机械基础 第3版 课件11-9 蜗杆传动

第十一章齿轮传动第九节蜗杆传动【学习目标】1．了解蜗杆传动的组成、类型及结构形式。2．了解蜗杆传动的应用特点。3．掌握蜗杆传动的传动比。4．掌握蜗杆传动的几何尺寸计算。5．掌握蜗杆传动的旋转方向的判定方法。6．熟悉蜗杆传动的正确啮合条件及安装维护措施。。一、蜗杆传动的组成及类型1.蜗杆传动的组成蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮、机架等构件组成，是利用蜗杆副传递运动和动力的一种机械传动装置

（1）蜗杆与蜗轮啮合组成交错轴齿轮副，且只有一个或几个螺旋齿的齿轮称为蜗杆。在蜗杆传动中，蜗杆通常为主动件，使机构作减速运动。生产中常将蜗杆与轴制成一体成为蜗杆轴，其结构形式有无退刀槽和有退刀槽两种，（2）蜗轮与蜗杆组成交错轴齿轮副，且轮齿沿着齿宽方向呈内凹弧形的齿轮称为蜗轮。在蜗杆传动中，蜗轮通常为从动件。若为非自锁蜗杆传动，蜗轮也可以为主动件而使机构作增速传动。蜗轮的结构有整体式和组合式两种：对铸铁蜗轮或直径<100mm的青铜蜗轮，可制成整体式(图11-55a)。对尺寸较大的青铜蜗轮，采用组合结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或钢。（3）蜗杆副由蜗杆及其配对蜗轮组成的交错轴齿轮副，称为蜗杆副。蜗杆与蜗轮的轴线在空间互相垂直交错成90°

2．蜗杆传动的类型（1）阿基米德蜗杆

齿面为阿基米德螺旋面的圆柱蜗杆，其端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向截面为齿条形直线齿廓（故又称轴向直廓蜗杆），其法面齿廓为曲线。生产实际中阿基米德蜗杆加工方法与车削梯形螺纹类似，加工测量方便，应用最广（2）渐开线蜗杆齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆，其端面齿廓为渐开线，轴平面和法向平面内齿形为曲线。（3）法向直廓蜗杆垂直于齿线的法向平面内齿廓为直线的蜗杆。二、蜗杆传动的传动比蜗杆传动的传动比是主动蜗杆的角速度与从动蜗轮的角速度的比值，也等于蜗杆的头数与蜗轮的齿数的反比。分度机构中，采用单头蜗杆﹝z1=1﹞；传递动力时，常取z1=2、４；传递功率较大时，可取z1=６。为了避免根切，蜗轮的最少齿数应满足：z1=1时，；z1＞1时，。三、蜗杆传动的回转方向判断1．蜗杆（或蜗轮）旋向判别蜗杆（或蜗轮）的旋向判别采用右手定则。即：伸出右手，掌心朝着自己的脸，四指指向与蜗杆（或蜗轮）的轴线方向一致，则大拇指指向与蜗杆（或蜗轮）螺旋线上升方向一致的即为右旋，反之为左旋2.蜗轮回转方向的判别蜗杆传动时，蜗轮的回转方向不仅与蜗杆的回转方向有关，而且与蜗杆轮齿的螺旋方向有关。蜗轮回转方向的判定方法如下：蜗杆（或蜗轮）左旋时用左手，右旋时用右手，半握拳，弯曲四指指向与蜗杆回转方向一致，蜗轮回转方向与大拇指指向相反

四、蜗杆传动的特点（1）传动比大且准确。由于蜗杆头数一般在1至4，因此可以在蜗轮齿数不大的情况下获得较大的单级传动比。最大可达1000。（2）承载能力大。蜗杆传动为线接触，且同时进入啮合齿的对数较多，因此承载能力大。（3）传动平稳，振动、冲击和噪音均很小。由于蜗杆传动同时进入啮合齿的对数较多，且啮合时轮齿为逐渐进入和逐渐退出。（4）具有自锁性能。当蜗杆的导程角小于材料的当量摩擦角，便会发生自锁现象。此时只能由蜗杆带动蜗轮传动，而不能由蜗轮带动蜗杆传动

手动葫芦自锁机构（5）传动效率低。由于蜗杆蜗轮啮合时轮齿间的相对滑动速度较大，使传动中摩擦、磨损大，因此传动效率很低。具有自锁性能的蜗杆传动，其效率一般不超过50%。另一方面，由于摩擦中产生大量热量，蜗杆传动对润滑和冷却有特别的要求。（6）蜗轮材料昂贵。蜗杆低速轻载时采用45钢调质，中速中载时采用45钢、40Cr调质后表面淬火，高速重载时采用20钢、20Cr20CrMnTi渗碳后淬火。蜗轮一般采用减摩材料，除低速轻载时采用铸铁外，中速中载需采用价格较高的铝青铜，高速重载时需采用价格更高的锡青铜。（7）不能任意互换啮合。在蜗杆副中，由于蜗轮的轮齿是呈凹圆弧形而包围着蜗杆。所以切制蜗轮的蜗轮滚刀，其参数必须与工作蜗杆的参数完全相同。即不仅模数、压力角相同，滚刀与蜗杆分度圆直径、螺旋线的头数、导程角γ也都要求相同。因此仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换啮合的五、蜗杆传动的基本参数1.中平面（中间平面）通过蜗杆轴线且与蜗轮轴线相垂直的平面称为中间平面。规定中间平面内的参数为标准值。在中间平面内的蜗杆传动相当于标准齿条与标准的渐开线齿轮相啮合2.模数（m）蜗杆传动的模数系列与齿轮传动模数系列不同蜗杆的标准模数是指轴向模数，以mx表示。蜗轮的标准模数是指端面模数，用mt表示。蜗杆与蜗轮正确啮合时必须满足蜗杆的轴向模数与蜗轮的端面模数相等，且为标准值。即mx=mt=m。3.压力角蜗杆的压力角是指轴向压力角，用αx表示。蜗轮的压力角是指端面压力角，用αt表示。蜗杆与蜗轮正确啮合时必须满足蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角，且为标准值。即αt=αx=20°。4．蜗杆的直径系数q蜗杆直径系数是指蜗杆分度圆直径d1除以轴向模数m所得的商，公式为q=d1/m

5.蜗杆导程角γ蜗杆的导程角:蜗杆分度圆柱螺旋线的切线与端平面之间所夹的锐角，用γ表示。γ越大，蜗杆传动效率越高；γ越小，蜗杆传动效率越低。当导程角γ小于材料当量摩擦角，机构将出现自锁现象。蜗杆的直径系数与蜗杆导程角之间的关系为蜗杆头数Z1一定时，蜗杆直径系数q值越大，蜗杆分度圆直径d1越大，蜗杆刚性越高，但导程角γ越小，传动效率越低，自锁性越好。反之，q值越小，蜗杆刚性越差，导程角γ越大，传动效率越高。6．蜗轮螺旋角β蜗轮的螺旋角是指蜗轮分度圆柱螺旋线的切线与蜗轮圆柱直母线之间所夹的锐角，用β表示。六、蜗杆传动的几何尺寸计算七、蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动在中间平面内的正确啮合条件如下：（1）蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数，即。（2）蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角，即20°。（3）蜗杆的导程角等于蜗轮的螺旋角，且旋向相同，即。γ1=β2例11-3一蜗杆传动，蜗杆头数z1=2，直径系数q=10，模数m=5mm，转速n1=1440r/min，蜗轮齿数z2=60。试求：（1）蜗杆导程角的正切值；（2）蜗轮的转速n2；（3）蜗杆传动的中心距。八、蜗杆传动的失效形式与安装维护1.蜗杆传动的失效形式蜗杆传动传动中由于蜗轮材质较软，故失效一般都发生在蜗轮上，失效形式同齿轮传动，有疲劳点蚀、胶合、磨损、轮齿折断等，但由于蜗杆传动齿面滑动速度较大，磨损较为严重，故一般开式传动的失效形式主要是因为润滑不良、润滑油不洁造成的磨损；润滑良好的闭式传动的失效形式主要是胶合。2.蜗杆传动的安装维护（1）选择合适的滑润油和滑润方式，如优先选用粘度较大的极压齿轮油N320、N460等。（2）磨合与试运行。（3）加强散热降温。（4）定期检查与清洁。思考与练习1．为什么蜗杆传动中，主动件一般为蜗杆？2．阿基米德蜗杆的轴平面内的齿形、端面齿形和法向齿形分别是什么？3．蜗杆传动产生自锁的条件是什么？4．一蜗杆传动，已知：蜗杆头数z1=3，蜗杆转速nl=l380r/min，蜗轮齿数z2=69。求蜗轮的转速n2为多少？如果要求蜗轮转速n2=45r/min，则蜗轮的齿数z2应为多少?5．已知蜗杆传动中，双头蜗杆的转速为1440r/min，传动比i=20，d1=90，模数m=10mm，试求：（1）蜗轮的转速n2；（2）da2、df1；（3