8机械传动-蜗杆传动

蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的主要参数和几何尺寸蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的效率与热平衡计算第八章

蜗杆传动8.1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°，如右图所示。蜗杆传动由蜗杆与蜗轮组成。一般为蜗杆主动、蜗轮从动，具有自锁性，作减速运动。蜗杆传动广泛应用与各种机械和仪器设备之中。蜗杆传动一.

蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动二.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。一般传动比i=10-40，最大可达80。若只传递运动（如分度运动），其传动比可达

1000。2、传动平稳、噪音小。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、蜗轮的造价较高。蜗杆传动的特点和应用8.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸一、蜗杆传动的主要参数及其选择规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。1.模数和压力角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。2.蜗杆分度圆直径d1及蜗杆直径系数q蜗杆分度圆螺旋导程角Z1、q已知时，导程角即为定值。蜗杆的头数Z1和蜗轮的齿数Z2可参考表。蜗杆传动传动比i i=n1/n2=Z2/Z1蜗杆传动的中心距aa=(d1+d2)/2=m(q+Z2)/2二、蜗杆传动的几何尺寸计算8.3

蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似。由于材料和结构的原因,蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度,所以失效常发生在蜗轮轮齿上。蜗轮传动中由于蜗杆与蜗轮齿面间的相对滑动速度较大,效率低,摩擦发热大,因此其主要失效形式是蜗轮齿面的胶合、点蚀和磨损。二、常用材料由蜗杆传动的失效分析可知,蜗杆、蜗轮的材料要具有优良的减摩性、耐磨性和抗胶合性能,并具有足够的强度。常用的蜗轮材料有:铸锡青铜

ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5,适用于滑动速度较高的重要传动；铸铝青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和ZCuAl10Fe3,其抗胶合能力虽比锡青铜差,但强度较高,价格便宜,一般用于滑动速度小于10m/s的场合；滑动速度小于2

m/s时,可用灰铸铁。蜗杆材料主要为碳钢和合金钢。为了防止变形,常对蜗轮进行时效处理。常用的蜗杆、蜗轮配对材料见表。蜗轮常用材料的许用接触应力见表和表。蜗杆、蜗轮配对材料8.4

蜗杆传动的强度计算二、蜗杆传动的受力分析1、蜗轮转向的确定2、轮齿上的作用力n1d1P

Ft1Fr1Fn

n

Fa1d2分度圆柱面n2PFt2Fa2Fr2Ft1Ft1n1d1Fa1n2Fr2Ft2Fr1Fa1Fa2Ft1n1(a)(b)(c)P蜗杆传动受力分析力的大小计算如下:

211a

2t1Ft1

Fr

2

Ft

2

tan

d

2T2Fa1

Ft

2

Fd2TF

二、强度计算1)蜗轮齿面接触强度的计算蜗杆传动可以近似地看作齿条与斜齿轮的啮合传动,因此以赫兹应力公式为基础,考虑蜗杆和蜗轮齿廓特点,可推出齿面接触疲劳强度的校核公式和设计公式。校核公式:HH

d

d

2

m2d

d

21

2

1

2KT2

KT2

500

5002)蜗轮轮齿弯曲疲劳强度的计算蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力,大都超过齿面点蚀和热平衡计算所限制的承载能力,因此,一般不进行弯曲强度计算。只有在少数情况下,如在强烈冲击的传动中或蜗轮采用脆性材料时,计算其弯曲强度才有意义。需要计算时可参考有关书籍。8.5

蜗杆传动的效率与热平衡计算一、蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动的总效率包括三部分:轮齿啮合摩擦损失效率、轴承摩擦损失效率及零件搅动润滑油飞溅损失效率。其中最主要的是啮合摩擦损失效率,其大小可近似用螺旋传动的效率公式计算。后两项功率损失不大,其效率一般为0.95~0.97。因此,蜗杆主动时,蜗杆传动的总效率为tan(

v

)

(0.95

~0.97)

tan

式中,γ为蜗杆导程角；ρv为当量摩擦角,可根据滑动速度vs由表查取。蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角ρv蜗杆传动的总效率η2.

蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动相对滑动速度大,发热量大,若不及时散热,则会导致润滑不良而使轮齿磨损加剧,甚至产生胶合,因此,对闭式蜗杆传动应进行热平衡计算。蜗杆传动转化为热能所消耗的功率Ps为Ps=1000(1-η)P1经箱体散发热量的相当功率Pc为Pc=ksA(t1-t0)达到平衡时,

Ps=Pc,

因此可得到热平衡时润滑油的工作温度t1的计算公式:101k

Ass

t

t

t

1000P

(1

)普通蜗杆传动的箱体散热面积A,可用下式估算：

a

1.75A

0.33

100

式中,a为中心距,单位为mm。散热措施如果润滑油的工作温度