蜗杆传动(第13章)

机械设计第13章蜗杆传动1§13.1蜗杆传动的特点和应用一.特点：

1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=7~80；

2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮合和退出，故冲击小、噪声低；

3.可自锁：升角小于当量摩擦角时；

4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损严重。但新型蜗杆的传动效率已可达90%以上。2§二。蜗杆传动的类型

a）圆柱蜗杆传动b）环面蜗杆传动c）锥蜗杆传动31.普通圆柱蜗杆传动：根据蜗杆的不同齿廓形状及形成机理，可分为：阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）4阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）车削工艺好，精度低，中小载荷，使用逐渐减少

中间平面齿廓为直线5§法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）法面齿廓为直线6§渐开线蜗杆（ZI蜗杆）效率高；传递功率较大端面齿廓为渐开线7§13.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸

在中间平面，普通圆柱蜗杆传动相当于齿轮和齿条的啮合，设计时以中间平面的参数为基准。一。蜗杆传动的主要参数

1.模数m和压力角：在中间平面，即蜗杆轴平面与蜗轮中间平面的m和压力角相等且为标准值。§

2.蜗杆分度圆直径d1

直径系数q：8

3.蜗杆头数z1：常取1、2、4、6

传动效率：估取0.7、0.8、0.9、0.95。

蜗轮齿数z2：

保证一定的重合度，传动平稳；保证抗弯强度、蜗杆的刚度。为什么对蜗杆头数和蜗轮齿数有限制？蜗杆头数少，能得到大的传动比，但导程角小、效率低、发热量大，故载荷大且连续工作时不宜用单头蜗杆。如传动要自锁，应选单头。蜗杆头数多，效率高，但过多加工困难，所以要限制蜗杆头数不宜过多。从传动的平稳性考虑，蜗轮齿数少，同时啮合齿的对数少，传动的平稳性差。齿数愈多，蜗轮直径愈大，蜗杆愈长，蜗杆刚度愈小，所以蜗轮的齿数要限制。9

4.导程角：10（1）（2）

蜗杆分度圆d1，导程角和直径系数q关系：从（1）、（2）知，当m一定时，q值增大，则d1变大，蜗杆的刚度及强度相应提高，因此当m较小时，q选较大值又因为在（2）式中，当q取小值时，γ增大，效率η随之提高，故在蜗杆轴刚度允许的情况下，应尽可能选较小的q值。为了满足各种需要，对于同一m允许q值在一定范围内变动，以便选用不同的标准蜗杆直径。115.中心距a：反映功率大小6.传动比i：12§二。蜗轮的变位蜗杆传动变位的特点：为了保持刀具尺寸不变，不能改变蜗杆的尺寸，因而只对蜗轮进行变位。（1）改变中心距：（2）中心距不变，则蜗轮齿数：13§7.3蜗杆传动的失效形式及常用材料1.失效形式：失效经常发生在蜗轮的轮齿上；滑动速度VS大，发热量大，更易胶合和磨损。2.设计准则：同齿轮传动；必要时核算热平衡。3.材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶合性蜗杆20Cr渗碳淬火；40Cr、35CrMo淬火；45调质

蜗轮ZCuSn10P1ZCuAl10Fe3HT200VS3重要传动VS4m/sVS2m/s耐磨性好、抗胶合价格便宜经济、低速14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。15§7.4蜗杆传动的受力分析和效率计算

一、蜗杆传动的受力分析16FnFrFaFtF′F′17

圆柱蜗杆传动18练习右旋求蜗杆的旋向？Fx1求蜗杆的转向？练习19

二、蜗杆传动的载荷系数

载荷系数K=KAKKv使用系数KA齿向载荷分配系数K=1~~1.3~~1.6（载荷平稳、变化、振动、冲击）动载系数Kv=1.0~1.1（v23m/s）；

1.1~1.2（v23m/s）。20润滑、散热不良时：易产生磨损、胶合；充分润滑时：有利于油膜的形成，滑动速度越大，摩擦系数越小，提高了传动效率。v1

v2

vS三、蜗杆传动的相对滑动速度

相对滑动速度很大产生的利弊：21

四、蜗杆传动的效率22z---接触系数图13.12,接触线长度和曲率半径的影响zE---弹性影响系数，表13.12,（钢对青铜或铸铁

zE=

160）

取标准值m、d1、q、§7.5圆柱蜗杆传动的设计计算一.齿面接触疲劳强度计算23二.蜗轮的许用接触应力锡青铜：主要为接触疲劳失效，与应力循环次数

N

有关灰铸铁及铝铁青铜：主要取决于胶合失效，与滑动速度vs有关24§

三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算25

四。蜗杆的刚度计算26五。蜗杆传动的散热计算(热平衡计算)

1.热平衡计算的目的2.热平衡计算的方法工作温度tI60~70°C27热平衡计算1

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28为什么蜗杆传动要进行热平衡计算？由于涡杆传动的相对滑动速度大，传动效率低，在工作时会产生大量的热。若闭式蜗杆传动的散热条件不足，则使温度升高，润滑油的粘度下降，从而引起润滑油膜破裂，引起润滑失效，导致齿面胶合，所以必须对蜗杆传动进行热平衡计算。29热平衡计算2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）。30热平衡计算3传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器31

7.6蜗杆传动的润滑

一。

润滑油和润滑方式的选择的润滑油牌号、.粘度及给油方法、润滑油量二。蜗杆的布置上置蜗杆,下置蜗杆一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。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32（一）蜗杆结构33蜗轮结构34例：在图示的传动系统中，1，2为锥齿轮；3，4为斜齿轮；5为蜗杆；6为蜗轮，小锥齿轮为主动轮，转向如图所示。为使轴Ⅱ，Ⅲ上传动件的轴向力能相抵消，试在图上画出各轮的转动方向、螺旋线方向及轴向力方向。Fa1Fa2Fa3Fa4Fa5Fa6左旋35例：图示为一手动滑车的蜗杆传动。已知单头蜗杆的模数m=5mm，蜗杆分度圆直径d1=90mm，传动比i=50，起重链轮分度圆直径d3=200mm，驱动链轮分度圆直径d4=300mm，试判断传动能否自锁？并求驱动力F=150N时起重量Q是多少（蜗杆传动当量摩擦系数μv=0.1，忽略链与轴承的摩擦损耗）？36解：自锁验算蜗杆分度圆程角当量摩擦角

满足自锁条件，蜗杆传动能自锁。起重量计算蜗轮轴上阻力矩37蜗杆轴上驱动转矩蜗杆传动啮合效率则38

例：图示为某起重设备的减速装置。已知各轮齿数z1=z2=20，z3=60z4=1，z5=40轮1转向如图所示，卷筒直径D=136mm。试求：

(1)此时重物是上升还是下降？(2)设系统效率=0.68，为使重物上升，施加在轮1上的驱动力矩T1=10N·m，问重物的重量是多少?39⊙Ft4

Fa4

Fr4

Ft5Fr5Fa5n4

解：计算蜗杆的转速在左边1、2、3的周转轮系中以n1的转向为正则蜗杆的转向与轮1相同，向上

对蜗杆传动进行受力分析通过受力分析知道重物上升。从1到5的传动比

40作业1，如图所式为蜗杆传动与锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿轮Z4的转速n（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向（2）在图中标出各轮轴向力的方向。412，手动铰车采用圆柱蜗杆传动，如图，已知m=8、Z1=1、d1=80mm，Z2=40，卷筒直径D=200mm问（1）欲使重物上升1m，蜗杆应转多少转？（2）蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数f′=0.18，改机构能否自锁？（3）若重物W=5KN，手摇时施加的力F=100N，手柄转臂的长度l应是多少？423，为增加蜗杆减速器输出轴的转速，决定用双头蜗杆代替原来的单头蜗杆，问原来的蜗轮是否可以继续使用？为什么？

43答案44Fa4Fa3Fa2Fa1Ft1Ft2Fr2右旋蜗杆45Ft2因为d1=m×q2解：得直径系数

（1）欲使重物W上升1m，设蜗轮的转数为n2

那么蜗杆的转数n1=i×n2由于

（2）由于

又因为摩擦系数f=0.18＞0.1

即γ=5.71°小于摩擦角ρ=10.20°,所以能自锁。46（3）蜗轮的分度圆直径d2