机械设计基础第七章 蜗杆传动

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第七章蜗杆传动7.1蜗杆传动的特点和类型7.1.1蜗杆传动的特点及应用

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中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。

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与齿轮传动相比较，蜗杆传动的特点：1单级传动比大(10~80),结构紧凑。2传动平稳，噪声小3可实现自锁(蜗杆导程角γ当量摩擦角ρv)4传动效率低(η=0.7~0.8)5成本高7.1.2蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动

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环面蜗杆传动

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圆柱蜗杆传动

{

普通圆柱蜗杆传动(直线刀刃加工)圆弧圆柱蜗杆传动(凸圆弧刀刃加工)

根据齿面形状不同，普通圆柱蜗杆分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆和法向直廓蜗杆阿基米德蜗杆的加工：车制阿基米德蜗杆时,刀具切削刃的平面通过蜗杆轴线。蜗杆齿形在通过蜗杆轴线的截面内为侧边呈直线的齿条齿形,在垂直于蜗杆轴线的截面内为阿基米德螺旋线。

ρ=aθ(a为常数)

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蜗轮的加工

与蜗杆相啮合的蜗轮一般是在滚齿机上用蜗轮滚刀切制的。滚刀形状和尺寸必需和与被加工蜗轮相啮合的蜗杆相当,只是滚刀外径要比实际蜗杆大2倍顶隙。蜗轮在中间平面上的齿形是渐开线齿形。渐开线蜗杆的齿形：在垂直于蜗杆轴线的截面内为渐开线,在通过蜗杆轴线的截面内为凸廓曲线。阿基米德蜗杆难于磨削渐开线蜗杆和法向直廓蜗杆可以磨削

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蜗杆有左、右旋之分，常用右旋蜗杆蜗杆可分为单头蜗杆(一条螺旋线,即Z1=1)、双头蜗杆(两条螺旋线Z1=2,)和多头蜗杆(Z1=4、6等),寻常取Z1=1、2或4。对于动力传动，常按7、8、9级精度制造7级精度适用于υ2≤7.5m/s,8级精度适用于υ2≤3m/s,9级精度适用于υ2≤1.5m/s本章以阿基米德蜗杆传动为例，探讨普通圆柱蜗杆传动的设计计算问题。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蜗杆传动的设计计算以中间平面的参数为基准

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1.模数m和压力角α在中间平面内,蜗杆的轴面模数和压力角应与蜗轮的端面模数和压力角分别相等,且等于标准值。

ma1=mt2=m

αa1=αt2=α标准压力角

α=20

o

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2.蜗杆分度圆直径d1、蜗杆导程角γ及蜗轮螺.旋角β蜗杆分度圆柱：齿厚与齿槽宽相等的圆柱。直径为d1

为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1

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模数m、蜗杆分度圆直径d表7.1模数、蜗杆分度圆直径1及m2d1值(摘自GB10085-88)md1m2d1md1m2d1118182.5(22.4)28(35.5)45140175221.92815(40)3

1.252031.2520.4353.15(28)277.835.5(45)352.55566.3(63)90(50)63

1.62051.22871.68

2(18)22.4(28)35.57289.64112142

56446.5

(31.5)

504

40

(50)8008

711136

640

m/mmd1/mmmd1/mm2

50

(80)2500444512.5

112(62)31754032

80537616

(100)6400

1408960

100012501575225010(71)16090(112)

1985

m/mmd1/mmmd1/mm23

(90)

112

(140)

200(112)140

(180)

250

1.90001120016000

14062175002187531250

28672358404608064000

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蜗杆分度圆柱上的导程角(蜗杆导程角)γ:蜗杆导程角蜗杆分度圆柱螺旋线上任一点的切线与垂直于蜗杆轴线的平面之间所夹的锐角

tgγ=z1Pa1/πd1=z1m/d1

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当两轴的交织角为900时：γ=β2正确啮合条件

ma1=mt2=m

αa1=αt2=α

γ=β2

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3传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2n1Z2传动比i==n2Z1蜗杆头数Z1:Z1,易自锁，i大，效率低。Z1过多加工困难蜗杆头数Z1寻常取为：1,2,4,6蜗轮齿数Z2=iZ1,一般取Z2=26~80蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值传动比i=z2/z1蜗杆头数z1蜗轮齿数5~6630~367~13428~5214~27228~5428~401,228~80401

z2

i

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4齿面间相对滑动速度υs相对滑动速度沿蜗杆轮齿螺旋线方向υ122υs=υ1+υ2=cosγπd1n1=601000cosγ当润滑、散热等条件不良时,会使齿面产生磨损和胶合；

υs大，

而当具备良好的润滑条件、特别是能形成油膜时,υs大有助于形成油膜,减少摩擦、磨损,提高传动效率和承载能力。

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5中心距a中心距计算公式

a=(d1+d2)/2≠m(z1+z2)/27.2.2普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算

h=1*a

c=0.2*

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名称分度圆直径中心距齿顶圆直径齿根圆直径蜗轮最大外圆直径蜗轮齿顶圆弧半径蜗轮齿根圆弧半径蜗轮轮缘宽度蜗杆分度圆柱上导程角

符号dadadfde2Ra2Rf2bγp

蜗杆d1a=(d1+d2)/2da1=d1+2mdf1=d1-2.4m

蜗轮d2=mz2

喉圆da2=d2+2mdf2=d2-2.4mde2=da2+(1~2)mRa2=df1/2+0.2mRf2=da1/2+0.2mz1≤3时，b≤0.75da1z1=4时，b≤0.67da1

γ=arctan(z1m/d1)P=πmz1=1、2时，L≥(11+0.06z2)m;z2=4时，L≥(12.5+0.09z2)m;磨削蜗杆加长量：当m10(mm)时，加长25(mm)当m=10~16(mm)时，加长35~40(mm)

蜗杆螺旋部分长度

L

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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、磨损和轮齿折断，而且失效寻常发生在蜗轮轮齿上。由于相对滑动速度大，胶合和磨损比齿轮更简单发生。

7.3.1设计准则对闭式传动其主要失效形式为点蚀、胶合和磨损，但由于目前对胶合和磨损的计算还缺乏可靠的方法和数据,且胶合和磨损与齿面接触应力有关，因此,寻常按齿面接触疲乏强度条件计算蜗杆传动的承载能力。并进行热平衡计算,必要时要对蜗杆轴进行强度和刚度计算。一般不需计算蜗轮轮齿的弯曲强

度。

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开式蜗杆传动中，多发生齿面磨损和轮齿折断，因此只按齿根弯曲疲乏强度进行设计。7.3.3蜗杆和蜗轮材料的选择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、易跑和及抗胶合性能。蜗杆一般用碳素钢或合金钢制成，要求齿面光亮并具有较高的硬度。对于高速重载:蜗杆常用淬火热处理，得到硬齿面一般状况：蜗杆用碳素钢调质处理，得到软齿面。在低速或手摇传动中，蜗杆也可不经热处理。

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蜗轮材料：铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁铸造锡磷青铜(ZCuSn10P1):减摩性、耐磨性最好，抗胶合能力最强