12机械设计基础第十二章-蜗杆传动解析

第十二章蜗杆传动本章主要内容一般圆柱蜗杆传动承载实力计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的失效形式、材料选择及结构一般圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算蜗杆传动的特点和类型本章基本要求1、了解蜗杆传动的特点及应用，掌握正确啮合条件。

2、掌握蜗杆传动设计中主要参数的选择及几何尺寸的计算，了解、、之间的关系。

3、掌握蜗杆传动的受力分析、失效形式，合理选择蜗杆、蜗轮的材料及结构。

4、能根据失效形式确定设计准则，并能正确进行强度计算。

5、掌握蜗杆传动效率和热平衡计算的方法，了解并掌握提高散热能力的方法。本章重点难点本章重点1、蜗杆传动的受力分析，蜗杆、蜗轮转向的推断；2、蜗杆传动的失效形式及强度计算；3、蜗杆传动的效率和热平衡计算。本章难点1、蜗杆传动中，蜗杆头数和直径系数的含义，几何尺寸计算时，、、三者的关系。2、蜗杆轴向力的方向和蜗轮转向的判断。第一节蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点：优点：传动比大，结构紧凑、传动平稳、噪声低，可自锁。缺点：滑动速度大。摩擦发热大、传动效率低。蜗轮齿圈成本高。用于传递空间交织两轴间的运动和动力。常用Σ＝90°；蜗轮β＝蜗杆γ，且旋向相同，多为右旋。锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动按蜗杆形状分为：第一节蜗杆传动的特点和类型一、圆柱蜗杆传动（一）一般圆柱蜗杆传动1、阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）2、渐开线蜗杆（ZI蜗杆）3、法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）4、锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）第一节蜗杆传动的特点和类型一、圆柱蜗杆传动(二）圆弧圆柱蜗杆传动传动效率高，承载实力大，运用寿命长，体积小，重量轻，结构紧凑。第一节蜗杆传动的特点和类型二、环面蜗杆传动三、锥蜗杆传动轴向外形是由凹圆弧为母线所形成的回转曲面，即蜗杆包围蜗轮如图所示。同时啮合的齿对数多，承载实力高于一般圆柱蜗杆传动。蜗杆为等导程的锥形螺旋，蜗轮像一个曲线齿锥齿轮，如图所示。重合度大，承载实力大、效率高，传动比范围大，侧隙便于调整，结构紧凑，制造安装便利。正、反转受力状况不同，承载实力和效率也不同。在中间平面上，蜗杆传动相当于齿轮与齿条的啮合传动。以中间平面的参数为基准，沿用齿轮传动的关系式来计算。其次节圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算其次节圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、蜗杆传动的主要参数及其选择

（二）蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q

为限制蜗轮滚刀的数目，便于标准化．对标准模数规定了相应的分度圆直径，m与d1的匹配见表12－１．（三）传动比i、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2（举荐值见表12－2）模数的标准（GB/T10085-1988)见表12－1蜗杆直径系数(一）模数m和压力角传动比i蜗轮齿数z2蜗杆头数z1动力传动中，一般传动比常用1、2、4、6一般26<一、蜗杆传动的主要参数及其选择（续）

（四）导程角Paπd1pz（五）中心距a标准中心距其次节圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算二、蜗杆传动几何尺寸计算见表12-4（六）啮合齿面间的相对滑动

蜗轮与蜗杆啮合齿面间存在较大相对滑动速度相对滑动速度的影响：齿面失效形式、发热、传动效率、齿面润滑.d2v2vsv1一、蜗杆传动的主要参数及其选择（续）

其次节圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算

第三节蜗杆传动的失效形式、材料选择及结构

一、失效形式及设计准则

失效形式：（1）闭式传动：齿面胶合及点蚀（2）开式传动：齿面磨损及齿根折断设计准则：对蜗轮轮齿进行强度计算。（1）闭式传动：按齿面接触疲劳强度设计校核齿根疲劳弯曲强度热平衡计算（2）开式传动：按齿根疲劳弯曲强度设计失效常常发生在蜗轮轮齿上.

第三节蜗杆传动的失效形式、材料选择及结构

二、常用材料及其选择：蜗杆：常用碳钢和合金钢；调质、淬火、渗碳淬火蜗轮：常用铸锡青铜、铸铝铁青铜和灰铸铁。四、一般圆柱蜗杆和蜗轮结构蜗杆：第三节蜗杆传动的失效形式、材料选择及结构

三、一般圆柱蜗杆和蜗轮结构组合式蜗轮结构整体式蜗轮结构第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算

一、蜗杆传动的受力分析及计算载荷蜗杆为主动件：圆周力方向－主动轮与转向相反，从动轮与转向相同；

PPd1d1d2ebb’a’aFt2Fr2Fr1Ft1Fa2Fa1Ft1Fr1Fa1Fn径向力方向－指向各自的轴心；轴向力方向－由旋向和转向确定同11-8第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算蜗杆传动的计算载荷：KA查表；平稳载荷K＝1；载荷变更大K＝1.1-1.3;精确制造,蜗轮圆周速度≤3m/s,取KV=1.0～1.1蜗轮圆周速度>3m/s,取KV=1.1～1.2.载荷系数第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算二、蜗杆传动强度计算（一）蜗轮齿根弯曲乏累强度计算

－蜗轮齿形系数，由蜗轮当量齿数及变位系数查图12－X获得。仿照斜齿轮的计算公式来求蜗轮的齿根弯曲应力校核式－蜗轮许用弯曲应力。设计式当量齿数由

按表12－1查出相应的和第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算二、蜗杆传动强度计算（二）蜗轮齿面接触乏累强度计算校核式设计式－弹性影响系数，钢和铸锡青铜配对时，取150；钢和铝青铜或灰铸铁配对时，取160－许用接触应力—接触系数，查表12-11第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算

二、蜗杆传动强度计算（三）蜗轮的许用应力

1、蜗轮的许用弯曲应力－蜗轮的基本许用弯曲应力,由表12-6选取；－弯曲强度寿命系数应力循环次数蜗轮转一转时，每个轮齿的啮合次数工作寿命第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算二、蜗杆传动强度计算（三）蜗轮的许用应力

2、蜗轮的许用接触应力锡青铜涡轮的许用应力见表12-4铝青铜及铸铁涡轮的许用应力见表12-5近似计算公式第四节一般圆柱蜗杆传动承载实力计算

三、蜗杆的刚度计算

式中：惯性距第五节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算

一、蜗杆传动的效率

查表12－7蜗杆传动总效率近似值，查表12－8。第五节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算二、蜗杆传动的润滑

润滑油的粘度及给油方法：依据相对滑动速度及载荷类型进行选择。接受大粘度的润滑油进行良好润滑。闭式蜗杆传动润滑油的粘度荐用值及给油方法见表12-9。

开式蜗杆传动接受高粘度的润滑油和润滑脂。油浴润滑时，常用蜗杆下置式；当蜗杆线速度大于4m/s时，接受上置式第五节蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算（三）蜗杆传动的热平衡计算

热平衡计算的目的：保证油温稳定在规定范围内。由热平衡条件可得:P－传递功率，kW；η－传动总效率Kt－散热系数，无循环空气流淌kt=8.7~10.5；自然通风良好kt=14~17.5t－工作温度，t≤60～70℃,tmax