1、第六章 蜗杆传动,6-1 蜗杆传动概述,6-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸,6-4 蜗杆传动的强度计算,6-3 蜗杆的失效、设计准则及材料结构,6-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡,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。,6-1 蜗杆传动概述,1、传动比大，一般 i =1080，最大可达1000；,2、传动平稳，兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。,一、蜗杆传动的特点,3、可实现反行程自锁(用于提升机构)；,蜗杆1、2、4,传递动力时：i=8100（常用1550） 传递运动时：i=几百上千（单头，）,齿轮z117,4、结构紧凑、重量轻、噪音小。,从中间平面剖开， 类似螺旋与
2、斜齿轮的传动,缺点：,1、制造成本高，加工困难。,2、滑动速度vs大。,3、效率低。,4、蜗轮需用贵重的减摩材料。,二、蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,圆弧面蜗杆传动,圆锥蜗杆传动,三、蜗杆传动的精度等级,分为12个精度等级，常用69级，精度等级的选择参见表61。,2、按蜗杆头数分,多头蜗杆：相反,3、按旋向分,一般采用右旋,右旋,12个等级,用于测量分度：5级或以上,6-2 普通圆柱蜗杆的主要参数与几何尺寸,1、 模数 m 和压力角a,在主平面内，蜗杆和蜗轮的模数相等且为标准值， ma1= mt2 = 20,2、蜗杆分度圆直径 d1 和直径系数 q,蜗杆分度圆直径 d1 为标准值，见表6-2。
3、,主平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面,蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在主平面内确定。,即：q = d1m=Z1/tgr,d1与模数 m 的比值称为蜗杆直径系数 q。,一、蜗杆传动的主要参数,蜗杆传动的参数与尺寸2,4、蜗杆的头数 z1、蜗轮齿数 z2,3、 蜗杆的导程角 g,z1 g 效率 ，但加工困难;,正确啮合条件：,z1 传动比 i，但传动效率 。,常取，z11，2，4。可根据传动比选取，见表63。,z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差；如 z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。一般 取 z22970。,5、 传动比 i,6、 中心距,变
4、位：即加工蜗轮时，改变刀具的位置，而蜗杆相当于刀具。因此只是蜗轮变位，而蜗杆不变位，即蜗轮尺寸变化，蜗杆尺寸不变。变位以后，蜗杆的节圆改变，而蜗轮的节圆永远与分度圆重合。,变位的目的：调整中心距和传动比,调整中心距所需变位系数：,常取 0.5x0.5,( d1= q m z1m) ( d2= z2 m ),二、蜗杆传动的几何参数计算,见图67,6-3 圆柱蜗杆的失效、设计准则和材料结构,一、失效形式、设计准则和常用材料,1、主要失效形式： 蜗轮齿面的点蚀、胶合、磨损和断齿等。,按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计，确定尺寸； 再校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。由于散热较差，发热大，为防止胶合，还应进行
5、热平衡计算；,2、 设计准则（蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上）,闭式传动：,通常只对蜗轮的齿根弯曲疲劳强度进行设计。,开式传动：,适用于齿面滑动速度 较高的传动。,蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。, 4 m/s 的场合。（抗胶合能力差）, 2 m/s 的场合。,（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）,见表6-5,3、 常用材料,灰铸铁：,铝青铜：,锡青铜：,二、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），如下图。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。（上图）,有退刀槽，螺旋部分可用车制也可用铣制，但该结构刚度较前一种差。,当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,蜗杆
6、和蜗轮的结构2,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：,组合式蜗轮,三、蜗轮的结构,受力分析,一、蜗杆传动的受力分析,轮齿所受的法向力Fn，可分解为：切向力Ft 、径向力Fr 、轴向力Fa。,式中： n蜗轮的法向压力角，,T2蜗轮的工作转矩，,6-4 圆柱蜗杆传动的强度计算,1、名义工作载荷,方向判定：,1、蜗轮转向,已知：n1、旋向n2,左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2n2,2、各分力方向,Fr：指向各自轮心,蜗杆与n1反向,蜗轮与n2同向,蜗杆：左、右手定则,蜗轮：,3、
7、旋向判定,右旋,求蜗杆的旋向？,求蜗杆的转向？,练 习,K载荷系数，,KA 工作情况系数，见表6-7；,动载荷系数；,齿向载荷分布系数；,2、计算载荷：齿面接触线单位长度上的载荷,最小接触线长度；,二、普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算,1、 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,以节点为计算点，按赫兹公式，计算齿面接触应力 H 。,校核式：,式中： d1、d2 - 蜗杆、蜗轮的分度圆直径；T2蜗轮的工作转矩（N.mm)；,蜗轮的许用接触应力（MPa)，见表68 。,设计式：,（6-12）,将 d1mq 和 d2mz2 代入校核式整理得：,（6-11）,目的：防止“点蚀”。,2、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,目的
8、：防止“疲劳断齿”,蜗轮轮齿形状复杂，将其近似简化为斜齿圆柱齿轮。,校核式：,式中：YF 蜗轮齿形系数，按当量齿数 查表6-9；,蜗杆导程角系数，,蜗轮的许用弯曲应力（MPa)见表68 。,设计式：,（6-14）,一、蜗杆传动的效率,式中：,Z1,其中：g 蜗杆的导程角；,当量摩擦角，见表6-11。,6-5 蜗杆传动的效率、润滑和温升计算,啮合效率；,轴承的效率；,考虑搅油损耗的效率；,蜗杆传动的润滑,二、蜗杆传动的润滑,目的：减摩、散热。,一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法，见表6-13。,蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。,三、
9、蜗杆传动的温升,由于 低，运转中产生热量多，导致温度升高（粘度降低），破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合。,为控制温升，需进行热平衡计算。,即：,a传动的中心距,有散热装置时：,要求：,t0环境温度(), 通常取 t1 20 ,热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。,一般23h后,指数；散热好1.85，散热差1.8,A 箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算，,式中：P1传动的输入功率（kW)；,Ki散热系数，一般取 Ki ( 12 18 ) W/(m2)；,t1润滑油的工作温度() ;,热平衡计算2,蜗杆传动的散热措施：,自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：,1、在箱体外表面加散热片以增大散热面积。,2、在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通（图6-12）。,3、在油池内安装冷却水管。 （图6-13）,4、采用压力喷油循环润滑（安装散热器）。,热平衡计算3,传动箱内装循环冷却水管路,传动箱外装循环冷却器,
