第12章 蜗 杆 传 动

第12章蜗杆传动蜗杆传动的类型和特点

12.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸12.2蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择

12.3蜗杆传动的受力分析12.4蜗杆传动的强度计算12.5蜗杆传动的安装与维护12.7蜗杆传动的效率及热平衡计算

12.612.1蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成（如图12-1所示），用于传递空间两交错轴间的运动和动力。图12-1蜗杆传动常用蜗杆传动类型如下：12.1.1蜗杆传动的类型1．圆柱蜗杆传动（1）普通圆柱蜗杆传动①阿基米德圆柱蜗杆（ZA型）②渐开线圆柱蜗杆（ZI型）③法向直廓圆柱蜗杆（ZN型）（2）圆弧圆柱蜗杆传动（ZC型）图12-2阿基米德圆柱蜗杆图12-3渐开线圆柱蜗杆图12-4法向直廓圆柱蜗杆2．环面蜗杆传动3．锥蜗杆传动图12-5锥面包络圆柱蜗杆图12-6圆弧圆柱蜗杆图12-7环面蜗杆传动图12-8锥蜗杆传动与其他传动相比，蜗杆传动有以下特点。①传动比大。一般动力传动中，i=10～80；在分度机构或手动机构中，i可达300，若主要是传递运动，i可达1000。②工作平稳。由于蜗杆齿为连续不断的螺旋齿，故传动平稳，噪音小。12.1.2蜗杆传动的特点③可以实现自帧。在蜗杆传动中，蜗杆犹如螺杆，蜗杆传动作用力关系也和螺旋传动一样，故蜗杆导程角小于蜗杆副的当量摩擦角时，蜗杆传动就具有自锁性。④效率较低。由于蜗杆与蜗轮齿面间相对滑动速度很大，摩擦与磨损严重，故蜗杆传动效率低。一般为

=0.7～0.9，自锁时

<0.5。因此，在连续工作的闭式传动中，应具有良好的润滑和散热条件。⑤蜗轮材料较贵。为了减磨和抗胶合，蜗轮材料常选用青铜合金制造，成本较高。⑥不能实现互换。由于蜗轮是用与其匹配的蜗杆滚刀加工的，因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换的。蜗杆传动适用于传动比大、传递功率不大且不作长期连续运转的场合。由于普通圆柱蜗杆容易制造且在各种机械中得到广泛应用，故本章仅讨论普通圆柱蜗杆传动。12.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数1．模数m和压力角

mx1=mt2=m x1=t2=12.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸图12-9普通圆柱蜗杆传动的啮合当用滚刀切制蜗轮时，为了减少滚刀的数量，国家标准对每个模数规定了几种蜗杆分度圆直径d1（见表12-1），且

d1=mq

2．蜗杆分度圆直径d1S=z1px3．蜗杆导程角

和蜗轮螺旋角

图12-10蜗杆分度圆上导程角

4．传动比i、蜗杆头数zl和蜗轮齿数z2蜗杆传动参数和尺寸计算以中间平面为基准（见图12-9），计算公式见表12-3。蜗杆传动推荐用的系列值及参数匹配见表12-4。12.2.2普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算1．蜗杆的结构2．蜗轮的结构12.2.3蜗杆、蜗轮的结构图12-11蜗杆轴结

构

形

式特

点（a）整体式当直径小于100mm时，可以用青铜铸成整体；当滑动速度v1≤2m/s时，可用铸铁铸成整体（b）轮箍式青铜轮缘与铸铁轮心通常采用配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉数为6～12（c）螺栓联接式以光制螺栓联接，螺栓孔要同时铰制其配合为

。螺栓数按剪切计算确定，并以轮缘受挤压，校核轮缘材料许用挤压应力

jp=0.3s。s——轮缘材料屈服强度（d）镶铸式青铜轮缘镶铸在铸铁轮心上，并在轮心上预制出榫槽，以防滑动（适用大批量生产）表12-5 蜗杆的典型结构12.3.1蜗杆传动的相对滑动速度vs蜗杆传动中，在蜗杆与蜗轮齿面间会产生很大的滑动速度vs，由图12-12得12.3蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择图12-12蜗杆传动的滑动速度图12-13vs的估值蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。闭式蜗杆传动以胶合为主要失效形式，开式蜗杆传动主要是齿面磨损。对闭式蜗杆传动，一般按齿面接触强度计算，并进行热平衡校核，只有当z>80或蜗轮负变位时，才进行蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核；对于开式蜗杆传动，只需进行齿根弯曲疲劳强度计算。12.3.2蜗杆传动的失效形式及设计准则根据蜗杆传动的失效特点，蜗杆副材料不但应具有足够的强度，而且还应具有良好的减磨性和抗胶合性。实践证明，较理想的蜗杆副材料是磨削淬硬的钢制蜗杆匹配青铜蜗轮。12.3.3蜗杆和蜗轮的材料选择蜗杆常用材料为碳钢或合金钢。高速重载的传动，蜗杆常用低碳合金结构钢（如20Cr、20CrMn、20CrNi和20CrMnTi等）经渗碳淬火，表面硬度可达HRC50～63；中速中载传动，蜗杆常用优质碳素钢或合金结构钢（如45、40Cr、35CrMo和42SiMn等）经表面淬火，表面硬度达到HRC45～55；低速、不重要的传动，可采用45号钢调质处理，硬度达到HBS255～270。常用蜗轮材料有铸造锡青铜、铸造铝铁青铜及灰铸铁等。锡青铜的抗胶合和耐磨性能最好，但价格较贵，用于vs≥5m/s的重要传动；铝铁青铜具有足够的强度，并耐冲击，价格便宜，但胶合及耐磨性能不如锡青铜，一般用于vs≤5m/s的传动中；灰铸铁用于vs≤2m/s的不重要场合。1．许用接触应力[

H]锡青铜的许用接触应力按下式计算12.3.4蜗杆材料的许用应力图12-14滑动速度影响系数Zvs图12-15寿命系数ZN、YN2．许用弯曲应力[

'F]蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动受力分析相似，在不计算摩擦力的情况下，作用在轮齿上的法向力Fn可分解为空间3个互相垂直的分力：圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fx。12.4蜗杆传动的受力分析图12-16蜗杆传动的受力分析12.5.1蜗轮齿面接触疲劳强度计算1．验算公式12.5蜗杆传动的强度计算2．设计公式1．验算公式12.5.2蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算2．设计公式12.6.1蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合时的摩擦损耗、轴承摩擦损耗和搅油损耗，故蜗杆传动的总效率为

=

1

2

312.6蜗杆传动的效率及热平衡计算蜗杆传动效率主要取决于

1，一般

1随

的增大而提高，但

>28°后，

1提高已不明显，而且大导程角的蜗杆制造困难，所以实用为

≤27°。热平衡，是指蜗杆传动单位时间内由摩擦产生的热量H1应小于（或等于）同时间内由箱体表面散发的热量H2，即H1≤H2，从而保证箱体内油温稳定在规定范围。12.7.1蜗杆传动的润滑蜗杆传动一般采用油润滑，常用润滑油牌号为N220、N320、N460或N680号蜗轮油。为提高抗胶合和磨损的能力，蜗杆传动通常选用粘度较大的润滑油。润滑油粘度及润滑方法见表12-11。12.7蜗杆传动的安装与维护