第九章 蜗杆传动

1、第九章第九章 蜗杆传动蜗杆传动 第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 第三节第三节 蜗杆传动精度、失效形式和设计准则蜗杆传动精度、失效形式和设计准则 第四节第四节 蜗杆与蜗轮的材料及结构蜗杆与蜗轮的材料及结构 第五节第五节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 第六节第六节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡蜗杆传动的效率、润滑和热平衡 第七节第七节 蜗杆传动的装配蜗杆传动的装配 【知识目标】【知识目标】了解蜗杆传动的组成、类型、 特点和应用场合。掌握蜗杆传动的基本参 数、正确啮合条件和基本几何尺寸计算

2、； 明确蜗杆传动的失效形式和设计准则。掌 握蜗杆传动的受力分析、强度计算及热平 衡计算。 【能力目标】【能力目标】能计算蜗杆传动的几何尺寸， 能进行蜗杆传动的设计计算，能正确装配 蜗杆传动。 【观察与思考】【观察与思考】 思考这个系统中哪个部分 是工作核心。 思考蜗杆传动是怎样达到 减速目的达到。 观察蜗杆与螺杆、蜗轮与 斜齿轮的异同。 如何安装才能达到减速器 的工作要求？ 蜗杆传动的组成蜗杆传动的组成 ： 动画演示 蜗杆 蜗轮 机架 用以传递空间两交错轴之间的回转运动和动力，通常两 轴交错角为90 。蜗杆传动广泛应用在机床、汽车、仪 器、起重运输机械、冶金机械以及其它机械制造部门中， 最大传

3、动功率可达200kW，通常用在50kW以下 蜗杆形如螺杆，有左旋和右旋、 单头和多头之分 蜗轮形如斜齿轮，但沿齿宽方向 其齿呈凹弧形 一般以蜗杆 为主动件 第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点 1.1.传动比大。传动比大。 传递动力时：i=880；传递运动时：i=1000。 2. 2. 结构紧凑。结构紧凑。 3.3.传动平稳、噪声小。传动平稳、噪声小。 4.4.可制成具有自锁性的蜗杆可制成具有自锁性的蜗杆 当蜗杆的螺旋线升角小 于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性， 即蜗杆只能带动蜗轮转动，而蜗轮不能带动蜗杆 5.5.效率较低。效率

4、较低。一般只有0.70.8，自锁时只有0.4 。 6.6.蜗轮造价较高。蜗轮造价较高。 二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型 1.按蜗杆形式分 圆柱蜗杆传动锥蜗杆传动 环面蜗杆传动 运动演示 （结构） 运动演示 （结构） 运动演示 （结构） 阿基米德蜗杆 （应用最广泛） 2 . 圆柱面蜗杆按螺旋面形状分 (刀具加工位置不同) 渐开线蜗杆 轴向齿廓：直线 端面齿廓：阿基米德螺旋线 加工时刀刃顶平面通过蜗杆轴线 端面：渐开线 加工时刀具的切削刃与基圆相切， 两把刀具分别切出左、右侧螺旋面 3.按蜗杆头数（蜗杆螺旋线的数目）分 单头蜗杆：i，自锁性， 多头蜗杆：相反 4.按旋向分 左旋 右旋 一般采

5、用右旋 第二节第二节 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。 对于阿基米德蜗杆传动，在中间平面上，相当于齿条与齿轮的 啮合传动。所以设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准，并 沿用圆柱齿轮传动的计算关系。 一、一、 蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数及其选择 蜗杆的轴向模数ma1、轴向压力角a1、蜗轮的端面模数 mt2、蜗轮t2、齿顶高系数ha1 * 、顶隙系数ct2*为标准值。 标准模数m：查表； 标准压力角=20o； 标准齿形齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.2； 国家标准规定，蜗杆传动在中间平面

6、上的参数为标准参 数。即： 1.蜗杆传动的标准参蜗杆传动的标准参数 2传动比传动比i、蜗杆头数、蜗杆头数z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z2 当蜗杆转一周时，蜗轮将转z1个齿，即z1/ z2周。所以，蜗 杆传动的传动比传动比为： z z n n i 1 2 2 1 （2）蜗杆头数）蜗杆头数z1： 主要根据传动比和要求的效率来确定，通常为1、2、4、6。 当传动比大于40或要求自锁时，取z1=1；当传递功率较大时， 为提高传动效率、减少能量损失，常取z1=24。蜗杆头数越多， 加工精度越难保证。 （1）传动比）传动比i （3）蜗轮齿数）蜗轮齿数z2： 由z2=i z1计算确定，通常情况下取z2=2880

7、。 若z227时，效率增加较慢，因此一般 取27 初步计算时，蜗杆传动的效率可近似取下列数值：闭式传动， 当z1=1时，= 0.70.75；当z1=2时，= 0.750.82；当z1=4 时，=0.820.92。开式传动，当z1=1、2时，= 0.600.70 二、蜗杆传动的润滑二、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 1.1.闭式蜗杆传动润滑油粘度及给油方法：闭式蜗杆传动润滑油粘度及给油方法： 对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，上置式蜗杆传动的浸油深度约 为蜗轮外径的1/3，下置式蜗杆传动的浸油深度为蜗杆的一个齿高。 2.2.开式蜗杆传动：开式蜗杆传动：常采用粘度较

8、高的齿轮油或润滑脂进行润滑。 三、蜗杆传动热平衡计算三、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 蜗杆传动单位时间的发热量： 11 )1 (1000PQ 经箱体散发热量的相当功率： )( 012 ttAKQ s 达到热平衡时Q1=Q2 )( )1 (1000 1 1 01 tC AK P tt s 式中：传动效率； P1蜗杆传动传递的功率(KW)； Ks散热系数(W/(m2), Ks=1017W/（m2. ），周围通风良好时， 取 偏大值； A散热面积(m2) ； t0环境温度() ，一般取20 ； t1润滑油的工作温度() ； t

9、1 润滑油许用温度() ，一般取7090 如果工作温度超过许用温度，应采取措施： （3）在箱体油池内装蛇形冷却水管； （1）在箱体外表面设置散热片以增加散热面积A； （2）在蜗杆轴上安装风扇以提高表面散热系数； （4）采用循环油冷却。 【例】试设计一由电动机驱动的闭式蜗杆传动。蜗杆输入功率为P1=5.5kW，转速 为n1=1450r/min，传动比i=24，载荷平稳,单向回转，预期使用寿命为17000h，估 计散热面积为A=1.4m2。 解： 蜗杆：因传递的功率不大，查材料表，采用45钢，表面淬火，硬度4555HRC。 （1）选择材料，确定其许用应力 蜗轮：因转速较高，采用抗胶合能力好的材料，

10、查材料表，锡青铜ZCuSn10P1，砂型 铸造。 查许用接触应力表，蜗轮材料的基本许用接触应力H =200 MPa （2）确定蜗杆头数及蜗轮齿数 查表，按传动比i=24，取z1=2，z2=242=48。 （3）确定作用在蜗轮上的转矩 查表，取=0.82，则 1010 56 1 . 72482. 0 1450 5 . 5 55. 9 N.mm iiTT n p 1 1 6 11210 55. 9 （4）按齿面接触疲劳强度计算 取载荷系数K=1.2，则 23111 . 72 . 1 2 10 20048 500500 5 2 2 2 1 2 T z dm K H mm3 查表，选取m2d1=250

11、0.47 mm3，m=6.3mm，d1=63mm，q=10 （5）计算蜗杆导程角 32.11 63 3 . 62 arctanarctan 1 1 。 d z m （6）计算相对滑动速度vs、选择精度等级 sm ndv vs /88. 4 cos100060 14506314. 3 cos100060cos 32.11 111 。 按表9-4，选用8级精度 （8）热平衡计算 取室温t0=20 ，散热系数Ks=15W/（m2. ），则油温为 符合要求。 6720 4 . 115 5 . 5)82. 01 (1000 )1 (1000 0 1 1 t K P t A s 7090 （9）润滑方式选

12、择 查表，得润滑油粘度 C 40 =350(mm2/s)，采用油池润滑 （10）绘制蜗杆、蜗轮零件工作图（略）。 （7）计算主要几何尺寸 分度圆直径 d1=63mm d2=mz2=6.348=302.4mm 中心距 7 .182)4810( 2 3 . 6 )( 2 2 z q m a mm 其余各部分尺寸计算略 第七节第七节 蜗杆传动的装配蜗杆传动的装配 一、蜗杆传动的装配顺序一、蜗杆传动的装配顺序 （1）将蜗轮装配在轴上，装配与检查方法与圆柱齿轮装配相 同，其径向及端面跳动的允许值也与圆柱齿轮的要求相同。 （2）把蜗轮组件装入箱体。 （3）装入蜗杆，蜗杆轴线位置由箱体安装孔保证，蜗轮的轴

13、向位置可通过改变垫圈厚度调整。 二、蜗杆传动装配的技术要求蜗杆传动装配的技术要求 (1)蜗杆轴心线与蜗轮轴心线必须相互垂直，且蜗杆轴心线应 在蜗轮轮齿的对称平面（中间平面）内。 (2)蜗轮与蜗杆之间的中心距要正确，以保证有适当的啮合侧 隙和正确的接触斑点。 (3) 蜗杆传动机构工作时应转动灵活。蜗轮在任意位置时旋转 蜗杆手感应相同，无卡滞现象。 三、蜗杆传动装配后的检查与调整三、蜗杆传动装配后的检查与调整 装 配 时 可 能 产 生 的 偏 差 两轴线的 交角偏差 （ ） o 90 中心距偏差 （ ） aL 蜗轮中间平面 与蜗杆轴线的 偏移 （ ） 0 x f 1. 蜗轮与蜗杆轴线交角和中心距

14、的检查蜗轮与蜗杆轴线交角和中心距的检查 再将摇杆3的一端 套在芯轴2上，而 另一端固定一个 千分表4 然后摆动摇杆使 千分表4与芯轴 上的m和n点相 接触。 如果两轴线互相垂直，则千 分表在m和n点读数应该相同。 当m和n点间的距离为L（mm），而 千分表在两点的读数差值为（ mm） 时，则在1m长度上交角的偏差值（垂 直度）为 f L f f 1000 先在蜗杆与蜗轮 轴的位置上各装 上检验芯轴1和2 方法一：用千分表检查 不能超过交角极限偏差不能超过交角极限偏差 1. 蜗轮与蜗杆轴线交角和中心距的检查蜗轮与蜗杆轴线交角和中心距的检查 方法2用样板检查 先装上检验芯轴1 和2以及具有测点 m

15、和n的样板3 用塞尺测量两测点 与芯轴1之间的间隙 值，就可以检查出 交角偏差 用塞尺测出K值，则两 轴之间的中心距 2 D Kha 用内径千分尺来测量 内径 ，此时中心距 2 dD Ha 2. 蜗轮中间平面偏移量的检查蜗轮中间平面偏移量的检查 将样板的一边轮流紧靠在 蜗轮两侧的端面上，然后 用塞尺测量样板与蜗杆之 间的间隙，若两侧所测 得的间隙值相等，则说明 蜗轮中间平面没有偏移， 即装配正确。 先将钢丝线挂在蜗杆 上，然后用塞尺或其 他测量工具测量钢丝 线与蜗轮两侧端面之 间的间隙 3.啮合侧隙的检查 用千分表直接测量蜗轮的侧隙 千分表的量头直接 接触在蜗轮轮齿表 面，并与齿面相垂 直，然后使蜗杆固 定不动，微微地左 右转动蜗轮，便可 以从千分表上直接 读出蜗轮与蜗杆齿 面之间的啮合侧隙 4.啮合接触面积的检查啮合接触面积的检查 检查时，先在蜗杆的工作面上涂上薄薄的一层颜色， 然后使之与蜗轮啮合，并慢慢地正反转动蜗杆数次， 这时，在蜗轮的齿面上就有斑点 5.转动灵活性检查转动灵活性检查 蜗杆传动装配完毕后，需检查其转动的灵活度，是蜗轮处于任 何位置时，旋转蜗杆所需的力矩大致相同。 为保