教学材料《静力学》-第10章

10.1蜗杆传动的概述卷扬机，带式运输机等起重类机械，要求使用低转速大扭矩、小功率大传动比和传动过程中具备防止负载反转功能，这些要求齿轮机构难以达到，工程上通常使用涡轮蜗杆传动机构。蜗杆机构用于传递空间交错轴间的运动和动力，广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其他机器或设备中。10.1蜗杆传动的概述10.1.1蜗杆、涡轮的形成图10.1所示，蜗杆涡轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的每个轮齿在分度圆柱面上缠绕一周以上，这样就使得小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆，大齿轮称为涡轮。为厂改善啮合状况，将涡轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工涡轮，齿廓间为线接触，可传递较大的动力。返回下一页上一页10.1蜗杆传动的概述10.1.2蜗杆传动的类型如图10.2所示，按蜗杆形状的不同蜗杆涡轮传动可分:圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动按蜗杆的轴面齿形又分为普通圆柱蜗杆和圆弧蜗杆。普通圆柱蜗杆多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆za型、渐开线蜗杆ZI型、法向直廓蜗杆ZH型等。如图10.3所示。阿基米德蜗杆由于容易加工制造，应用最广，本帝只介绍阿基米德蜗杆传动。按照蜗杆轮齿的旋向分为左旋蜗杆传动和右旋蜗杆传动，蜗杆轮齿旋向判断与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同，用左、右手法则。按照蜗杆轮齿数，分为单头蜗杆和多头蜗杆。返回下一页上一页10.1蜗杆传动的概述10.1.3蜗杆涡轮传动的特点蜗杆涡轮传动同时具备斜齿圆柱齿轮传动和螺旋传动的特点。蜗杆传动传动比大，零件数日少，结构非常紧凑。在动力传动中，i=5-80;在分度机构或者手动传动机构中，传动比可达300;如果只传递运动，传动比可高达1000。在蜗杆传动中由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和涡轮齿的啮合是逐步进人又逐步退出的，同时参与啮合的轮齿对数多，冲击载荷小，传动平稳，无噪声以蜗杆为主动件的蜗杆传动，当蜗杆的螺旋升角小于轮齿接触面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。手动葫芦和浇注机构，通常使用蜗杆传动满足自锁要求。返回下一页上一页10.2蜗杆传动的基木参数和几何尺寸计算10.2.1圆柱蜗杆传动的主要参数通过蜗杆轴线并与涡轮轴线垂直的平面，称为蜗杆传动的中间平面(又称主平面)。中间平面对蜗杆而言是轴向平面，对涡轮而言是立湍面。一、蜗杆传动正确啮合的条件在中间平面中，为保证蜗杆涡轮传动的正确啮合，蜗杆的轴向模数ma1和压力角

，应分别相等于涡轮的法面模数

和压力角

，两轴线交错角为90时，蜗杆分度圆柱上的导程角

应等于涡轮分度圆柱上的螺旋角

，且两者的旋向相同。二、蜗杆传动的基本参数1.模数m和压力角。蜗杆传动机构在主平面内的模数和压力角是标准值。和齿轮传动一样，模数是蜗杆传动最重要的计算参数。为便于加工，返回下一页上一页10.2蜗杆传动的基木参数和几何尺寸计算规定蜗杆的轴向模数为标准模数涡轮的端面模数等于蜗杆的轴向模数，因此涡轮端面模数也应为标准模数，标准模数系列见表10-1。2.蜗杆头数z1、涡轮齿数z2和传动比i蜗杆的头数根据传动要求的传动比和传动效率来选择，一般取z1=1-10,推荐z1=1,2,4,6。蜗杆头数愈多，

角愈大，传动效率越高;蜗杆头数少，升角小，传动效率低，自锁性好。蜗杆头数选择的原则是:传动比较大或要求传递大的转矩时，

取小值;传动有自锁要求时，取z1=1;高传动效率或高速传动时，z1取较大值。涡轮齿数的多少，影响运转的平稳性，并受到最少齿数和传动刚度的限制。涡轮齿数应避免发生根切与干涉，理论上应使z2min>17，但z2<26时，啮合区显著减小，会影响传动的返回下一页上一页10.2蜗杆传动的基木参数和几何尺寸计算平稳性，z2<30时，可始终保持有两对以上轮齿啮合，因此通常规定:z2>28。当z2>80时(对于动力传动)，涡轮直径增大过多，在结构上，蜗杆两支承点间的跨距相应增大，将影响蜗杆轴的刚度和啮合精度。此外，一定直径的涡轮，z2过大，模数m减小过多，将影响轮齿的弯曲强度;故对于动力传动，常用:z2=28-70;对于传递运动的传动，z2可达200,300，甚至可到1000。z1和z2的推荐值见表10-2。式中，n1，n2为蜗杆和涡轮的转速，单位为rpm。在蜗杆传动中，传动比按给定的公称值系列(见表10-3)选取，其中10,20，40,80为基本传动比，优先选用。需要特别注意的是蜗杆传动比不等于d2/d1。3.蜗杆的分度圆直径dl和直径系数q为保证蜗杆与涡轮的正确啮合，要用与蜗杆尺寸相同的蜗杆返回下一页上一页10.2蜗杆传动的基木参数和几何尺寸计算滚刀来加工涡轮。由于相同的模数，可以有许多不同的蜗杆直径，造成要配备很多的涡轮滚刀，以适应不同的蜗杆直径，显然，这样很不经济。为减少涡轮滚刀的数量、便于滚刀的标准化，对每一标准模数规定厂一定数量的蜗杆分度圆直径d1，并将分度圆直径和模数的比称为蜗杆直径系数q，即:如图10.5所示，将蜗杆分度圆展开，螺旋线与端面的夹角

称为蜗杆的导程角，得:式中，Pa为蜗杆的轴向齿距，单位为mm;d1为蜗杆分度圆直径，单位为mm。返回下一页上一页10.2蜗杆传动的基木参数和几何尺寸计算m一定时，q增大，蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。为保证蜗杆有足够的刚度，小模数蜗杆应有较大的直径系数。蜗杆的导程角大，传动效率高，但蜗杆的刚度和强度低。蜗杆的标准模数m、分度圆直径d1和直径系数q必须匹配，见表10-4。4.中心距蜗杆传动中当蜗杆涡轮的节圆与分度圆重合时，称为标准传动，标准中心距为

规定蜗杆传动的标准中心距为:40,50,63,80,l00,125,160,（180）,200,(225),250,(260),315,(355),400,(450),500，在设计时中心距应按上述标准圆整。10.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算返回下一页上一页10.2蜗杆传动的基木参数和几何尺寸计算标准阿基米德蜗杆主要儿何尺寸计算公式见表10-5。返回下一页上一页10.3普通蜗杆传动失效形式及常用材料10.3.1普通蜗杆传动的失效形式及设计准则一、蜗杆传动齿面相对滑动蜗杆传动中，蜗杆螺旋面与涡轮齿面间有较大的相对滑动。如图10.6所示。即使在节点C处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动。二、蜗杆传动的失效形式及设计准则和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要有齿面胶合、疲劳点蚀、齿面磨损和轮齿折断等。由于蜗杆传动中的相对速度较大，效率低，发热量大，所以蜗杆传动的主要失效形式是涡轮齿面胶合、点蚀及磨损。在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于涡轮轮齿强度.所以失效通常发牛在涡轮轮齿上。返回下一页上一页10.3普通蜗杆传动失效形式及常用材料10.3.2蜗杆、涡轮的材料和结构一、蜗杆、涡轮的材料选用蜗杆、涡轮材料时，不但要满足强度要求，更重要的是材料应具有良好的减摩性、抗磨性和抗胶合的能力。二、蜗杆、涡轮的结构如图10.7所示，蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。采用铣制或车制加工蜗杆轴。涡轮结构分为整体式和组合式。铸铁涡轮或直径小于100mm的青铜涡轮做成整体式。为降低材料成本，大多数涡轮采用组合结构，由齿圈和轮芯组成。齿圈用青铜，轮芯用价格较低的铸铁或钢制造，连接方式有铸造连接、过盈配合连接和螺栓连接，如图10.8。返回下一页上一页图10.1蜗轮蜗杆传动返回图10.2蜗杆涡轮传动返回图10.3圆柱蜗杆返回图10.4蜗杆传动的中间平面返回表10