莱职院机械设计基础课件第11章 蜗杆传动

第11章蜗杆传动结束§11.1蜗杆传动的类型和特点§11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算§11.3蜗杆传动的失效形式和计算§11.4蜗杆传动的材料和结构§11.5蜗杆传动的强度计算§11.6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡§11.7普通圆柱蜗杆传动的精度等级§11.8常用各类齿轮传动的选择11.1蜗杆机构的类型及特点综述：

1．2．点接触，承载能力低，3．相对滑动速度大，轮齿易磨损。一、蜗杆蜗轮的形成

1．螺旋齿轮机构

2．啮合特点：蜗杆分度圆柱面上螺旋线的导程角示意图

返回二、蜗杆蜗轮机构的分类

按蜗杆形状：圆柱蜗杆机构环面蜗杆机构锥蜗杆机构阿基米德圆柱蜗杆

按蜗杆齿廓曲线形状：渐开线圆柱蜗杆延伸渐开线蜗杆锥面包络圆柱蜗杆

●普通圆柱蜗杆传动：⑴阿基米德蜗杆（ZA）⑵法面直廓蜗杆（ZN）⑶渐开线蜗杆（ZI）⑷锥面包络圆柱蜗杆（ZK）●圆弧圆柱蜗杆（ZC）

四、蜗杆传动的特点

优点：①传动比大，机构紧凑；

②传动平稳、无噪音；

③反向行程时可自锁，安全保护。

缺点：①齿面相对滑动速度大，易磨损；②效率低、成本较高。

三、蜗杆传动的正确啮合条件

主平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。

正确啮合条件：返回一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择

1.蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2

蜗杆头数z1=1~4：●单头：i大，易自锁，效率低，精度高。●多头：η↑，但加工困难，精度降低。蜗轮齿数z2=27~80

2.蜗杆分度圆上螺旋升角

11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算3．蜗杆的分度圆直径d1

和直径系数q

d1=mq

二、几何尺寸计算

传动比和齿数比：

标准中心距a：三、蜗杆传动的滑动速度及转动方向的判断

1．滑动速度2.方向的判断：左右手螺旋定则

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11.3蜗杆传动的失效形式、设计准则

一、失效形式：

主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失效是齿面胶合和过度磨损。二、设计准则:

●开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则。

●闭式传动：主要失效是胶合和点蚀。设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，另计算热平衡和蜗杆刚度。三、常用材料：

要求：足够的强度；良好的减摩、耐磨性；良好的抗胶合性。蜗杆材料：碳钢和合金钢。蜗轮材料：铸造锡青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5P65Zn5）铸造铝青铜（ZcuAl10Fe3）灰铸铁。11.4蜗杆传动的材料和结构

11.4.1

蜗杆传动的材料为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。11.4.2

蜗杆、涡轮的结构1.蜗杆的结构蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。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。2.蜗轮的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮齿圈式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮

11.5蜗杆传动的强度计算

一、蜗杆传动的受力分析1．力的大小2．力的方向和蜗轮转向的判别Ft“主反从同”，

Fr指向轴线Fa1按蜗杆左（右）手螺旋定则确定。二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算校核公式：设计公式：三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核：四、蜗杆的刚度计算

蜗杆刚度条件：

许用最大挠度：

截面惯性矩I

：11.6蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算

一、蜗杆传动的效率

蜗杆效率初估

Z11，2，4，6

0.7，0.8，0.9，0.95二、蜗杆传动的润滑

目的：1）提高效率；2）降低温升，防止磨损和胶合。

方法：●蜗杆上置式浸油润滑：润滑效果较差，但搅油损失小；

●蜗杆下置式浸油润滑：润滑效果较好，但搅油损失大。三、蜗杆传动热平衡计算

●原因：摩擦热使温升较高，润滑油粘度下降，加剧磨损和胶合。●热平衡计算：

1000P1（1-）=KsA(t1-t0)

●如t1>80°时采取措施：1．加散热片以增大散热面积。2．蜗杆轴端加风扇，用强制风冷却。3．在传动箱内安装循环冷却管路。4．采用压力喷油润滑。11.7蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护蜗杆传动的精度选择GB10089-88对普通圆柱蜗杆传动规定了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，6~9级精度应用最多6级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度v2≥5m/s7级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速度v2≥7.5m/s8级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v2≥3m/s9级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构蜗杆传动安装蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如右图所示。为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。例题11.1设计一运输机的闭式蜗杆传动。蜗杆输入功率蜗杆的转速，传动比，载荷平稳，单向回转，，通风良好。预期使用寿命15000h，估计散热面积解：（1）选择材料并确定许用应力蜗杆：由于功率不大，采用45钢表面淬火，硬度>45HRC。蜗轮：因转速较高，采用抗胶合性能好的铸锡青铜，ZcuSn10P1，砂模铸造。查表11.6，蜗轮材料的基本许用接触应力为查表11.8，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为计算应力循环次数N（蜗轮转速）计算寿命系数计算许用应力：（2）确定蜗杆头数和蜗轮齿数由表11.1，根据传动比i值取（3）计算蜗轮转矩取（4）按齿面接触疲劳强度计算取载荷系数由式（11.10）得查表11.2，按选取得m=8，q=10

查表11.5，得由式（11.11）得齿根的弯曲疲劳强度校核合格。（5）验算传动效率蜗杆分度圆速度为查表11.9得与原估计相近。

取室温取散热系数

符合要求。（7）中心距a及各部分尺寸各部分尺寸计算略。（6）热平衡计算蜗杆传动的精度选择GB10089-88对普通圆柱蜗杆传动规定了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，6~9级精度应用最多6级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度v2≥5m/s7级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速度v2≥7.5m/s8级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v2≥3m/s9级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构蜗杆传动安装蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如右图所示。为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。例题11.1设计一运输机的闭式蜗杆传动。蜗杆输入功率蜗杆的转速，传动比，载荷平稳，单向回转，，通风良好。预期使用寿命15000h，估计散热面积解：（1）选择材料并确定许用应力蜗杆：由于功率不大，采用45钢表面淬火，硬度>45HRC。蜗轮：因转速较高，采用抗胶合性能好的铸锡青铜，ZcuSn10P1，砂模铸造。查表11.6，蜗轮材料的基本许用接触应力为查表11.8，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为计算应力循环次数N（蜗轮转速）计算寿命系数计算许用应力：（2）确定蜗杆头数和蜗轮齿数由表11.1，根据传动比i值取（3）计算蜗轮转矩取（4）按齿面接触疲劳强度计算取载荷系数由式（11.10）得查表11.2，按选取得m=8，q=10

查表11.5，得由式（11.11）得齿根的弯曲疲劳强度校核合格。（5）验算传动效率蜗杆分度圆速度为查表11.9得与原估计相近。（6）热平衡计算

取室温取散热系数

符合要求。（7）中心距a及各部分尺寸各部分尺寸计算略。（8）精度选择由v2选择精度等级。精度等级选择参考GB10089-88。故选8级精度。（9）绘制蜗杆、蜗轮零件工作图11.8常用各类齿轮传动的选择11.8.1各类齿轮传动性