第八章蜗杆传动

1、第八章第八章 其它齿轮传动其它齿轮传动 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 v一、蜗杆传动的特点和应用一、蜗杆传动的特点和应用 蜗杆传动是用来传递空间两交错轴之间运动和动力，通常蜗杆传动是用来传递空间两交错轴之间运动和动力，通常取其交错角取其交错角=90=90。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆锥面包络圆柱蜗杆法向直廓蜗杆锥面包络圆柱蜗杆其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而

2、成的的车刀切制而成的。其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；润滑油膜形成，传动效率较高；同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10(10360)360)；承；承载能力和效率较高；可节约有色金属。载能力和效率较高；可节约有色金属。 二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动 第二节第

3、二节 蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆（阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）蜗杆） 车制此蜗杆时，使刀刃顶平面通过蜗杆轴线。在轴向剖面车制此蜗杆时，使刀刃顶平面通过蜗杆轴线。在轴向剖面III I内具有梯形齿条形的直齿廓，在法向剖面内具有梯形齿条形的直齿廓，在法向剖面NNNN内齿廓外凸；在内齿廓外凸；在垂直于轴线的截面（端面）上，齿廓曲线为阿基米德螺旋线。垂直于轴线的截面（端面）上，齿廓曲线为阿基米德螺旋线。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 法面直廓蜗杆（法面直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆） 车制该蜗杆时，将刀刃顶平面置于螺旋面的法面车制该蜗杆时，将刀刃顶平面置于螺旋面的法面NNNN内，切制内，切制出的蜗杆法面齿廓

4、为直线，端面齿廓为延伸渐开线。出的蜗杆法面齿廓为直线，端面齿廓为延伸渐开线。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 渐开线蜗杆（渐开线蜗杆（ZI蜗杆）蜗杆） 加工该蜗杆时，将刀刃顶平面与基圆柱相切，在切于基圆柱加工该蜗杆时，将刀刃顶平面与基圆柱相切，在切于基圆柱的剖面内，齿廓一侧为直线，另一侧为外凸曲线，而其端面齿的剖面内，齿廓一侧为直线，另一侧为外凸曲线，而其端面齿廓是渐开线，齿面为渐开螺旋面。廓是渐开线，齿面为渐开螺旋面。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 锥面包络圆柱蜗杆（锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）蜗杆） 采用直母线双锥面盘铣刀（或砂轮）等放置蜗杆齿槽内加工制采用直母线双锥面盘铣刀（或砂轮）等

5、放置蜗杆齿槽内加工制成，齿面是圆锥面族的包络面成，齿面是圆锥面族的包络面 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点 结构紧凑、传动比大。结构紧凑、传动比大。 传动平稳，振动小、传动平稳，振动小、噪声低；噪声低； 可实现反向自锁，具可实现反向自锁，具有自锁性。有自锁性。 摩擦损失大，效率低。摩擦损失大，效率低。 蜗轮材料贵重，成本蜗轮材料贵重，成本高；高； 安装时对中心距的尺安装时对中心距的尺寸精度要求较高。寸精度要求较高。 蜗杆传动常用于传动功率在蜗杆传动常用于传动功率在50kW50kW以下，以下，滑动速度在滑动速度在1515m/s以下的机器设备中。以下的机器设备中。 第二

6、节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 v三、蜗杆传动的正确啮合条件三、蜗杆传动的正确啮合条件v 阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮啮合时，在过蜗杆轴线阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮啮合时，在过蜗杆轴线而垂直于蜗轮轴线的中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮而垂直于蜗轮轴线的中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相当于直齿廓齿条与渐开线齿轮的啮合。合相当于直齿廓齿条与渐开线齿轮的啮合。规定：蜗杆蜗轮机构以中间平面内的参数为标准值。规定：蜗杆蜗轮机构以中间平面内的参数为标准值。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆蜗轮正确啮合条件为：中间平面内蜗杆与蜗轮蜗杆蜗轮正确啮合条件为：中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等。即蜗杆的轴面模数和压的模数和

7、压力角分别相等。即蜗杆的轴面模数和压力角分别等于蜗轮的端面模数和压力角，且都等于力角分别等于蜗轮的端面模数和压力角，且都等于标准值，蜗杆的导程角与蜗轮的螺旋角大小相等，标准值，蜗杆的导程角与蜗轮的螺旋角大小相等，旋向相同。旋向相同。 mx1=mt2=mx1=t2=1=2模数为标准参数，蜗杆和蜗轮压力角的标准值模数为标准参数，蜗杆和蜗轮压力角的标准值2020。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 四、蜗杆传动的基本参数四、蜗杆传动的基本参数 11111xz pztgmdd 主要参数有：模数主要参数有：模数m、压力角、压力角、分度圆直径、分度圆直径d1、直径系数、直径系数q、蜗杆的导程角蜗杆的导程角、

8、蜗杆头数、蜗杆头数z z1、蜗轮齿数、蜗轮齿数z z2、传动比、传动比i 等。等。1. 蜗杆的导程角蜗杆的导程角的大小与效率及加工工艺的大小与效率及加工工艺性有关。性有关。 大，效率高，但大，效率高，但加工较困难；加工较困难； 小，效率低，小，效率低，但加工方便。当但加工方便。当 28，用加大用加大来提高效率效果不来提高效率效果不明显；而当明显；而当 330时，时，具有自锁性。具有自锁性。常用导程角常用导程角 3.53.5 2727 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 2蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d1和直径系数和直径系数q11zdmmqtg 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的

9、，由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径目的标准蜗杆分度圆直径d d1 1。tan/1zq 令令为蜗杆的直径系数为蜗杆的直径系数mqd 1当当m一定时，一定时，d1值大，值大，q也大。当也大。当z1一定时，一定时，q值值大，大， 则小，而则小，而值小，蜗杆传动的效率就低。值小，蜗杆传动的效率就低。又因又因 m、 d1已标准化，已标准化，q便为导出量，不一定是便为导出量，不一定是整数。整数。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 3蜗杆头数蜗杆头数z1和蜗轮齿

10、数和蜗轮齿数z2122112zznni一般取一般取z z1 1=1=16 6，z z2 2=28=288080蜗杆头数蜗杆头数z1与蜗轮齿数与蜗轮齿数z2的荐用值的荐用值 传动比传动比 i5871615323083蜗杆头数蜗杆头数 Z16421蜗轮齿数蜗轮齿数Z2 2931296129612982 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 五、蜗杆传动的几何尺寸计算五、蜗杆传动的几何尺寸计算2222mzzmdt1222() 2addm qz 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 六、蜗杆蜗轮旋向和转向的判别六、蜗杆蜗轮旋向和转向的判别 蜗轮的转向可根据蜗轮的转向可根据左、右手定左、右手定则则判定，即左旋用左手

11、、右旋用判定，即左旋用左手、右旋用右手环握蜗杆轴线，弯曲的四指右手环握蜗杆轴线，弯曲的四指顺着齿轮的转向，拇指指向的反顺着齿轮的转向，拇指指向的反方向即为与蜗杆齿相啮合的蜗轮方向即为与蜗杆齿相啮合的蜗轮齿接触点的运动方向。齿接触点的运动方向。 如果已知蜗杆及蜗轮的转向，如果已知蜗杆及蜗轮的转向，也可以用左、右手定则来判定蜗也可以用左、右手定则来判定蜗杆蜗轮旋向。杆蜗轮旋向。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆蜗轮旋向和转向的判别蜗杆蜗轮旋向和转向的判别 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 v 七、蜗杆传动的失效形式、计算准则及材料选择七、蜗杆传动的失效形式、计算准

12、则及材料选择 失效形式失效形式:点蚀、轮齿折断、磨损及胶合失效等。点蚀、轮齿折断、磨损及胶合失效等。 蜗杆蜗轮啮合传动时，齿廓间沿蜗杆齿面螺旋蜗杆蜗轮啮合传动时，齿廓间沿蜗杆齿面螺旋线方向有较大的滑动速度线方向有较大的滑动速度 ，其大小为，其大小为svsincos21vvvs式中式中 蜗杆分度圆上的圆周速度蜗杆分度圆上的圆周速度 （ms）；）； 蜗轮分度圆上的圆周速度蜗轮分度圆上的圆周速度 （ms ）；）； 蜗杆的导程角。蜗杆的导程角。1v2v 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 由于蜗杆传动啮合齿面间的相对滑动速度大，效率低，由于蜗杆传动啮合齿面间的相对滑动速度大，效率低，发热量大，故更易发生磨

13、损和胶合失效发热量大，故更易发生磨损和胶合失效. 蜗轮蜗轮无论在材料的强度或结构方面均较蜗杆弱，所以失效无论在材料的强度或结构方面均较蜗杆弱，所以失效多发生在蜗轮轮齿上，设计时一般只需对多发生在蜗轮轮齿上，设计时一般只需对蜗轮蜗轮进行承载能力进行承载能力计算。计算。 设计计算准则：设计计算准则：同圆柱齿轮同圆柱齿轮设计计算思路：设计计算思路：开式蜗杆传动：开式蜗杆传动：保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。闭式蜗杆传动：闭式蜗杆传动：保证齿面接触疲劳强度进行设计，校核齿根弯保证齿面接触疲劳强度进行设计，校核齿根弯曲疲劳强度。因闭式蜗杆传动散热较困难，故需进行热平衡计曲疲劳

14、强度。因闭式蜗杆传动散热较困难，故需进行热平衡计算。而当蜗杆轴细长且支承跨距大时，还应进行蜗杆轴的刚度算。而当蜗杆轴细长且支承跨距大时，还应进行蜗杆轴的刚度计算。计算。 v 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆蜗杆高速重载高速重载低速中载低速中载低碳合金钢低碳合金钢+ +渗碳淬火渗碳淬火中碳钢或中碳合金钢中碳钢或中碳合金钢+ +表面淬火表面淬火中碳钢中碳钢+ +调质调质蜗轮蜗轮vs33 m/s 重要传动重要传动vs4 m/s 一般传动一般传动vs2 m/s 不重要传动不重要传动铸造锡青铜铸造锡青铜铸造铝铁青铜铸造铝铁青铜灰铸铁灰铸铁常用材料常用材料: 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 2蜗杆传动

15、的结构蜗杆传动的结构 蜗杆的结构蜗杆的结构蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。的刚度较前一种差。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 蜗轮的结构蜗轮的结构 为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，为了减摩的需要，蜗轮通

16、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。用铸铁或碳素钢。整体浇注式整体浇注式齿圈压配式齿圈压配式拼铸式拼铸式螺栓联接式螺栓联接式 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 3蜗杆传动的精度蜗杆传动的精度 蜗杆和蜗杆传动规定了蜗杆和蜗杆传动规定了1212个精度等级，第个精度等级，第1 1级的精度最高，级的精度最高，第第1212级的精度最低。级的精度最低。对于动力蜗杆传动，一般按照对于动力蜗杆传动，一般按照6 69 9级精度制造。级精度制造。 6 6级精度的传动可用于中等精密机床的分度机构和发动

17、级精度的传动可用于中等精密机床的分度机构和发动机调节系统的传动。机调节系统的传动。7 7级精度可用于中等精度的运输机及中等功率的蜗杆传动。级精度可用于中等精度的运输机及中等功率的蜗杆传动。 8 8级精度可用于圆周速度较低，每天只有短时间工作的级精度可用于圆周速度较低，每天只有短时间工作的次要传动。次要传动。9 9级精度只能用于不重要的低速传动及手动传动。级精度只能用于不重要的低速传动及手动传动。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 v八、普通圆柱蜗杆传动的受力分析八、普通圆柱蜗杆传动的受力分析 11a2t12dTFF蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮

18、的受力分析相同，轮齿法向载荷齿法向载荷F Fn n可分解为径向载荷可分解为径向载荷F Fr r、周向载荷、周向载荷F Ft t、轴向载荷、轴向载荷F Fa a。1 1力的大小力的大小 22t2a12dTFFtant2r2r1FFF2 2力的方向力的方向 蜗杆所受圆周力的方向与其力作用点速度蜗杆所受圆周力的方向与其力作用点速度方向相反；径向力的方向沿半径指向轴心；方向相反；径向力的方向沿半径指向轴心；轴向力的方向由左（右）手定则来确定。轴向力的方向由左（右）手定则来确定。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 九、普通圆柱蜗杆传动的强度计算九、普通圆柱蜗杆传动的强度计算 22222121 23.253

19、.25HEEHKTKTZZd dm d z 蜗杆传动的失效一般发生在蜗轮上，所以只需进行蜗轮轮蜗杆传动的失效一般发生在蜗轮上，所以只需进行蜗轮轮齿的强度计算。蜗杆的强度可按轴的强度计算方法进行，必齿的强度计算。蜗杆的强度可按轴的强度计算方法进行，必要时还要进行蜗杆的刚度校核。要时还要进行蜗杆的刚度校核。1 1蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算 校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：221223.25EHZm dKTzK 载荷因数，考虑工作情况、载荷集中和动载荷的影响；载荷因数，考虑工作情况、载荷集中和动载荷的影响；ZE 材料的弹性因数；材料的弹性因数；H蜗轮材料的许用接触应力。

20、蜗轮材料的许用接触应力。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 2121.7FFFKTY Yd d m校核公式为：校核公式为：设计公式为：设计公式为：22121.7FFKTm dY Yz2 2蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算YF 蜗轮齿形因数，考虑齿形、磨损及重合度的影响；蜗轮齿形因数，考虑齿形、磨损及重合度的影响；Y 螺旋角因数；螺旋角因数；F蜗轮材料的许用弯曲应力。蜗轮材料的许用弯曲应力。 第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 3 3蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算 当蜗杆轴刚度不足时，蜗杆受力后会产生较大的变形，从当蜗杆轴刚度不足时，蜗杆受力后会产生较大的变形，从而造成轮齿上的载荷集中，

21、严重影响轮齿的正常啮合，造成偏而造成轮齿上的载荷集中，严重影响轮齿的正常啮合，造成偏载，加剧磨损和发热。载，加剧磨损和发热。 刚度条件为：刚度条件为： 2231148trFFyLyEI式中：式中：Ft1蜗杆所受的圆周力；蜗杆所受的圆周力； Fr1蜗杆所受的径向力；蜗杆所受的径向力； E 蜗杆材料的弹性模量；蜗杆材料的弹性模量； I 蜗杆轴危险截面的惯性矩；蜗杆轴危险截面的惯性矩； L蜗杆轴承间的跨距。蜗杆轴承间的跨距。 321)tan(tan1v十、蜗杆传动的效率十、蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率闭式蜗杆传动的总效率包括：轮齿啮合的效率包括：轮齿啮合的效率1；轴承；轴承的效率的效率2；浸

22、入油中零件的搅油损耗的效率；浸入油中零件的搅油损耗的效率3。当蜗杆主动时，当蜗杆主动时，1可近似地按螺旋副的效率计算，即可近似地按螺旋副的效率计算，即一般取一般取23=0.96=0.960.980.98，故其总效率为，故其总效率为tan(0.960.98)tan()v第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 )1 (100011PQ十一、蜗杆传动的热平衡计算十一、蜗杆传动的热平衡计算 由于蜗杆传动的效率低，工作时会产生大量的摩擦热。在由于蜗杆传动的效率低，工作时会产生大量的摩擦热。在闭式蜗杆传动中，若散热不良，会因油温不断升高，使润滑失闭式蜗杆传动中，若散热不良，会因油温不断升高，使润滑失效而导致齿面胶

23、合。效而导致齿面胶合。 热平衡计算目的：热平衡计算目的： 控制油温在规定的范围内。控制油温在规定的范围内。 单位时间内由摩擦损耗而产生的发热量为：单位时间内由摩擦损耗而产生的发热量为：单位时间内的散热量为：单位时间内的散热量为：)(012ttAKQs式中：式中：Ks箱体的表面传热系数；箱体的表面传热系数； t t0 0环境温度环境温度; t t1 1达到热平衡时的油温。达到热平衡时的油温。第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 热平衡的条件是：热平衡的条件是：21QQ 由热平衡的条件，可得热平衡时的油温为：由热平衡的条件，可得热平衡时的油温为：011)1 (1000tAKPts 一般应限制一般应限制t

24、16070 ，最高不超过，最高不超过80 。若。若t1超过允超过允许值，可采取以下措施，以增加传动的散热能力：许值，可采取以下措施，以增加传动的散热能力： 1 1）在箱体外壁增加散热片，以增大散热面积；）在箱体外壁增加散热片，以增大散热面积； 2 2）在蜗杆轴端设置风扇，进行人工通风，以增大表面传热）在蜗杆轴端设置风扇，进行人工通风，以增大表面传热系数；系数； 3 3）在箱体油池中装设蛇形冷却管；）在箱体油池中装设蛇形冷却管； 4 4）采用压力喷油循环润滑。）采用压力喷油循环润滑。第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆传动的散热措施加散热器和风扇加散热器和风扇加装冷却蛇形水管加装冷却蛇形水管第二节第二节 蜗杆传动蜗杆传动 十二、蜗杆传动的润滑十二、蜗杆传动的润滑润滑的目的润滑的目的: :减摩与散热。减摩与散热。 润滑油润滑油润滑油必须具有较高的粘度和足够的极压性。润滑油必