蜗杆传动专业知识讲座

蜗杆传动用于传递空间交织两轴之间运动和动力，交织角普通为90°。§6-1蜗杆传动概述1、传动比大，普通i=10~80，最大可达1000；2、传动平稳，兼有斜齿轮与螺旋传动优点。一、蜗杆传动特点3、可实现反行程自锁(用于提升机构)；蜗杆——1、2、4传递动力时：i=8~100（惯用15~50）传递运动时：i=几百~上千（单头，η↓）齿轮——z1>174、结构紧凑、重量轻、噪音小。从中间平面剖开，类似螺旋与斜齿轮传动蜗杆传动专业知识讲座第1页缺点：1、制造成本高，加工困难。2、滑动速度vs大。3、效率η低。4、蜗轮需用珍贵减摩材料。蜗杆传动专业知识讲座第2页二、蜗杆传动类型圆柱蜗杆传动圆弧面蜗杆传动圆锥蜗杆传动蜗杆传动专业知识讲座第3页三、蜗杆传动精度等级分为12个精度等级，惯用6～9级，精度等级选择参见表6－1。2、按蜗杆头数分单头蜗杆：i↑，自锁性↑，η↓多头蜗杆：相反3、按旋向分左旋普通采取右旋右旋12个等级用于动力传动：6~9级用于测量分度：5级或以上蜗杆传动专业知识讲座第4页§6-2普通圆柱蜗杆主要参数与几何尺寸1、

模数m和压力角a在主平面内，蜗杆和蜗轮模数相等且为标准值，ma1=mt2=20°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6-2。主平面：经过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直平面是蜗杆轴面是蜗轮端面蜗杆、蜗轮参数和尺寸大多在主平面内确定。即：q=d1／m=Z1/tgrd1与模数m

比值称为蜗杆直径系数q。是导出值，不一定为整数一、蜗杆传动主要参数主平面β蜗杆传动专业知识讲座第5页蜗杆传动参数与尺寸24、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z23、

蜗杆导程角gz1↑→g↑→效率η↑，但加工困难;正确啮合条件：ma1=mt2γ1＝β2（蜗轮、蜗杆旋向相同）αa1=αt2z1↓→传动比i↑，但传动效率η↓。常取，z1＝1，2，4。可依据传动比选取，见表6－3。

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，降低蜗杆弯曲刚度。普通取z2＝29～70。

d1γ蜗杆传动专业知识讲座第6页5、

传动比i6、

中心距

变位：即加工蜗轮时，改变刀具位置，而蜗杆相当于刀具。所以只是蜗轮变位，而蜗杆不变位，即蜗轮尺寸改变，蜗杆尺寸不变。变位以后，蜗杆节圆改变，而蜗轮节圆永远与分度圆重合。变位目标：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(d1=qm≠z1m)(d2=z2m)二、蜗杆传动几何参数计算见图6－7蜗杆传动专业知识讲座第7页蜗杆传动专业知识讲座第8页§6-3圆柱蜗杆失效、设计准则和材料结构一、失效形式、设计准则和惯用材料1、主要失效形式：蜗轮齿面点蚀、胶合、磨损和断齿等。按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计，确定尺寸；再校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度。因为散热较差，发烧大，为预防胶合，还应进行热平衡计算；2、

设计准则（蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上）闭式传动：通常只对蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行设计。开式传动：蜗杆传动专业知识讲座第9页适合用于齿面滑动速度较高传动。蜗杆惯用材料为碳钢和合金钢。蜗轮惯用材料：≤4m/s场所。（抗胶合能力差）≤2m/s场所。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）见表6-53、

惯用材料灰铸铁：铝青铜：锡青铜：蜗杆传动专业知识讲座第10页二、蜗杆结构因为蜗杆直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），以下列图。

无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制方法。（上图）

有退刀槽，螺旋部分可用车制也可用铣制，但该结构刚度较前一个差。当蜗杆直径较大时，能够将轴与蜗杆分开制作。蜗杆传动专业知识讲座第11页蜗杆和蜗轮结构2为了减摩需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节约铜材，当蜗轮直径较大时，采取组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。惯用蜗轮结构形式以下：整体式蜗轮配合式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮

组合式蜗轮三、蜗轮结构蜗杆传动专业知识讲座第12页受力分析一、蜗杆传动受力分析轮齿所受法向力Fn，可分解为：切向力Ft

、径向力Fr

、轴向力Fa。式中：α

n－蜗轮法向压力角，T2－蜗轮工作转矩，§6-4圆柱蜗杆传动强度计算1、名义工作载荷蜗杆传动专业知识讲座第13页方向判定：1、蜗轮转向已知：n1、旋向→n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2→n22、各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：※n2n13、旋向判定∵蜗轮与蜗杆旋向相同。v2蜗杆传动专业知识讲座第14页右旋求蜗杆旋向？Fa1求蜗杆转向？练习蜗杆传动专业知识讲座第15页K－载荷系数，KA－工作情况系数，见表6-7；－动载荷系数；－齿向载荷分布系数；2、计算载荷：齿面接触线单位长度上载荷－最小接触线长度；蜗杆传动专业知识讲座第16页二、普通圆柱蜗杆传动承载能力计算1、

蜗轮齿面接触疲劳强度计算以节点为计算点，按赫兹公式，计算齿面接触应力σH

。校核式：≤式中：d1、d2-蜗杆、蜗轮分度圆直径； T2－蜗轮工作转矩（N.mm)；－蜗轮许用接触应力（MPa)，见表6－8。设计式：≥（6-12）将d1＝mq和d2＝mz2代入校核式整理得：（6-11）目标：预防“点蚀”。蜗杆传动专业知识讲座第17页2、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目标：预防“疲劳断齿”蜗轮轮齿形状复杂，将其近似简化为斜齿圆柱齿轮。校核式：≤式中：YF－蜗轮齿形系数，按当量齿数查表6-9；－蜗杆导程角系数，－蜗轮许用弯曲应力（MPa)见表6－8

。设计式：≥（6-14）蜗杆传动专业知识讲座第18页一、蜗杆传动效率式中：

Z1↑→γ↑→η↑其中：g

－蜗杆导程角；′－当量摩擦角，见表6-11。§6-5蜗杆传动效率、润滑和温升计算─啮合效率；─轴承效率；─考虑搅油损耗效率；蜗杆传动专业知识讲座第19页蜗杆传动润滑二、蜗杆传动润滑目标：减摩、散热。普通依据相对滑动速度选择润滑油粘度和给油方法，见表6-13。蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径1/3。

给油方法油池润滑喷油润滑三、蜗杆传动温升

因为η

低，运转中产生热量多，造成温度升高（粘度降低），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。蜗杆传动专业知识讲座第20页

即：a－传动中心距有散热装置时：要求：t0－环境温度(℃),通常取

t1＝

20℃摩擦产生热量散发热量热平衡：在单位时间内，摩擦产生热量等与散发热量。普通2~3h后β－指数；散热好1.85，散热差1.8A

－箱体散热面积(m2)，可按下式近似计算，式中：P1－传动输入功率（kW)；Ki－散热系数，普通取Ki＝(12~18)W/(m2•℃)；t1－润滑油工作温度(℃)

;

蜗杆传动专业知识讲座第21页热平衡计算2蜗杆传动散热办法：自然冷却热平衡温度过高时，可采取以下办法：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（图6-12）。3、在油池内安装冷却水管。（图6-13）4、采取压力喷油循环润滑（安装散热器）。蜗杆