蜗杆传动的效率课件

第十七章蜗杆传动§17.1蜗杆传动的类型和特点§17.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算§17.3蜗杆传动的失效形式和计算

蜗杆传动的材料和结构§17.4蜗杆传动的强度计算

蜗杆传动的效率、润滑及热平衡

普通圆柱蜗杆传动的精度等级

常用各类齿轮传动的选择概述蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚。概述17.1蜗杆传动的类型和特点

蜗杆传动用来传递空间两交错轴之间的运动和动力,一般两轴交角为90°蜗杆主动、蜗轮从动蜗杆蜗轮蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆7-2蜗杆传动的类型1、按蜗杆的外形分类圆柱蜗杆传动

环面蜗杆

锥蜗杆

2按其齿廓的曲线分

阿基米德蜗杆传动(ZA型)

阿基米德蜗杆又称为轴向直齿廓蜗杆，这种蜗杆切削时的刀具切削平面通过蜗杆轴线，所切出的蜗杆齿廓在轴面内为直线；在与轴线垂直的平面内，为阿基米德螺旋线。该类型蜗杆具有加工、测量简单、方便等优点；单齿面不便于磨削，不宜采用硬齿面，传动效率低，只是用于低速轻载的传动中。a)单刀加工（当导程角γ≤3°时）b)双刀加工（当导程角γ＞3°时）渐开线蜗杆传动(ZI型)

渐开线蜗杆是使刀具切削平面通过蜗杆基圆的切平面时，所切出的蜗杆。其齿廓在基圆的切平面内为直线，而齿廓与垂直于蜗杆轴线的平面交线为渐开线。这种蜗杆可用滚刀滚铣，也可进行磨削。因而，制造精度较高，也可采用硬齿面。适用于批量生产、大功率、高速传动的场合。二、蜗杆传动的特点1.蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。2.传动平稳、噪声小。3.可制成具有自锁性的蜗杆。4.蜗杆传动的主要缺点是效率较低。5.涡轮的造价较高。通常在滚齿机上用蜗轮滚刀或飞刀加工成形17.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算

参数和尺寸均在中间平面内确定一、蜗杆传动的主要参数及其选择1.蜗杆的头数z1就是蜗杆螺旋线的数目，一般取1、2、4

较少的蜗杆头数可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。2.蜗轮的齿数z2通常取z2=28~80蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆头数z1=1~4：单头：i大，易自锁，效率低，精度高。多头：η↑，但加工困难，精度降低。一头两个头三个头为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿，但若z2过大蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小。蜗轮齿数z2常在28~80范围内选取。蜗轮齿数：3.传动比i注意：蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数有关，而不等于分度圆直径之比。4.模数m和压力角α蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即：

ma1=mt2=m

aa1=at2=20°正确啮合条件模数m和压力角α

通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。在中间平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。（如图9-5）图9-5

蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内的参数和几何关系为标准。在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角。规定中间平面上的模数和压力角为标准值，则:阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件

当轴交错角∑=90°时，还必须让蜗杆的导程角γ与蜗轮的螺旋角β

在中间平面，即蜗杆轴向平面与蜗轮中间平面的m和压力角相等且为标准值。（见表9-1）5.蜗杆螺旋线升角（导程角）λ导程：蜗杆螺旋线有左、右旋之分，一般为右旋。通常λ=3.5°~27°蜗杆分度圆柱上的导程角γ蜗杆螺旋线的导程为：螺旋升角与导程的关系：通常蜗杆螺旋线的升角，升角小时传动效率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的车削加工困难。6.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q直径d1与模数m的比值称为蜗杆的直径系数。（已标准化）

当模数一定时，q值越小，d1越小，升角越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。7.中心距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蜗杆传动的几何尺寸计算17.3蜗杆传动的失效形式和计算准则

一、蜗杆传动的失效形式1.齿面间相对滑动速度v；2.齿轮的失效形式；失效常发生于蜗轮的轮齿上主要失效形式为：胶合、磨损、齿面点蚀

主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失效是齿面胶合和过度磨损。蜗杆传动的失效形式二、蜗杆传动的计算准则1.对于闭式涡轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。2.对于开式涡轮传动，或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数Z2大于90时，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。3.由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效。（1）开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则。（2）闭式传动：主要失效是胶合、磨损和点蚀。

设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，另计算热平衡和蜗杆刚度。设计准则:一、蜗杆传动的材料1.为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。2.高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。3.低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。4.蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。蜗杆传动的材料和结构

二、蜗杆、涡轮的结构1.蜗杆的结构蜗杆常和轴做成一个整体。★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。蜗杆、蜗轮的结构2.蜗轮的结构齿圈式整体式蜗轮的结构镶铸式螺栓连接式17.4蜗杆传动的强度计算

一、蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。Ft2Ft1Fx2Fx1Fr1Fr2T2n2n1T1力的大小

圆周力

轴向力

径向力

蜗杆传动的受力分析蜗杆传动受力方向判断蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。蜗杆传动受力方向判断蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。径向力=径向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。径向力=径向力周向力=轴向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。径向力=径向力周向力=轴向力周向力=轴向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。从动轮转向径向力=径向力周向力=轴向力周向力=轴向力Ft——主反从同

Fr——指向各自的轴线

Fa1——蜗杆左右手螺旋定则

轴向力

径向力圆周力

蜗轮转向的判别：Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向判定蜗轮转向例1

判定蜗轮转向例2二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度的校核公式为

：适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮涡轮齿面接触疲劳强度的设计公式为三、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算涡轮齿根弯曲强度的校核公式为：设计公式为：四、蜗轮材料的许用应力1.蜗轮材料的许用应力[σH]蜗轮材料的许用应力[σH]由材料的抗失效能力决定。其计算公式为2.蜗轮的许用弯曲应力[σF]蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算

一、蜗杆传动的效率η1——计及啮合摩擦损耗的效率；η2——计及轴承摩擦损耗的效率；η3——计及溅油损耗的效率；η1是对总效率影响最大的因素二、蜗杆传动的润滑润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。三、蜗杆传动的热平衡计算闭式蜗杆传动应进行热平衡计算传动消耗于摩擦而变为热量的功率为：经箱体表面散发的热量的相当功率为：蜗杆传动的热平衡条件为：得：Ks—箱体表面的散热系数，可取Ks

(10~17)W/(m2•℃)；A

——箱体的可散热面积(m2)；t1——润滑油的工作温度(℃)；一般

t0——环境温度(℃)。蜗杆传动的散热方式：增加散热面积（加散热片）；安装风扇；冷却水管；压力喷油润滑。蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护普通圆柱蜗杆传动规定了1~12个精度等级★1级精度最高，12级为最低，6~9级精度应用最多★6级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度v2≥5m/s★7级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速度v2≥7.5m/s★8级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v2≥3m/s★9级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构蜗杆传动安装★蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。★为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。★蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。【例】设计一运输机的闭式蜗杆传动，已知蜗杆输入功率P1

=5.5kW，蜗杆转速n1=960r/min，传动比i=25，载荷平稳，单向回转，预期使用寿命15000h，通风良好。常用各类齿轮传动的选择一、各类齿轮传动性能的比较二、传动类型的选择在选择传动类型时应考虑以下几个方面1.传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮