1、第九章蜗杆传动 9 1概述 9 2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 9 3蜗杆传动的强度计算 9 4蜗杆传动的效率 润滑和热平衡计算 9 5蜗杆蜗轮的常用材料及结构 9 6普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护 9 1概述 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成 一般蜗杆为主动件 用于传递交错轴间的回转运动和动力 通常两轴交错角 为90 概述 一 蜗杆传动的类型 1 按蜗杆的外形分类 圆柱蜗杆传动 环面蜗杆 锥蜗杆 2按其齿廓的曲线分 BACK 1 传动比大 结构紧凑 动力传动i 7 80 2 传动平稳 连续的螺旋齿 逐渐进入啮合和退出 故冲击小 噪声低 3 可自锁 升角小于当量摩擦角时 4 传动效率低 滑
2、动速度大 摩擦与磨损严重 但新型蜗杆的传动效率已可达90 以上 5 制造成本较高为了减摩耐磨 通常蜗轮齿圈需要用贵重的青铜等材料制造 蜗杆则采取淬硬后磨削工艺 因此制造成本较高 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 二 蜗杆传动的特点和应用 蜗杆传动与齿轮传动相比 具有以下特点 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 9 2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 一 蜗杆主要参数及其选择 1 模数m和压力角 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面 在中间平面上 蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮
3、合 如图9 5 图9 5 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 根据正确啮合条件 蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数 蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角 规定中间平面上的模数和压力角为标准值 则 阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件 当轴交错角 90 时 还必须让蜗杆的导程角 与蜗轮的螺旋角 在中间平面 即蜗杆轴向平面与蜗轮中间平面的m和压力角 相等且为标准值 见表9 1 2 蜗杆分度圆柱上的导程角 蜗杆螺旋线的导程为 螺旋升角与导程的关系 通常蜗杆螺旋线的升角 升角小时传动效率低 但可实现自锁 升角大时传动效率高 但蜗
4、杆的车削加工困难 3 蜗杆分度圆直径d1 蜗杆的分度圆直径 由 当模数一定时 q值越小 d1越小 升角越大 传动效率越高 但蜗杆的刚度和强度降低 得 已标准化 直径系数 4 蜗杆头数z1 传动比i 和蜗轮齿数z2 蜗杆头数z1 1 4 单头 i大 易自锁 效率低 精度高 多头 但加工困难 精度降低 一头 两个头 三个头 传动比 注意 蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数有关 而不等于分度圆直径之比 为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿 但若z2过大蜗轮直径增加 相应蜗杆越长 刚度越小 蜗轮齿数z2常在28 80范围内选取 蜗轮齿数 二 蜗杆与蜗轮的转向关系 当已知蜗杆的旋向和转动方向时
5、 可根据螺旋副的运动规律 用 左右手法则 来确定蜗轮的转动方向 如下图所示具体方法为四指沿着蜗杆转动方向弯曲 则拇指伸直的指向就是就是蜗杆在啮合点C所受圆周力 BACK 主要有点蚀 齿根折断 齿面胶合和磨损 最常见失效是齿面胶合和过度磨损 1 开式传动 主要失效是齿面磨损和轮齿折断 设计准则 按齿根弯曲疲劳强度为设计准则 2 闭式传动 主要失效是胶合 磨损和点蚀 设计准则 按齿面接触疲劳强度设计 再校核齿根弯曲疲劳强度 另计算热平衡和蜗杆刚度 11 3 2设计准则 一 蜗杆传动的失效形式 9 3蜗杆传动的强度计算 二 蜗杆传动的设计准则 由于目前对胶合和磨损的计算尚无成熟的方法 故仍按齿面接触
6、强度和齿根弯曲疲劳强度进行条件性计算 只在许用应力数值中适当考虑胶合和磨损的影响 对闭式蜗杆传动 一般按齿面接触强度设计 按齿根弯曲疲劳强度校核 并进行热平衡校核 对于开式蜗杆传动 只按弯曲疲劳强度校核 蜗杆通常为细长轴 过大的弯曲变形将导致啮合区接触不良 因此 当蜗杆轴的支撑跨距较大时 应该校核其刚度是否足够 力的大小 圆周力 轴向力 径向力 三 蜗杆传动的受力分析 按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算 校核公式 锡青铜 主要为接触疲劳失效 查 表9 4 灰铸铁及铝铁青铜 主要取决于胶合失效 与滑动速度vs有关 查 表9 5 设计公式 定m q 表9 1 一 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 四
7、蜗杆传动的强度计算 三 蜗杆 蜗轮的结构 齿圈式 整体式 蜗轮的结构 镶铸式 螺栓连接式 Ft 主反从同 Fr 指向各自的轴线 Fa1 蜗杆左右手螺旋定则 轴向力 径向力 圆周力 蜗轮转向的判别 Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向 判定蜗轮转向例1 判定蜗轮转向例2 BACK vs 蜗杆蜗轮间齿面滑动速度 m s v1 蜗杆分度圆圆周速度 m s 蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs 较大的VS引起 1 易发生齿面磨损和胶合 2 如润滑条件良好 有助于形成润滑油膜 减少摩擦 磨损 提高传动效率 一 蜗杆传动的滑动速度 9 4蜗杆传动的效率 润滑及热平衡计算 由啮合摩擦损耗所决定的效率 轴承的效率
8、蜗杆或蜗轮搅油引起的效率 当量摩擦角查表9 8 蜗杆传动设计时 可根据蜗杆头数估取传动效率 Z11 2 4 6效率0 7 0 8 0 9 0 95 二 蜗杆传动的效率 一 蜗杆传动的效率 二 蜗杆传动的润滑 见第二章第三节 三 蜗杆传动的热平衡计算 原因 效率低 发热大 温升高 润滑油粘度下降润滑油在齿面间被稀释 加剧磨损和胶合 设蜗杆传动功率为P KW 效率为 自然冷却方式 单位时间散热量为 达到热平衡时 可得到热平衡时的温度 如t 80 时措施 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 BACK 9 5蜗杆蜗轮常用材料及结构 一 蜗杆传动的材料
9、针对蜗杆传动的齿面间有较大的相对滑动 较易出现胶合和磨损的特点 要求蜗杆蜗轮的材料组合不仅要求有足够的强度 还要求具有良好的减摩耐磨性和抗胶合能性能 一 蜗杆材料蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造 二 蜗轮材料常用的蜗轮材料为铸锡青铜 例如ZCuSn10Pb1 ZCuSn5Pb5Zn5 其抗胶合 减摩及耐磨性能都较好 但价格较贵 因此用于滑动速度较高的场合 二 蜗杆 蜗轮的结构 齿圈式 整体式 蜗轮的结构 镶铸式 螺栓连接式 BACK 9 6普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护 一 精度选择 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大 所以制造精度对传动的影响比齿轮传动更显著 因此在同样场合下 应采用较高的精度 蜗杆传动规定了12级精度 二 蜗杆传动的安装与维护 一 蜗杆 蜗轮的安装调整 在蜗杆传动中 蜗杆中心线位于中间平面上 蜗杆与蜗轮中心距应准确 在装配时 应仔细调整蜗轮的轴向位置 否则难以正确啮合 齿面会在短时间内严重磨损 二 蜗杆传动的跑合和试运转 蜗杆传动装配后 须经跑合 以使齿面接触良好 跑和时采用低速运转 通常 逐步加载至额定载荷 跑和1h 5h 若发现蜗杆齿面上粘有青铜 应立即停车 用细砂纸打去 在继续跑合 跑和好以后 应清洗全部零件 换新润滑油 并把此时蜗轮与蜗杆的相对轴向位置打上标记 便于以后拆装时配对和调整到位 BACK
