项目八 蜗杆传动

项目八蜗杆传动任务一起重机械中蜗杆传动的认识

通过蜗杆传动机构的大传动比减速，使蜗轮的工作转速降低，蜗轮带动升降机实现货物的上下运输。如果将蜗杆传动设计成具有自锁特性，还可以起到安全保护的作用。

蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90°。其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆的齿廓形状不同。蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；重合度大；承载能力和效率较高。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）锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）

普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆）圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动一、蜗杆传动的类型本项目主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。蜗杆传动的类型1)能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比i=5～80；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。

2)在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。

3)当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。

4)蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。二、蜗杆传动的特点主要用于中小功率，间断工作的场合。常用于减速装置。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。任务二蜗杆传动基本参数和尺寸的计算

在中间平面上，普通圆柱蜗杆传动就相当于齿条与齿轮的啮合传动。故在设计蜗杆传动时，均取中间平面上的参数(如模数、压力角等)和尺寸(如齿顶圆、分度圆等)为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。普通圆柱蜗杆传动

普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及蜗杆的直径d1等。进行蜗杆传动的设计时，首先要正确地选择参数。

1.模数m和压力角α

蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，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ZA蜗杆的轴向压力角αa为标准值(20°)，其余三种(ZN、ZI、ZK)蜗杆的法向压力角为标准值(20°)，蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为γ为导程角一、蜗杆传动的基本参数2.蜗杆的分度圆直径d1

在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆具有同样尺寸的蜗轮滚刀来加工与其配对的蜗轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就得有一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。显然，这样很不经济。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径，而把比值

称为蜗杆的直径系数。d1与q已有标准值，常用的标准模数m和蜗杆分度圆直径d1及直径系数q见表<普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配>。如果采用非标准滚刀或飞刀切制蜗轮，d1与q值可不受标准的限制。3.蜗杆头数z1

蜗杆头数z1可根据要求的传动比和效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低。如要提高效率，应增加蜗杆的头数。但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆头数取为l、2、4、6。4.导程角γ

蜗杆的直径系数q和蜗杆头数z1选定之后，蜗杆分度圆柱上的导程角γ也就确定了。由图<导程角与导程的关系>可知，pa为蜗杆轴向齿距d1γ5.传动比i和齿数比u

传动比齿数比

当蜗杆为主动时

式中n1,n2分别为蜗杆和蜗轮的转速，r/min;z2为蜗轮的齿数。6.蜗轮齿数z2

蜗轮齿数z2主要根据传动比来确定。

通常规定z2大于28。

对于动力传动，z2一般不大于80。

z1、z2的荐用值见下表<蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的荐用值>（具体选择时应考虑表<普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配>中的匹配关系）。当设计非标准和分度传动时，z2的选择可不受限制。7.蜗杆传动的标准中心距a

蜗杆传动的标准中心距为a＝0.5(d1+d2)=0.5(q+z2)m

普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数列于表<普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配>。设计普通圆柱蜗杆减速装置时，在按接触强度和弯曲强度确定了中心距a或后，一般应按表中的数据确定蜗杆与蜗轮的尺寸和参数，并按表中的值予以匹配。二、蜗杆传动的几何尺寸计算

蜗杆传动的几何尺寸及计算公式见下图及表<普通圆柱蜗杆传动基本几何尺寸计算关系式>、表<蜗轮宽度顶圆直径及蜗杆齿宽的计算公式>。

普通圆柱蜗杆传动基本几何尺寸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例1有一阿基米德蜗杆传动，已知传动比i=18，蜗杆头数Z1=2，直径系数q=10，分度圆直径d1=80mm。试求：1）模数m、蜗杆分度圆柱导程角、蜗轮齿数Z2及分度圆柱螺旋角β；2）蜗轮的分度圆直径d2和蜗杆传动中心距α。公式参考表8-3模数m=8mm导程角γ=11°蜗轮齿数Z2=36分度圆柱螺旋角β=11°蜗轮的分度圆直径d2=288mm蜗杆传动中心距α=184mm任务三蜗杆传动的承载能力的分析一、蜗杆传动的失效形式和设计准则

由于材料、轮齿结构等因素，蜗杆螺旋齿的强度比蜗轮轮齿的强度高，因此，蜗杆传动失效通常发生在蜗轮轮齿上，故一般只对蜗轮轮齿进行强度计算。

闭式传动中，蜗杆副主要失效为齿面胶合和点蚀。通常按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。由于闭式传动散热比较困难，还需作热平衡计算。

开式传动中，蜗杆副主要失效为齿面磨损和轮齿折断。只需按齿根弯曲疲劳强度进行计算。二、蜗杆传动的材料和许用应力

根据蜗杆传动的失效形式，要求蜗杆和蜗轮的材料应具有较高的强度，良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性能。1.蜗杆

蜗杆一般采用碳钢或合金钢制造。

对于高速重载蜗杆常用20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火至58~63HRC；或者采用45、40Cr等表面淬火至40~55HRC；不太重要的蜗杆，可采用40或45钢等，经调质处理至220~250HBW。蜗轮一般采用青铜或铸铁制造。

对滑动速度vs≥3m/s的重要传动，可采用耐磨性好的铸造锡青铜（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等；

对滑动速度vs≤3m/s的传动，采用耐磨性稍差，价格便宜的铸铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）；

对于滑动速度vs＜2m/s，要求不高时，可采用灰铸铁（HT150、HT200）。2.蜗轮3.蜗杆的结构由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴）。

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。当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。4.蜗轮的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮组合式蜗轮5.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。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三、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。右旋蜗杆左旋蜗杆以左手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指的指向为啮合点处蜗轮的线速度反方向。左手规则右手规则以右手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指的指向为啮合点处蜗轮的线速度反方向。蜗杆的转向大小方向圆周力与相反轴向力左右手