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）二、蜗杆传动的受力分析轮齿所受的法向力Fn，可分解为：切向力Ft

、径向力Fr

、轴向力Fx。蜗杆传动受力方向判断在不计摩擦力时，有以下关系：式中：α

n－蜗轮的法向压力角，T2－蜗轮的转矩，蜗杆传动强度计算右旋求蜗杆的旋向？Fx1求蜗杆的转向？练习三、蜗杆传动的承载能力计算1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算目的：防止“点蚀”和“胶合”失效。强度条件：≤以节点为计算点，计算齿面接触应力σH。校核式：≤式中：ZE－弹性系数；T2－蜗轮的工作转矩（N.mm)；－蜗轮的许用接触应力（MPa)。K－载荷系数，KA－工作情况系数；－动载荷系数；－齿向载荷分布系数；设计式：≥注：1）的值根据z1查表。将d1＝mq和d2＝mz2代入校核式整理得2）设计中，根据由上式计算的值，查表确定标准的m和q。2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的：防止“疲劳断齿”。强度条件：≤校核式：≤式中：YF－齿形系数，按当量齿数；－螺旋角系数，－蜗轮的许用弯曲应力（MPa)。设计式：≥注：设计中，根据由上式计算的值，查表确定标准的m和q。四、蜗杆传动的效率式中：h1─啮合效率；h2─轴承的效率；h3─考虑搅油损耗的效率；

Z1↑→γ↑→η↑啮合效率η1与蜗杆头数z1的近似关系由表可得。式中：g

－蜗杆的导程角；′－当量摩擦角。滑动速度↑，则′↓

为什么？滑动速度：五、蜗杆传动的润滑目的：减摩、散热。润滑油粘度及给油方式润滑油一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法，见表11-13。详细介绍蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/6～1/3。

给油方法：油池润滑：喷油润滑六、蜗杆传动的热平衡由于η

低，运转中产生热量多，导致温度升高，破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。为控制温升，需进行热平衡计算。热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。

即（a－传动的中心距）有散热片时：油的温升：＜55～70℃h－表面传热系数，一般取h＝(12~18)W/(m2•℃)；A

－箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算，t1－润滑油的工作温度(℃)；通常取

t1＝

20℃

式中：P1－传动的输入功率（kW)；t0－环境温度(℃)。摩擦产生的热量散发的热量七、蜗杆传动的散热措施自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：1）在箱体外表面加散热片以增大散热面积。

2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。3）在油池内安装冷却管路。4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器）。传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器第五节

蜗杆和蜗轮的结构一、蜗杆的结构由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴）。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。虚拟现实中的蜗杆当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。二、蜗轮的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮

组合式蜗轮1.为什么连续传动的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？可采用哪些措施改善散热条件？2.写出蜗杆传动的热平衡条件式，并说明式中各符号意义。3.图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。试在图上标出蜗轮(或蜗杆)的转向，蜗轮齿的螺旋线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。

本章思考题4.为何常以蜗杆为主动件?蜗轮能否作为主动件?5.若按图示方向转动蜗杆，提升重物G.(1)蜗杆和蜗轮齿的旋向；(2)蜗轮所受作用力的方向(画出)；(3)提升或降下重物时，蜗轮齿面是单侧受载还是双侧受载?6.选择蜗杆、蜗轮材料的原则是什么?7.动力蜗杆传动