1、第7章 蜗杆传动,71 蜗杆传动的类型及特点,一、蜗杆传动的类型,1、按蜗杆形式分类,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆,锥蜗杆,2 普通圆柱蜗杆按刀具加工位置分,阿基米德蜗杆(ZA),法向直廓蜗杆(ZN),渐开线蜗杆(ZI),二、蜗杆传动的特点,1、传动比大，传递动力时一般为870 ，传递运动时可达几百甚至1000,2、连续啮合，传动平稳,3、具有自锁性 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时,4、效率较低。自锁时，效率50,三、蜗杆传动应用范围,传动要求紧凑，自锁，功率小于50场合,2、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q,蜗杆加工,蜗轮加工,直径系数,3、蜗杆头数Z1,72 普通圆柱蜗杆传动的主要参
2、数及几何尺寸计算,一、主要参数及其选择,1、模数m和压力角,GB/T100851988规定蜗杆的头数1为1、2、4、6，由传动比和效率来确定，参考表73,4、导程角,5、传动比 i 和齿数比 u,导程角小，则传动效率低，易自锁；导程角大， 则传动效率高，但加工困难，国标规定 导程角多数在30310之间,6、蜗轮齿数Z2,7、标准中心距 a,齿数Z2 不宜过大，否则尺寸大，蜗杆支承间距加大，刚度差,由于a、m、q、z1均有相应的系列值和标准值，传动比也可以标准化，/T100871988规定一级圆柱蜗杆装置可以从下列数值中选取 5，7.5，10，12.5，15，20，25，30，35，40，50，
3、60，70，80,中心距 a 大小反映能够传递功率的大小，/T100851988规定了标准蜗杆减速装置的中心距值，表74,u常用为1550，为便于提高蜗杆副加工精度，齿数比宜避免整数,齿数Z2 満足传动比要求，同时保证蜗杆传动的平稳性和效率,当传动为减速传动时，i=n1/n2=z2/z1=u,二、蜗杆传动变位的特点,变位的目的,蜗轮变位,1）中心距改变 ，Z2不变， ，传动比i12不变,2）中心距不变， Z2改变,三、蜗杆传动的几何尺寸计算,表75 蜗轮顶圆直径da2、蜗轮根圆直径df2，蜗轮齿宽B，蜗轮齿宽角，蜗杆齿宽b1等,蜗轮变位系数的推荐范围-0.5+0.5,如从接触强度考虑，采用正变
4、位系数好，如从改善蜗杆传动的摩擦磨损考虑，采用负变位较好。在GB/T10085-1998中，大部分采用负变位,73 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算,一、失效形式，设计准则及常用材料,闭式传动：蜗杆传动多因点蚀或胶合失效,设计准则：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,失效形式与齿轮传动相同：点蚀、胶合、磨损、轮齿拆断 失效一般发生在蜗轮齿,开式传动：蜗杆传动多因齿面摩损和轮齿折断失效,设计准则：按齿面弯曲疲劳强度设计,蜗杆、蜗轮常用材料,蜗杆：优质碳钢或合金钢 ，蜗杆齿面经渗碳淬火或调质后渗氮，再磨削或抛光,40、45、40Cr,蜗轮：,铸造锡青铜，铸造铝铁青铜，
5、灰铸铁，球墨铸铁,要求：1）足够的强度2）良好的减摩、耐磨性3）良好的抗胶合性、易跑合性,表76蜗杆常用材料、热处理,蜗杆蜗轮配对：蜗轮用铸造铝铁青铜时，蜗杆的材料应选用硬齿面的淬火钢,实验证明：在蜗杆齿面粗糙度满足要求的前提下，蜗杆、蜗轮齿面硬度相差越大，抗胶合能力越强，故蜗杆硬度高于蜗轮,二、蜗杆传动的受力分析,力的大小,圆周力,轴向力,径向力,Ft主反从同,力的方向和蜗轮转向的判别,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2,三、蜗杆传动的强度计算,1、蜗轮齿面接触
6、疲劳强度计算,按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算,校核公式,ZE材料的弹性系数表79,ZP接触系数，根据d1/a查图710,（1）当蜗轮材料为铸造锡青铜时 ,许用应力 与循环次数有关,基本许用接触应力，表7-10,接触强度寿命系数,当i=7020时，d1/a0.30.4，当i=205时，d1/a0.40.5,当i小时，取大的d1/a值，此时蜗杆的刚度和承载能力增大，但导程角小，效率降低；如要提高效率，取小的d1/a,（2）当蜗轮材料为铸造铝铁青铜或灰铸铁时 ,许用应力 与循环次数无关，表711,见书p253,设计公式,定m , q（表7-2）,2、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,主平面内相当于齿
7、条与斜齿轮啮合,YFa2 蜗轮齿形系数,蜗轮基本许用应力，表7-12,及变位系数从图711查, 螺旋角影响系数,寿命系数,设计公式,参考表7-2定m、d1 再按表75计算蜗杆及轮的参数,四、蜗杆的刚度计算,计算模型：,简支梁,集中载荷：,蜗杆最大挠度：,L=0.9d2 d2蜗轮分度圆直径,74 蜗杆传动的滑动速度及效率,一、蜗杆传动的滑动速度,V1 蜗杆节点圆周速度,V2蜗轮节点圆周速度,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 表78示,二、蜗杆传动的效率,由啮合摩擦损耗所决定的效
8、率 （按螺旋副效率计算）,轴承的效率,蜗杆或蜗轮搅油引起的效率, 当量摩擦角 查表7-8,蜗杆传动设计时，需先知道传动效率可根据蜗杆头数估取传动效率,Z1 1， 2， 4， 6效率 0.7， 0.8， 0.9， 0.95,蜗杆主动,蜗轮主动,从上式中看出， 与 有关，见图79,一般小于280,或,75 蜗杆传动的润滑及热平衡计算,一、蜗杆传动的润滑,目的：1）提高效率；,2）降低温升，防止磨损和胶合,1、润滑油粘度及给油方法表7-14,2、润滑油量,浸油深度,二、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,润滑油要求：较高的粘度和足
9、够的极压性 推荐使用复合齿轮油、适宜的中等级极压齿轮油，不重要或低速场合用粘度较高的矿物油，为减小胶合，加入添加剂,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,Kd箱体表面散热系数 ，取8.1517.45/m2 0C,风冷时见表713,S 箱体散热面积 ，9X10-5a1.88m2,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 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,三、蜗杆的布置,上置：当蜗杆的速度大于45m/s时（避免搅油损失过大）p260图7-12,下置：当采用浸油润滑时尽量下置,下置时尽量至少为一个齿高，但不能超过最低滚动体的中心。,76 普通圆柱蜗杆、蜗轮的结构设计,1、蜗杆一般与轴成一体,2、蜗轮,轮齿部分青铜,轮毂部分钢,齿圈式,螺栓联接式,整体浇铸式,拼铸式,
