机械设计基础第十章蜗杆传动

1、第十章第十章 蜗杆传动蜗杆传动一、蜗杆传动的组成一、蜗杆传动的组成 蜗杆传动由蜗轮和蜗杆组成，用于传递空间两交叉轴之间的运动和动力。通常交错角为90。，蜗杆为主动件。动画演示二、蜗杆传动的特点二、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.在一定条件下具有自锁性。在一定条件下具有自锁性。 5.5.效率较低。效率较低。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。第一节第一节 蜗杆传动的类型、主要参数和几何尺寸蜗杆传动的类型、主

2、要参数和几何尺寸一一 、蜗杆传动的类型、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用右旋二、普通圆柱蜗杆传动的主要参数二、普通圆柱蜗杆传动的主要参数通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面

3、。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。 1蜗杆传动的标准参数蜗杆传动的标准参数蜗杆的轴向模数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上的参数为标准参数。即：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：

4、 zznni1221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。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。若z228，容易产生根切，并使传动的平稳性降低；若z2过大，蜗轮直径增大，与之相应蜗杆的长度增加，刚度减小，从而影响啮合的精度。 z1、z2可根据传动比i参照表选取 。. .蜗杆导程角蜗杆导程角 蜗杆螺旋面与分度圆柱面的交线为螺旋线。螺旋线与端面的夹角称为蜗杆分度圆柱上的导程角 。 11

5、11111tandmzdmzdpzam、q和m2 d1值可查表。蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1和直径系数和直径系数q蜗杆分度圆直径d1：因蜗杆与加工蜗轮的滚刀中圆直径相同，但m一定时，由于z1和的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。为限制滚刀数量，取d1为标准值，且与模数相匹配。tan11zmdq直径系数q：蜗杆分度圆直径d1与模数的比值，5蜗杆传动的正确啮合条件为： ma1= mt2=m a1=t2=20。 =2（蜗轮的螺旋角） . .标准中心距标准中心距a a 2)(2221zqmdda 蜗杆传动图三、蜗杆传动的几何尺寸计算三、蜗杆传动的几何尺寸计算（蜗杆传动图）第二节第二

6、节 蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则一、齿面间滑动速度一、齿面间滑动速度cos100060cos1112221ndvvvvs相对滑动速度vs的大小：蜗杆与蜗轮啮合时，由于C处，蜗杆上C（节点）的圆周速度v1与蜗轮上C的圆周速度v2方向不同（v1与v2相互垂直），所以齿面间有较大的相对滑动。 较大的VS引起：齿面容易发热、磨损和胶合，使润滑油温度升高而变稀，润滑条件变差，传动效率降低。二、蜗杆传动的失效形式二、蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断vs、发热 主要失效形式为：胶合、磨损、点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。过度磨损过度磨损胶合胶合.

7、.闭式传动闭式传动按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核并进行热平衡验算。如果载荷平稳、无冲击，可不校核齿根弯曲疲劳强度。只按齿根弯曲疲劳强度设计。 . .当蜗杆轴支承跨距较大时，应进行蜗杆轴刚度计算。当蜗杆轴支承跨距较大时，应进行蜗杆轴刚度计算。 三、设计准则三、设计准则. .开式传动：开式传动： 一、材料一、材料第三节 蜗杆与蜗轮的材料、结构（1）足够的强度；（2）良好的减摩、耐磨性（3）良好的抗胶合性. .对材料要求：对材料要求：2.蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬齿面蜗杆：首选 淬火磨削。软齿面蜗杆：调质缺少磨削设备时选用。. 蜗轮指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs122m/s。

8、铸铝青铜：vs10m/s，抗胶合能力差。铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合。HT、QT：vs2m/s。常采用青铜做蜗轮齿圈与淬硬磨削的钢制蜗杆相配 。二、蜗杆与蜗轮结构二、蜗杆与蜗轮结构1.蜗杆：与轴一体。车制（需有退刀槽 ）、铣制。（）镶铸式蜗轮 ：只用于成批制造的蜗轮。（）整体浇注式：主要用于铸铁蜗轮或直径小于100mm的青铜蜗轮。2.蜗轮（）齿圈压配式：用于尺寸不太大或工作温度变化较小的场合。（）螺栓联接式：用于尺寸较大或磨损后需更换蜗轮齿圈的场合。第四节第四节 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算一、蜗杆传动的受力分析一、蜗杆传动的受力分析1蜗轮的转向判定蜗杆与蜗轮的转向

9、关系可用“左、右”手定则判定。 “左、右左、右”手定则：手定则：当蜗杆为右旋时使用右手；左旋时用左手。四个指拇顺蜗杆转向“握住”其轴线，则大拇指的反方向即为蜗轮的转向。例：2.蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析圆周力：12222atFdTF轴向力：11122taFdTF112uTT(蜗杆主动)1啮合效率忽略摩擦 法向力Fn可分解为三个相互垂直的分力：径向力：122tanrtrFFF各分力方各分力方向向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向12atFFFa蜗杆：左、右手定则蜗轮：12taFF二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮的齿面接触疲

10、劳强度的校核公式校核公式为：HHzdmTddTKK221222212480480设计公式为： TzdmKH22122480H蜗轮材料的许用接触应力（MPa），查表。 式中K载荷系数，用来考虑载荷集中和动载荷的影响，可取K=11.4，当载荷平稳，vs3m/s，7级以上精度时取小值，否则取大值；T2蜗轮转矩（N.mm），T2=T1i ；第五节 蜗杆传动的热平衡和润滑一、蜗杆传动热平衡计算一、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： )(012ttAKQs 达到热

11、平衡时Q1=Q2 )()1 (10001101tCAKPtts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() ； t1 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。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

12、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：常采用粘度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。第六节第六节 蜗杆传动的安装与维护蜗杆传动的安装与维护一、安装一、安装1装配时必须调整蜗轮的轴向位置，以使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。（2）用改变套筒长度作较大距离的调整蜗轮与轴承间轴向距离。蜗杆传动安装位置要求（1）用垫片组调整蜗轮的轴向位置和轴承间隙。2装配后进行跑合：使齿面接触良好。低速运转（n=50-10

13、0rpm），逐步加至额定载荷跑合1-5h。跑合完后清洗零件，更换润滑油。1通风条件是否良好2工作一段时间后测试油温，超过油温允许范围应停机、改善换热条件。3常检查蜗轮齿面是否保持完好。4.检查润滑情况。二、蜗杆传动的维护二、蜗杆传动的维护【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，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 1010561 . 72482. 014505 . 555. 9N.mm iiTTnp1161121055. 9（4）按齿面接触疲劳强度计算 取载荷系数K=1.2，则21301 . 72 . 12102004848048052