g第七章蜗杆传动

第七章蜗杆传动7.1蜗杆传动的概述7.1.1蜗杆传动的组成、主要特点及应用蜗杆传动图1.组成2、蜗杆传动的特点和应用1）特点：单级传动比大;结构紧凑;传动平稳，无噪音;可自锁;空间交错轴;传动效率低;成本高。蜗轮轴线蜗杆轴线2）应用：机床：数控工作台、分度汽车：转向器冶金：材料运输机矿山：开采设备起重运输：提升设备、电梯、自动扶梯电动后视镜转向器数控回转工作台7.1.2、蜗杆传动的主要类型1、按蜗杆形状分环面蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动2、根据齿面形状不同，圆柱螺杆传动分为：

普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动3.按齿廓曲线不同，普通圆柱螺杆传动分为1.）阿基米德蜗杆（ZA螺杆）车刀刀刃与螺杆轴线在同一水平面上在轴剖面：直线齿廓法剖面：凸曲线端面（垂直轴剖面）：阿基米德螺线车削加工，不能磨削，精度低。2.）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）两把车刀刀刃顶相切于基圆柱，可以磨削、精度较高、传动效率较高端面：渐开线轴面：凸曲线

3.）法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)车刀刀刃平面要置于螺旋线的法面上，可以磨削，精度较高端面：延伸渐开线法面：直线

4.）锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)蜗杆的螺旋面是圆锥面族的包络曲面，各个剖面上的齿廓均为曲线，可以磨削，精度较高。7.1.2几点说明1.蜗轮轮齿的加工1.）一般用相当于相啮合的蜗杆的蜗轮滚刀在滚齿轮上加工。2.）滚刀齿顶高比相应蜗杆齿顶高大C*m，以便在蜗轮轮齿上加工出径向间隙C*m2.中间平面1.）定义：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为蜗杆传动的中间平面2.）意义：在中间平面上，阿基米德蜗杆齿廓为直线，相当直齿齿条；而相啮合蜗轮齿廓为渐开线，因此阿基米德蜗杆传动相当于直齿齿条与渐开线齿轮的啮合，将复杂的空间啮合转化为平面啮合。取中间平面上的参数和尺寸作为设计计算的基准，并沿用齿轮传动的计算关系7.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算以中间平面上的参数作为设计基准一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择1、蜗杆传动的正确啮合条件及模数m和压力角旋向相同2、蜗杆分度圆直径d1和导程角为了限制蜗轮滚刀的数量并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1（表7-1）导程角：普通蜗杆传动的m与d1搭配值（表7.1）3、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2蜗杆头数Z1通常取为：1，2，4，或6Z2=iZ1，一般取Z2=28~804、传动中心距a和变位系数x21.)标准中心距2.)变位蜗杆传动目的：凑配中心距；微调传动比；提高承载能力及传动效率特点：只对蜗轮变位，蜗杆不能变位；变位后，蜗轮的分度圆仍与节圆重合，但齿顶圆、齿根圆变了，也即ha、hf变了；蜗杆的分度圆与节圆不再重合了，但蜗杆的齿顶圆、齿根圆不变，也即ha、hf不变。（1）变位前后，蜗轮的齿数不变:

Z2´=Z2

而传动中心距改变:a´≠a一般取∣x∣≤1

按变位后的尺寸加工、安装（2）变位前后，传动中心距不变a´=a蜗轮的齿数变化:Z2´≠

Z2一般取∣x∣≤1

5相对滑动速度Sm/s式中：d1--蜗杆分度圆直径，mmn1--蜗杆的转速，r/min--蜗杆分度圆上的导程角,度7.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算7.3蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择7.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则1.失效形式：主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。2.设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。7.3.2蜗杆和蜗轮的常用材料对蜗杆和蜗轮材料的要求：不仅要求具有足够的强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨性和跑合性能。蜗杆材料：一般用碳素钢，如20、40、45钢或合金钢如、20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、42SiMn等，蜗轮材料：通常按齿面间的相对滑动速度大小来选择。＞6m/s，铸造锡青铜。如ZCuSn10P1、ZCuSn5PbZn5≤6m/s，用铸造铝铁青铜。ZCuAl10Fe3≤2m/s手动时，用灰铸铁。如HT150、HT2007.4普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算7.4.1蜗杆传动的受力分析和计算载荷1运动及受力分析特点：要计及齿面间的摩擦力，要先进行运动分析，确定传动件的转动方向与轮齿螺旋线方向。而法向力取，则有N1.）力的大小式中：T1、T2—分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mm,T2=iT1；—传动效率，i—传动比；d1、d2—分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径,mm；——压力角，=20；——蜗杆分度圆柱上的导程角，度。2.）力的方向：确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定，Fa1与Ft2方向相反，

Ft1与Fa2的方向相反。也可按照主动件左(右)手定则来判断。2蜗杆传动的计算载荷计算载荷=K*名义载荷式中KA—工作情况系数KA=1.0~1.2

K—动载荷系数K

=1.0~1.2

K—齿向载荷分布系数K

=1.0~1.3可在教材中查取7.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算利用赫兹接触模型，在蜗轮中间剖面相当齿轮齿条啮合。在中间平面上，沿用斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算方法。可得：1.校核公式为：2.设计公式为：ZE—弹性系数，对于青铜或铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对时，取—蜗轮材料的许用接触应力，式中：当蜗轮材料σB<300MPa时，主要疲劳失效。—基本许用接触应力，MPa；见下表：—寿命系数(可在教材中查取)当蜗轮材料σB≥300

MPa时，主要胶合失效—许用接触应力，MPa；见下表：7.4.3蜗杆轴的强度与刚度计算将蜗杆轴简化成普通阶梯轴，按第9章提供的方法进行强度与刚度计算。7.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算7.5.1蜗杆传动的效率式中：1—啮合效率，2

3—分别为轴承效率和搅油效率，一般取2

3=0.95~0.96；由表7.8查取蜗杆传动的总效率7.5.2蜗杆传动的润滑1.润滑的目的：防止胶合和减轻磨损、散热降温、降低振动和噪声、提高传动效率2润滑方式1）开式传动：采用润滑脂或粘度较高的齿轮油定期润滑。2）闭式传动：浸油或喷油润滑，查表7.97.5.3蜗杆传动的热平衡计算目的：限制油温在允许的范围内。单位时间内由摩擦损耗的功率产生的热量为式中：P1—蜗杆传动的功率，KW；

—蜗杆传动的总效率。单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为式中Ks—散热系数，；

A—散热面积，；

t—达到平衡时，箱体内的油温，t一般限制在(60~70)ºC，最高不超过80ºC；

t0—周围空气温度，t0=20ºC。根据热平衡条件H1=H2可求得既定工作条件下的油温一般应使t在80℃以下在既定工作条件下，保持正常油温所需要的散热面积若t>80℃或有效的散热面积不足时,则必须采取措施,以提高其散热能力常用措施:1）合理设计箱体结构,铸出或焊上散热片,以增大散热面积2）在蜗杆轴上装置风扇,进行人工通风,以提高散热系数3）在箱体油池内装设蛇形冷却水管4）采用压力喷油循环润滑7.6蜗杆和蜗轮的结构7.6.1蜗杆