第11章蜗杆传动

第11章蜗杆传动11.1蜗杆传动的类型及特点11.2圆柱蜗杆传动的基本参数11.3蜗杆传动的失效形式、材料和结构11.4蜗杆传动受力分析和强度计算11.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡 计算11.6普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及其安装和维护11.7常用各类齿轮传动的选择11.1蜗杆传动的类型、及

特点一、构成二、分类（1）圆柱蜗杆传动蜗杆是圆柱形的,其蜗杆又有几种型式.阿基米德蜗杆渐开线蜗杆*法面直廓蜗杆*锥面包络圆柱蜗杆*圆弧圆柱蜗杆传动*（2）环面蜗杆传动*（3）锥蜗杆传动三、特点下一节一、构成由蜗杆、蜗轮组成，用于传递空间交错轴之间的运动和动力。通常用的是交错角为90度的减速运动,这时需以蜗杆为原动件.二、分类按蜗杆形状不同可分为三类：阿基米德蜗杆其加工方法与普通螺纹相似，应使刀刃顶平面通过蜗杆轴线优点：通常在无须磨削加工的情况下广泛使用。缺点：精度不高应用：低速轻载或不太重要的传动。渐开线蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上加工，两把刀分别切出左右侧螺旋面，或也可用滚刀，并在专用机床上磨削。制造精度较高，利于成批生产，适用于功率较大的高速传动。

法面直廓蜗杆锥面包络圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆传动:

其端面齿廓为凹圆弧

（2）环面蜗杆传动（3）锥蜗杆传动三、特点优点1、传动比大，结构紧凑；在传递动力中，单级蜗杆传动比在传递运动中，如某些分度机构和仪表中，单级传动比可达1000；2、传动平稳，噪音小；3、可以实现自锁；当导程角小于齿面的当量摩擦角；缺点：1、传动效率低啮合齿面相对滑动速度较大，磨擦损失较大，所以不宜用于大功率传动。2、蜗轮常用贵重的减磨材料制造，成本较高。返回下一节11.2圆柱蜗杆传动的基本参数一、蜗杆传动的主要参数1、模数m和压力角中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。在中间平面内蜗杆传动的啮合如同齿条和齿轮的啮合一样。因此在设计时，常取中间平面上的参数（如模数和压力角）和尺寸作为计算基准，并沿用齿轮传动的计算关系。正确啮合条件在中间平面内，（模数和压力角均取标准值）蜗杆的轴向模数和蜗轮的端面模数相等；蜗杆的轴向压力角和蜗轮的端面压力角相等；且蜗杆与蜗轮的螺旋线旋向相等。2、蜗杆头数z1、蜗轮齿数蜗杆头数一般取1，2，4，6当要求传动比大或要求自锁时，取Z1=1；当要求传动比较小或传递功率较大时，为提高传动效率，常取2，4，6；蜗轮齿数一般取28-80Z2过少，会使蜗轮产生根切，所以为保证传动的平稳性，过大，将使蜗轮尺寸增大，蜗杆长度也随之增加，而刚度下降，影响啮合精度；3、传动比4、蜗杆分度圆直径由于蜗轮轮齿呈圆弧状包在蜗杆上，因此用于切制蜗轮的滚刀必须与蜗杆的尺寸、形状相同。于是只要有一种尺寸的蜗杆，就得有一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数，就要配备很多把蜗轮滚刀，显然很经济。为限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了1～4个蜗杆分度圆直径。所以蜗杆分度圆直径是标准值。

5、蜗杆直径系数它是导出值。当模数一定时，q值增大则蜗杆直径增大，蜗杆的刚度提高。因此对于小模数的蜗杆，规定较大q值，以使蜗杆有足够的刚度。6、蜗杆导程角（螺旋线升角）升角小时传动效率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的车削加工较困难；蜗杆螺旋面与分度圆柱面的交线为螺旋线7、蜗轮螺旋角正确啮合时蜗杆与蜗轮的螺旋线旋向相等。一般取右旋。8、中心距标准中心距二、蜗杆传动的几何尺寸计算下一节11.3蜗杆传动的

失效形式、材料和结构一、齿面相对滑动速度二、蜗杆传动的失效形式三、蜗杆传动的计算准则四、材料选择五、结构下一节一、齿面相对滑动速度轴交角为900的蜗杆传动中，在轮齿节点P处，蜗杆的圆周速度和蜗轮的圆周速度也成900，所以在啮合传动中，齿面有较大的相对滑动速度（产生热量，使润滑油温度升高而边稀，润滑条件变差，传动效率降低）对齿面的润滑情况、齿面的失效形式、发热等都有很大的影响。二、蜗杆传动的失效形式

由于材料和结构的原因，蜗杆轮齿的强度高于蜗轮轮齿的强度，所以失效总是先发生在蜗轮上。由于蜗杆和蜗轮齿廓间较大的相对滑动速度，发热量大而效率降低。因而传动的主要失效形式为胶合、磨损和齿面点蚀等。1、闭式蜗杆传动（或润滑条件差及散热不良）易发生点蚀或胶合；2、开式传动

因润滑油不清洁闭式传动中，易发生磨损。

三、蜗杆传动的计算准则1、闭式蜗杆传动

按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。如载荷平稳、无冲击，可以只按齿面接触疲劳强度，不必校核。并热平衡计算（因摩擦严重，发热大，以免发生胶合失效）

2、开式传动或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数大于90，仅按齿根弯曲疲劳强度设计。四、材料选择要求不仅要有足够的强度，还要有良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性能。1、蜗杆材料优质碳素钢或合金钢，经淬火或渗碳淬火，并应磨削。高速重载：15Cr20Cr，渗碳淬火和磨削；40～45HRC速度不高载荷不大：40、45钢调质处理，220～250HBS2、蜗轮材料青铜或铸铁锡青铜：耐磨及抗胶合性能好，但价格昂贵，用于相对滑动速度高；铝铁青铜：机械性能好，但抗胶合性略差，用于相对滑动速度较低；灰铸铁：只用于的传动五、结构

1、蜗轮整体式主要用于直径较小的青铜或铸铁蜗轮

组合式齿圈式螺栓联接式拼铸式

2、蜗杆下一节

11.4蜗杆传动受力分析

和强度计算一、蜗杆传动的受力分析例题二、蜗杆传动的齿面接触强度计算三、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算四、蜗轮材料的许用应力下一节

蜗杆传动的受力分析与斜齿轮相似。如图下置式传动，蜗杆为主动件，右旋。假定：（1）蜗轮轮齿和蜗杆螺旋面之间的相互作用力集中于节点P，并按单齿对啮合考虑；（2）暂不考虑啮合齿面间的摩擦力。作用于蜗杆上的轴向力=蜗轮上的圆周力作用于蜗杆上的圆周力=蜗轮上的轴向力作用于蜗杆上的径向力=蜗轮上的径向力一、蜗杆传动的受力分析力的大小方向判断蜗轮（或蜗杆）的转向：对于右（左）旋蜗杆用右（左）手定则：用四指弯曲表示蜗杆的回转方向，大拇指伸直代表蜗杆轴向力，则蜗轮啮合点的线速度方向与大拇指所指示的方向相反，根据啮合点的线速度方向即可确定蜗轮转向。轴向力方向：蜗杆的轴向力由左右手法则定；蜗轮的轴向力与蜗杆的圆周力方向相反；圆周力方向主动蜗杆的圆周力与转向相反蜗轮的圆周力与转向相同；径向力两径向力都由力的作用点指向各自轴线。返回例题

蜗杆的失效多发生在蜗轮上，所以进行蜗杆传动强度计算时，只需对蜗轮轮齿进行强度校核。在中间平面，其啮合传动相当于齿条与齿轮的啮合，因此蜗轮的齿面接触疲劳强度可以参照斜齿轮的计算方法。将节点处的啮合参数代入赫兹公式，可得齿面接触疲劳强度的校核公式.蜗轮齿面接触疲劳强度的校核公式设计计算公式二、蜗杆传动的齿面接触强度计算式中：d1：蜗杆分度圆直径；

K：载荷系数；：蜗轮齿面的许用接触应力；返回三、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算通常按斜齿轮计算方法作近似计算。但蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度高于斜齿轮轮齿。蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算校核公式设计计算公式

在闭式蜗杆传动中，蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度所限定的承载能力，大多超过由齿面接触疲劳强度和热平衡计算所限定的承载能力，故不必进行弯曲疲劳强度计算。只有在开式传动中，或在经受强烈冲击的传动中，或当蜗轮采用脆性材料是，才需进行齿根弯曲疲劳强度计算。返回四、蜗轮材料的许用应力1、蜗轮材料的许用接触应力由材料的抗失效能力决定。锡青铜：其失效形式主要为疲劳点蚀，许用应力的大小与应力循环次数有关：铸铝铁青铜或铸铁：其失效形式主要为胶合，表11.7

2、蜗轮的许用弯曲应力表11.8返回下一节11.5蜗杆传动的效率、

润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率二、蜗杆传动的润滑三、热平衡计算下一节一、蜗杆传动的效率

齿轮传动中的功率损失，主要包括啮合中的摩擦损失、轴承中的摩擦损失和搅动润滑油的功率损失。总效率包括三部分：轮齿啮合的效率轴承效率搅油效率所以总的效率为影响因素：1、：取决于蜗杆蜗轮的材料，润滑油种类，表面硬度和相对滑动速度；随着相对滑动速度的升高，易于形成油膜，从而使摩擦系数降低，2、导程角：：随着导程角的增大而升高，所以在传递动力中多采用多头蜗杆。但导程角过大会增加制造困难，并且当，自锁但效率低。

返回1、润滑油粘度和润滑方法闭式传动，一般根据相对滑动速度及载荷类型进行 选择；开式传动：则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂2、蜗杆布置和润滑方式油池润滑（下置式）浸油深度为蜗杆的一个齿高，且油面不超过蜗杆滚动轴承最下方滚动体中心。（上置式）浸油深度约为蜗轮外径的1/3压力喷油润滑速度大于10m/s，油喷在啮合区，增强冷却效果。二、蜗杆传动的润滑返回1、发热量（消耗于摩擦而变为热量）2、散热量（经箱体散发）3、热平衡条件：若蜗杆传动在单位时间内损耗的功率全部转化为热量，并由箱体表面散发出去而达到平衡，则热平衡条件：三、热平衡计算4、工作温度5、措施1）在油箱外壳增加散热片，以增大出热面积；2）在蜗杆轴上装风扇；3）在箱体油池中装设蛇形冷却水管；4）对于大功率蜗杆减速器，可采用压力喷油润滑；返回例11.2如图为一普通圆柱蜗杆传动。已知：m=6mm，q=9，Z1=2，Z2=60。蜗杆输入功率P1=5.5KW，转速n1=2920r/min。试求：1）蜗杆和蜗轮上各力的大小和方向；

2）蜗轮的旋向和转向；

3）传动的啮合效率和总效率；返回11.6普通圆柱蜗杆传动的精度

等级选择及其安装和维护一、精度等级及其选择1、精度等级2、安装精度下一节一、精度等级及其选择1、精度等级GB10089-88对普通圆柱蜗杆传动1～１２个精度等级：1级精度最高，其余等级依次降低，12级为最低。一般6～9级精度应用最多。6级精度：用于中等精度机床的分度机构中，允许的蜗轮圆周速度；7级精度：用于中等精度的运输机或高速传递动力场合，允许的蜗轮圆周速度；8级精度：用于一般的动力传动中，允许的蜗轮圆周速度；9级精度：用于不重要的低速传动机构或手动机构。返回2、安装精度

蜗杆传动的安装精度要求很高。根据其啮合特点，应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。因此蜗轮的轴向安装定位要求很准，装配时必须调整蜗轮的轴向位置。方法：（1）可采用垫片组调整蜗轮的轴向位置及轴承的间隙；（2）利用蜗轮与轴承之间的套筒作较大距离的调整，调整时可改变套筒的长度。或着两种方法联合使用。返回下一节11.7常用各类齿轮传动的选择一、各类齿轮传动性能的比较

表11.11二、传动类型的选择二、传动类型的选择

1、传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。2、在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高速级，这样可使圆锥齿轮上所受的载荷相对减小，从而减小圆锥齿轮的尺寸。3、圆柱齿轮与斜齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮高，且传动平稳，所以斜齿轮适用于高速传动场合。

4、直齿圆锥齿轮仅适用于的场合，高速时可采用曲面齿。

5、蜗杆减速器：当蜗杆圆周速度，采用蜗杆下置式当蜗杆圆周速度，采用蜗杆上置式；

6、在联合使用齿轮、蜗杆传动时，有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种结构。前者结构紧凑，后者传动效率较高返回Z3ⅡZ1ⅠZ2Z4n1O31、如图已知蜗杆输入功率P=8KW,转速, ,，传动比，。试求：（1）为使轴Ⅱ上的轴承所受轴向力最小，蜗杆应为

旋，蜗轮应为

旋；；（2）在图上标出蜗轮的回转方向；（3）计算蜗轮上所受三个分力的大小。

右旋右右解：返回习题1、起吊重物用的手动蜗杆传动，宜采用

蜗杆。A）单头、小导程角B)单头、大导程角C)多头、小导程角D)多头、大导程角（A）2、

对于一般传递动力的闭式蜗杆传动，其选择蜗轮材料的主要依据是