1、第11章 蜗杆传动,内容,内容,内容,内容,内容,11.1 概述,11.1.1 概述,蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力,蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件，通常交错角为90。蜗杆传动广泛用于各种机械和仪表中，常用作减速，仅少数机械，如离心机，内燃机增压器等，蜗轮为主动件，用于增速。蜗杆的形状象个圆柱形螺纹，蜗轮形状象斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好地啮合,蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称右旋蜗杆 左旋蜗杆 单多头蜗杆 为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转
2、一周，蜗轮转过两个齿。依此类推，设蜗杆头数为（一般），蜗轮齿数为、则传动比i为：式中： 分别是蜗杆，蜗轮的转速，r/min,11.1.2 蜗杆传动的类型 11.1.3 普通圆柱蜗杆传动 11.1.4 蜗杆传动的特点,11.1.2 蜗杆传动的类型,按蜗杆形式分类,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,11.1.3 普通圆柱蜗杆传动,根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为,阿基米德蜗杆(ZA螺杆) 和 渐开线蜗杆（ZI螺杆）,1. 阿基米德蜗杆(ZA螺杆）,这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线 的平面（即端面）上，齿廓为 阿基米德螺旋线，在包含轴线 的平面上的齿廓（即轴向齿廓） 为直线。,阿基米德,2. 渐开线蜗
3、杆（ZI螺杆）,这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相当于一个 少齿数、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。,11.1.4 蜗杆传动的特点,1、传动比大,2、连续啮合，传动平稳,3、具有自锁性,4、效率较低,5、蜗轮齿圈常用比较贵重的青铜制造,11.2 圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸,11.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择,11.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择 11.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,普通圆柱蜗杆传动的 主要参数有： （1）模数m和压力角 （2）传动比i，蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 （3）蜗杆的直径系数q和导程角 （4）齿面间滑动速度vs （5）中心距a,中间平面：
4、 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。 所以在设计蜗杆传动时，均取中间平面上的参数（如模数、压力角等）,（1）模数m和压力角,蜗杆和蜗轮啮合时， 在中间平面上，蜗杆的轴向模数、 压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即,蜗杆传动正确啮合的条件,普通蜗杆传动 对于交错角为90度的蜗杆传动：,方向相同,蜗杆蜗轮的标准模数m,ZA蜗杆的轴向压力角a为标准值（20），其余三种（ZN、ZI、ZK）蜗杆的法向压力角n为标准值（20），,蜗杆分度圆上的和蜗轮分度圆上的角,（2）传动比i，蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2,设蜗杆头数为z1,蜗轮齿数为z2,蜗杆传动的传动比：,蜗杆的头数z1的
5、选择,单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低。 蜗杆的头数过多，会给加工带来困难。,蜗轮齿数z2的选择,一般以蜗轮齿数z2多为宜，但对于动力传动，z2一般不大于80。 当蜗杆传动用于分度时，z2的选择可以不受限制。,表12-2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的荐用值,主要根据传动比来确定。,（3）蜗杆的直径系数q和导程角,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 同样尺寸的蜗轮滚刀来加工配对的蜗轮。为了限制蜗轮滚刀的数目 ，并便于滚刀的标准化，对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分 度圆直径d1,蜗杆的直径系数,蜗杆加工,蜗轮加工,见书中，表12-1,蜗杆的直径系数q,导程角,（
6、4）齿面间滑动速度vs,11.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,（5）中心距a,注意：,圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算见表11-3 P165,与直齿轮类似，不过ha*=1 c*=0.2,设计蜗杆传动时，一般是先根据传动的功用和传动比的要求， 选择蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，然后再按强度计算确定模数m 和蜗杆直径系数q,11.2 圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸,小结,1. 圆柱蜗杆传动的主要参数（直径系数q） 2. 圆柱蜗杆正确啮合条件,问题,1. 在蜗杆传动中引入蜗杆特性系数q的目的是_,（1）便于蜗杆尺寸参数的计算 （2）容易实现蜗杆传动中心距的标准化 （3）减小蜗轮滚刀的型号，有利于刀具标准化
7、,2. 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数，则传动效率_,（1）降低（2）提高（3）不变 （4）可能提高，可能降低,11.3蜗杆的失效形式、材料和结构,11.3.1 蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损等。由于蜗杆传动在齿面间有较大的相对滑动，产生热量，使润滑油温度升高而变稀，润滑条件变坏，增大了胶合的可能性。在闭式传动中，主要的失效形式是胶合；在开式传动中，主要的失效形式是磨损。,11.3.2 蜗杆传动的常用材料在蜗杆传动中，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。蜗杆材料常用碳钢或合金钢制成。蜗轮材料常用铸造锡青铜、铸造
8、铝铁青铜及灰铸铁等。,11.3.3 蜗杆和蜗轮的结构,蜗杆的结构设计,蜗轮的结构设计,11.4 蜗杆传动的强度计算,蜗杆传动的受力分析和斜齿圆柱齿轮传动相似。 在进行蜗杆传动的受力分析时，通常不考虑摩擦力的影响。,Fr1=Fa1tg,T2T1i,轴向力的方向判别,1. 蜗杆传动的受力分析,按齿面接触疲劳强度设计,校核齿根弯曲疲劳强度,计算热平衡,蜗杆刚度,2. 失效形式，设计准则及常用材料,齿面胶合,过度磨损,闭式传动：,蜗轮,3. 齿面接触疲劳强度设计,钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮（齿圈） 接触强度验算公式,设计公式,例： 查表 有：z12 m10mm d190mm q9,由表12-1确定模数和
9、 蜗杆分度圆直径,4. 许用齿面接触应力,表12-4,表12-5,取蜗轮材料的许用接触应力进行设计,锡青铜蜗轮的 许用接触应力,铝青铜及铸铁蜗轮的 许用接触应力,滑动速度有关,11.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,1. 蜗杆传动的效率,蜗杆传动设计时，可根据蜗杆头数估取传动效率,Z1 1， 2， 4 效率 0.70.75， 0.750.82， 0.870.92,（1）啮合摩擦损耗 （2）轴承摩擦损耗 （3）浸入油池中的零件搅油时的溅油损耗,由于轴承摩擦及溅油这两项功率损耗不大，一般取0.950.97， 则总效率为,闭式,开式,效率,0.600.70,或查机械设计手册,2）降低温升，防止磨损和胶合,目的：1）提高效率；,2. 蜗杆传动的润滑,可参考齿轮润滑选择,3. 蜗杆传动热平衡计算,润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。,效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降,原因,设蜗杆传动功率为P（ K W）,效率为,蜗杆传动单位时间的发热量为,自然冷却方式，单位时间散热量为,t箱体表面散热系数,A 箱体散热面积,t 油的工作温度,t0环境温度,达到热平衡时,可得到热平衡时的温度,如 t 90时措施（1）增加散热面积（2）提高表面传热系数,1 加散热片以增大散热面积,2 蜗杆轴端加风扇，强制风冷却,3 在传动箱内安装循环冷却管路,
