任务4.4 蜗杆传动的分析与选择

《机械分析与设计基础》

情境4常用机械传动的分析与设计任务4.4蜗杆传动的分析与选择1.任务条件

已知蜗轮蜗杆减速器示意图、明细表、基本参数和技术要求见书表4-4-0示。2.任务要求

按任务条件，分析表4-4-0中图样所示的蜗轮蜗杆减速器的蜗杆传动，回答下列问题：（1）减速器的速比、额定转速、输出扭矩和中心距是多少？（2）蜗杆和蜗轮采用的是何种材料，从经济的角度选择蜗杆头数和蜗轮齿数？（3）减速器采取何种润滑和密封方式？【下达任务】蜗轮蜗杆减速器

【能力目标】

1.学会分析和选择蜗杆传动。2.学会蜗杆传动的应用。4

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【问题提出】齿轮传动的类型有哪些？

答案：1.平行轴之间的传动：圆柱齿轮传动。

2.相交轴之间的传动：圆锥齿轮传动

那么，交错轴之间的运动用什么来传递运动和动力呢？蜗轮蜗杆减速机

交错轴之间的运动用蜗轮蜗杆减速器来传递运动和动力呢。

蜗杆传动的图片4.4.1蜗杆传动的组成

蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。用于传递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚

。4.4.2蜗杆传动的特点1.蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。2.传动平稳、噪声小。3.可制成具有自锁性的蜗杆。4.蜗杆传动的主要缺点是效率较低。5.蜗轮的造价较高。

通常在滚齿机上用蜗轮滚刀或飞刀加工成形。4.4.3蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆

蜗杆传动按照蜗杆的形状不同，可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥面蜗杆传动三种类型。圆柱蜗杆机构加工方便，环面蜗杆机构承载能力较高。1.蜗杆的结构

蜗杆直径相对较小，一般将蜗杆和轴制作成一体，称为蜗杆轴。螺旋部分常用车削加工，也可铣削。车削加工时需要有退刀槽，故刚性较差。蜗杆常和轴做成一个整体。★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，但该结构的刚度较前一种差。4.4.4蜗杆、蜗轮的结构

2.蜗轮的结构

蜗轮的结构根据材料和尺寸不同可分为整体式、过盈配合式、螺栓连接式、镶铸式蜗轮。

整体式蜗轮。主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮。（1）

整体式蜗轮（2）

过盈配合式（齿圈式）蜗轮

由于蜗轮材料价格较贵，直径大的蜗轮常采用组合结构，这种结构常由齿圈与轮芯组成，齿圈用青铜制造，轮芯用铸铁或钢制造，如图4（b）所示。齿圈和轮芯一般用H7/r6过盈配合装配，并在配合面接缝上，加装46个紧定螺钉，这种结构多用于尺寸不大或工作温度变化较小的地方。

螺栓联接式蜗轮。这种结构的齿圈和轮芯用普通螺栓或铰制孔螺栓联接，装拆方便，多用于尺寸较大或易磨损的场合。（3）

螺栓连接式蜗轮

镶铸式蜗轮。将青铜轮缘直接浇铸在铸铁轮芯上，轮芯制出榫槽，防止轮缘与轮芯产生轴向滑动。常用于成批生产的蜗轮。（4）镶铸式蜗轮榫槽1.为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。2.高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。3.低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。4.蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。4.4.5蜗杆、蜗轮的材料选择4.4.6蜗杆传动的基本参数参数和尺寸均在中间平面内确定1.模数、压力角与正确啮合的条件（1）模数和压力角

通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面，称为中间平面，如图4-4-7所示。在中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合，相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。被中间平面所截的圆柱蜗杆的齿形和渐开线齿条相同，两边是直边，夹角为2α=40。。因此在蜗杆传动的设计计算时，均以中间平面上的基本参数和几何尺寸作为标准来设计。国家标准规定，蜗杆、蜗轮在中间平面内的模数和压力角为标准值。模数可查国家标准，压力角为20。（2）

正确啮合的条件蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即：

mx1=mt2=m

ax1=at2=20°

正确啮合条件（1）蜗杆头数的识别单头蜗杆多头蜗杆

螺杆头数是螺杆上螺旋线的条数；蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗蜗杆头数蜗杆头数杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。蜗杆有左旋右旋之分，也有单头和多头之分。

2.蜗杆头数和蜗轮齿数（2）

蜗杆的头数z1

蜗杆螺旋线的数目，一般取1、2、4、6。

较少的蜗杆头数可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。蜗杆头数z1=1~4：单头：大，易自锁，效率低，精度高。多头：η↑，但加工困难，精度降低。（3）

蜗轮的齿数z2通常取z2=28~80

为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿，但若z2过大蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小。蜗轮齿数z2

常在28~80范围内选取。3.传动比注意：蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数有关，而不等于分度圆直径之比。

蜗杆传动的传动比等于蜗杆与蜗轮的转速之比。通常蜗杆为主动件，当蜗杆转一周时，蜗轮转过个齿，即转过Z1/Z2周。4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q直径d1与模数m的比值称为蜗杆的直径系数，。（已标准化）

当模数一定时，q值越小，d1越小，升角越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。

加工蜗轮时，用的是与蜗杆具有相同尺寸的滚刀，因此加工不同尺寸的蜗轮，就需要不同的滚刀。为限制滚刀的数量，并使滚刀标准化，对每一标准模数，规定了一定数量的蜗杆分度圆直径。下式为导程角。5.中心距4.4.7蜗杆传动的失效形式和散热1.蜗杆传动的失效形式

由于蜗杆传动中的蜗杆表面硬度比蜗轮高，所以蜗杆的接触强度、弯曲强度都比蜗轮高；而蜗轮齿的根部是圆环面，弯曲强度也高、很少折断。蜗杆传动的主要失效形式有胶合、疲劳点蚀和磨损。其中，开式传动中主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断；闭式传动中主要失效形式是齿面胶合或点蚀。（1）失效常发生于蜗轮的轮齿上（2）主要失效形式为：胶合、磨损、齿面点蚀

蜗杆传动由于摩擦大，传动效率较低，所以工作时发热量较大。在闭式传动中，如果不能及时散热，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。因此，对于连续工作的闭式蜗杆传动，需要将箱体内的温升控制在许可范围内。2.蜗杆传动的散热散热的方式①在蜗杆轴端装置风扇进行人工通风。②在箱体油池内装蛇形冷却水管。③采用压力油喷循环润滑等。④在箱体外壁增加散热片；为提高散热能力，可采取如下措施：

蜗杆传动的啮合方式以滑动为主，相对滑动速度大，不易实现良好的润滑。因此蜗杆传动发热量大、蜗轮磨损快、易发生胶合、传动效率低。减速器蜗杆传动的润滑与齿轮传动相似，除少数低速（）小型减速器采用脂润滑外，绝大多数都采用油润滑，其主要润滑方式为浸油润滑。对于高速传动，则应为压力喷油润滑。

1.对于开式蜗杆传动采用黏度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。4.4.8蜗杆传动的润滑1.当vs≤5~10m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。2.当v1>4m/s时，采用蜗杆在上的结构。3.当vs>10~15m/s时，采用压力喷油润滑。

2.对于闭式蜗杆传动

这种方法的润滑油的黏度和给油方法，主要是根据滑动速度和载荷类型进行选择。蜗杆减速器浸油润滑时，应保证浸油的深度为：蜗杆下置式----润滑较好，但搅油损失大，浸油深度约为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置式-----润滑较差，但搅油损失小，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。【任务实施】1.任务分析

根据已知的任务条件，分析表4-4-0中的图样和数据，并查找网络上的资源，即可完成任务的要求。

2.任务完成结论参考教材。1.任务条件

已知蜗轮蜗杆减速器示意图、明细表、基本参数和技术要求见书表4-4-0示。2.任务要求

按任务条件，分析表4-4-0中图样所示的蜗轮蜗杆减速器的蜗杆传动，回答下列问题：（1）减速器的速比、额定转速、输出扭矩和中心距是多少？（2）蜗杆和蜗轮采用的是何种材料，从经济的角度选择蜗杆头数和蜗轮齿数？（3）减速器采取何种润滑和密封方式？【完成下列任务】蜗轮蜗杆减速器

【下次任务布置】

（一）预习

1.预习下次任务---4.5螺旋传动的分析与选择。（二）作业

1.判断题(1)因为蜗杆传动实际上是一个螺杆，所以蜗杆传动平稳无噪声。(2)仅是模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换啮合的。(3)分度圆直径d=45mm的圆柱蜗杆，直径系数q=18，则蜗杆模数m=2.5mm。(4)由于蜗杆传动中的摩擦损失较大，所以其传动效率较齿轮传动低，但比带传动效率高。(5)为了减少摩擦和磨损，通常蜗杆取减摩材料。2.选择题(1)传动比大而且准确的转动是（）。A、带传动B、