机械设计 课件 第8章 蜗杆传动

第8章蜗杆传动蜗杆传动是空间交错轴间运动和动力的一种传动形式。蜗杆传动的失效形式及计算准则，圆柱蜗杆传动的强度计算和热平衡计算。重点：蜗杆传动的失效形式及计算准则，蜗杆传动受力分析及强度计算。

本章提要8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算

8.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算8.4圆柱蜗杆传动的强度计算8.3蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料8.1概述8.6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计

目录第8章蜗杆传动蜗杆传动组成第8章蜗杆传动8.1概述第8章蜗杆传动（1）圆柱蜗杆传动1.蜗杆传动的类型（2）圆环面蜗杆传动

（3）锥蜗杆传动

阿基米德蜗杆（ZA）渐开线蜗杆（ZI）延伸渐开线蜗杆（ZN）圆弧圆柱蜗杆

锥面包络圆柱蜗杆（ZK）8.1概述齿型：轴垂面：阿基米德螺线轴面：直廓（αx1=20°直齿条齿廓）特点：加工方便，应用广，不能磨削，精度低加工：直刃车刀，切削刃过轴线第8章蜗杆传动①阿基米德蜗杆（ZA）8.1概述1.蜗杆传动的类型（1）圆柱蜗杆传动加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切齿形：轴垂面：渐开线

轴剖面：凸齿廓

基圆柱切面:直齿廓特点：可滚切、磨削，

制造精度高②渐开线蜗杆（ZI）第8章蜗杆传动8.1概述1.蜗杆传动的类型（1）圆柱蜗杆传动加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线轴剖面：凸齿廓齿法面：凸齿廓特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用广泛③锥面包络圆柱蜗杆（ZK）第8章蜗杆传动8.1概述1.蜗杆传动的类型（1）圆柱蜗杆传动加工：凸圆弧车刀车削加工齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧

蜗轮端面齿廓：凸圆弧特点：高承载(>普蜗50%)、高效90%、应用广泛④圆弧圆柱蜗杆

第8章蜗杆传动8.1概述1.蜗杆传动的类型（1）圆柱蜗杆传动加工：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内齿形：蜗杆：轴垂面：延伸渐开线，轴剖面：凸齿廓法面：直廓（齿形角αn=20°）特点：可车、指状铣刀、

盘铣刀加工，磨削困难⑤延伸渐开线蜗杆（ZN）第8章蜗杆传动8.1概述1.蜗杆传动的类型（1）圆柱蜗杆传动（2）圆环面蜗杆传动（3）锥蜗杆传动第8章蜗杆传动8.1概述1.蜗杆传动的类型环面蜗杆传动的特点:①承载能力高，约为阿基米德蜗杆传动的2～4倍；②传动效率高，一般可达85%～90%；③要求制造和安装精度高。锥蜗杆传动的特点:①同时接触的点数较多，重合度大；②传动比范围大，一般为10～360；③承载能力和效率较高；④制造安装简便，工艺性好。（3）传动比大，准确恒定，一般i=5~80（2）重合度大，传动平稳，噪声低（连续啮合）（6）齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算）（5）可实现自锁（效率低于40%）（4）传动效率低，z1=1η=0.7～0.75,z1=2η=0.75～0.82（7）技术数据:n1=4000r/min;v1=69m/s;P=1000kW;T2=700kNm（1）传递空间交错轴间运动与动力常用2.蜗杆传动的特点和应用第8章蜗杆传动8.1概述（1）精度等级：GB10095-88规定，1-12级（12级最低）

（2）精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度

（表8-1）

3.蜗杆传动的精度第8章蜗杆传动8.1概述8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1.圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择（1）模数m和齿形角a①中间平面：过蜗杆轴线、垂直蜗轮轴线的平面②啮合关系：齿条、齿轮啮合mx1=mn2=m;ax1=an2=a；β2=γ1中间平面第8章蜗杆传动③基准蜗杆齿形角：阿基米德蜗杆（ZA）：ax1=20°延伸渐开线蜗杆（ZN）：an1=20°渐开线蜗杆（ZI）：an1=20°法面与轴面齿形角的关系：8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1.圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择第8章蜗杆传动（1）模数m和齿形角a(2)蜗杆的分度圆直径d1和导程角分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同，

为了限制滚刀的数目，标准规定对应每一模数,仅有有限

数目的标准蜗杆分度圆直径d1。8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1.圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择第8章蜗杆传动（3）蜗杆的头数z1、z2选取原则：①i大，取z1小，（避免z2过大，蜗轮尺寸大）②

传递功率大，选大z1(避免发热、功率损失)③z1=1、2、4、6④z2=27~80（d2、m、z2

的关系）

z1小，机构紧凑、加工方便；效率较低；

z1大，效率越高，加工困难。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1.圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择第8章蜗杆传动2.圆柱蜗杆传动的变位（2）变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变（4）中心距

变位系数

（3）变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变

蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合

蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合（1）变位目的：①凑中距

②提高承载能力和传动效率8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算第8章蜗杆传动（4）主要尺寸计算公式蜗轮蜗杆8.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算3.圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算第8章蜗杆传动表8-41.蜗杆传动的失效形式及计算准则（1）蜗杆刚度不足：蜗杆齿强度高，只计算轴强度、刚度（2）蜗轮胶合、点蚀、磨损（条件性设计）（1）闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶合）

校核弯曲强度（2）开式传动：按弯曲强度设计

（3）系统过热：热平衡计算8.3蜗杆传动的失效形式、计算准则和常用材料第8章蜗杆传动

失效形式

计算准则2.常用材料要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力蜗轮材料：

锡青铜:(ZCuSn10Pb1等)，耐磨好，价格高，用于VS>3m/s

铝青铜:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，强度高，价格低VS<2m/s

铸铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动蜗杆材料：高速重载—合金钢渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度58~62HRC表面淬火(45，40Cr，40CrNi)、硬度45~50HRC

一般低速中载—碳钢(40，45)调质，硬度200~300HBS8.3蜗杆传动的失效形式、计算准则和常用材料第8章蜗杆传动1.轮齿受力分析8.4蜗杆传动的强度计算（1）大小与相互关系第8章蜗杆传动（3）方向判定（2）蜗杆轴向力判定：左右手定则8.4蜗杆传动的强度计算第8章蜗杆传动1.轮齿受力分析①圆周力Ft(Ft主与v主反向，Ft从与v从同向)②蜗杆轴向力Fa

主动轮左右手定则(主动轮旋向、转向与轴向力关系)③径向力Fr指向各自轴心（4）滑动速度VS第8章蜗杆传动8.4蜗杆传动的强度计算1.轮齿受力分析2.圆柱蜗杆传动的计算载荷8.4蜗杆传动的强度计算第8章蜗杆传动3.圆柱蜗杆传动的承载能力计算

①计算模型：中间平面，齿条与齿轮啮合（斜齿）②接触应力计算第8章蜗杆传动8.4蜗杆传动的强度计算（1）蜗轮齿面接触疲劳强度计算第8章蜗杆传动8.4蜗杆传动的强度计算蜗轮材料的基本许用接触应力表8-7接触疲劳强度的寿命系数②接触应力计算校核式设计式（1）蜗轮齿面接触疲劳强度计算3.圆柱蜗杆传动的承载能力计算（2）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算①计算模型：按斜齿轮近似计算②弯强度计算式第8章蜗杆传动8.4蜗杆传动的强度计算3.圆柱蜗杆传动的承载能力计算校核式设计式第8章蜗杆传动8.4蜗杆传动的强度计算（4）蜗杆轴的刚度计算3.圆柱蜗杆传动的承载能力计算（3）蜗杆轴的强度计算

（见第10章轴的强度计算）

通常将蜗杆螺旋齿部分看作是以齿根圆直径df1为直径的轴来校核蜗杆轴的弯曲刚度，其最大弯曲挠度近似计算式为(mm)

L1=0.9d2，d2为蜗轮分度圆直径[y]——许用最大挠度，[y]=d1/1000闭式蜗杆传动效率1.蜗杆传动的效率=1.2.

3（1）

1—啮合效率

v--当量摩擦角，可根据滑动速度vs选取

—蜗杆分度圆导程角d1—蜗杆分度圆直径n1—蜗杆的转速z1=1,z1=2,z1=4z1=6=0.7=0.8=0.9=0.95估算总效率（2）

2——轴承效率

3——搅油效率

一般取

2.3=0.95～0.96第8章蜗杆传动8.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算2.蜗杆传动的润滑润滑的目的：防止胶合和磨损、提高效率开式：定期涂润滑脂闭式：浸油或喷油第8章蜗杆传动8.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算（1）

润滑方法（2）润滑油的选择

根据力-速度因子

由图8-16查得温度为40℃（或50℃）时润滑油的运动黏度ν由表8-13中查出蜗杆传动油的牌号。（3）润滑油油量

对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当为上置蜗杆时，浸油深度可约为蜗轮外径的1/3。表8-143.蜗杆传动的热平衡计算A——有效散热面积（箱内高温油可溅到、箱外可散热）P1——蜗杆传动的功率Kd——箱体表面散热系数（8.15～17.45W/m2ºC）t——油的工作温度t0——周围空气温度第8章蜗杆传动8.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算（1）自然通风下连续工作的蜗杆传动3.蜗杆传动的热平衡计算第8章蜗杆传动8.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算（1）自然通风下连续工作的蜗杆传动若t＞80℃或有效的散热面积不足时①在箱体外壁加散热片以增大散热面积②在蜗杆轴端加装风扇进行人工通风③在箱体油池内加装蛇形水管用循环水冷却④采用压力喷油循环润滑其他情况（略）8.6圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1.蜗杆结