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1、121 蜗杆传动的特点和类型,第十二章 蜗杆传动,122 圆柱蜗杆传动的主要参数 和几何尺寸,概述,123 蜗杆传动的失效形式、材料 和结构,125 圆柱蜗杆传动的强度计算,126 圆柱蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算,124 圆柱蜗杆传动的受力分析,概述,蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成。用于空间交错轴之间的传动，通常两轴交错角=90。,蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。,一般用于减速作用，也有增速作用。,传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。,12-1 蜗杆传动的特点和类型,一、蜗杆传动的特点,二、蜗杆传动的类型,一、蜗杆传动的特点,1.传动效率：闭式0.70.92，开式0.50.7，自锁蜗

2、杆0.40.45； 2.传动功率：受发热限制，Pmax=750kw，通常50kw； 传动速度：受发热限制滑动速度vs15，个别可达35m/s； 单级传动比：8i100，分度机构可达1000。,蜗杆传动的优缺点：,优点：,传动比大(880);工作平稳、噪声小;结构紧凑; 在一定条件下（蜗杆导程角很小时），可以实现自锁。,蜗杆齿与蜗轮齿相对滑动速度大，发热大和磨损严重，效率低（一般为0.70.9）；为了减摩和散热，蜗轮齿圈常采用青铜等减摩性良好的材料制造，成本较高。,缺点：,按蜗杆形状分,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥面蜗杆传动,二、蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动分为：,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗

3、杆传动,阿基米德蜗杆传动,渐开线蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动按螺旋面的形状分为：,普通圆柱蜗杆传动,1、蜗杆的旋向,蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。,2、蜗杆的制造精度（参看P183）,阿基米德蜗杆传动制造简单，在机械中应用广泛，并且也是认识其他类型蜗杆传动的基础，因此我们主要讨论这种蜗杆传动的一些基本知识和设计计算问题。,对于一般动力传动：,7级精度：蜗杆圆周速度7.5m/s,8级精度：蜗杆圆周速度3m/s,9级精度：蜗杆圆周速度1.5m/s,122 圆柱蜗杆传动的主 要参数和几何尺寸,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,中间（主）平面

4、 ,对于两轴线垂直交错的阿基米德圆柱蜗杆传动，在中间平面内蜗杆蜗轮的啮合传动相当于渐开线齿轮与齿条的啮合传动。,所以蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算以及承载能力计算都与齿条和齿轮传动相似。,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。,蜗杆传动的设计计算是以中间平面的参数和几何关系为准。,蜗杆轴向模数,蜗轮端面模数,蜗杆轴向压力角,蜗轮端面压力角,标准模数,标准压力角,1、 模数 m 和压力角,（轴向参数和端面参数）,由于在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合类似于齿轮与齿条的啮合，所以不难推出在中间平面内有：,标准模数见P184表121,蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系,=90 时： =,且旋向相同,

5、蜗杆传动的正确啮合条件：,即为蜗杆齿数z1 = 1 、2、 4,i = n1/n2 = z2/z1,= d2 / d1 ?, d2 / d1,z2 = i z1=26 80,常取 z2 = 32 63,2、 蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i （P184）,选择蜗杆的头数 z1主要考虑传动比、效率和制造三方面：,为便于制造，要求头数z1少。,为提高效率，可采用多头蜗杆，z1 2或4。,为得到大传动比，头数z1 1 ，但传动效率低。,z2 i z1取值范围见P184表122，蜗轮不产生根切的最少齿数是26。z2 大,蜗杆刚性差易变形导致啮合精度降低。,传动比 i：,蜗杆头数 z1 ：,

6、蜗轮齿数 z2 ：,注意：蜗杆传动比不等于蜗轮蜗杆分度圆直径比。,d1 = m q,3、 蜗杆直径系数 q 及导程角,为了限制蜗轮滚刀的数目并有利于标准化，规定了蜗杆分度圆直径d1的系列值，即每一个模数只与一个或几个蜗杆分度圆直径的标准值对应。 并把 q = d1 / m 称为蜗杆直径系数。P184表121, 切制蜗轮的滚刀，其直径及齿形参数（如模数m、螺旋线数z1和导程角）必须与相应的蜗杆相同。如果蜗杆分度圆直径不作必要的限制，导致刀具品种和数量会很多。,蜗杆分度圆直径：,导程角,从上式可知：,蜗杆轴向齿距,d1越小（或q越小），越大, 传动效率越高。但蜗杆的刚度和强度越小,Px1m,qd1

7、/m,由此可见，vs v1、v2,在节点C处，蜗杆速度为v1 ，蜗轮速度为v2 ，则齿面间沿蜗杆螺旋线方向的相对滑动速度为vs ，有：,4、 齿面间相对滑动速度 vs,所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。,齿面相对滑动速度vs对传动有何影响？,二、几何尺寸计算,中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2,其他尺寸计算见P186表12-3,普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别：,传动比 i ,斜齿轮传动,蜗杆传动,i = d2 / d1,i d2 / d1,m、 ,法面为标准值,中间平面为标准值, ,1= - 2, =, 旋向相同,d1 ,d1= mnz1/cos,d1=mq,且为标准值

8、,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合蜗杆传动设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。,12-3 蜗杆传动的失效形式、 材料 和结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,二、蜗杆和蜗轮结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,1、失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损和轮齿断裂等,由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。,不仅有足够的强度，减摩、耐磨和抗胶合能力良好。,碳素钢 40、 45号钢 调质（一般蜗杆）,蜗 杆,合金钢 20Cr、20CrMnTi渗碳淬火 40Cr 、 42SiMn 、45表面淬火（高速重载的蜗杆）,2、材料选择（蜗杆副）,齿面间有较大滑动速度，产生热量,材料要求：,

9、低速或人力传动中，蜗杆可不经热处理，甚至可采用铸铁。,101锡青铜 ZCuSn10P1 抗胶合和耐摩性良好，允许的滑动速度为25m/s；易于切削加工，但价贵。当滑动速度12m/S；采用含锡量较低 的555锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5。,蜗 轮,铝青铜 ZCuAl 9Fe3 有足够的强度，铸造性能好，耐冲击、价廉，但切削性能差，抗胶合能力不如锡青铜 。滑动速度6m/S。,球墨铸铁或灰铸铁 HT200 滑动速度2m/S。,高速蜗杆传动：,低速重载：,低速轻载,二、蜗杆和蜗轮结构,蜗杆结构,蜗轮结构,蜗杆绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。,轮齿部分青铜,轮毂（齿心）部分钢或铸铁,过盈联接,铰制孔

10、联接,直接浇铸,12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,1、确定蜗轮的旋转方向,2、蜗杆与蜗轮作用力判断,1、蜗杆与蜗轮受力分析,圆周力Ft1,蜗杆传动的受力分析同斜齿轮相似。,齿面上的法向力Fn分解成三个相互垂直的分力，分别为：,轴向力 Fa1,径向力 Fr1,蜗杆,蜗轮,圆周力Ft2,轴向力 Fa2,径向力 Fr2,1）力的大小计算,2）各力方向判定：,1、蜗杆上的圆周力Ft1起阻力作用，与蜗杆回转方向相反。 蜗轮上的圆周力Ft2起驱动力作用，与蜗轮回转方向相同。,2、径向力Fr分别指向各自的圆心。,3、蜗杆轴向力Fa1 ，按“左、右手定则”来判断。 蜗轮轴向力Fa2与蜗杆圆周力Ft1方向相反。

11、,方法：,左右手定则判断蜗杆轴向力,左旋蜗杆用左手定则判断,右旋蜗杆用右手定则判断,判断时蜗轮旋转方向时，把蜗杆看成螺杆，蜗轮看成螺母,1、四指弯曲与蜗杆转动方向一致。,2、大拇指的指向即为螺杆所受轴向力Fa1方向。,蜗轮转动方向与大拇指反向。,确定蜗轮的旋转方向,用左手定则判断,左旋蜗杆,蜗轮转动方向与大拇指反向。,标出图示中未注明的蜗杆或蜗轮的转向（均为蜗杆主动），画出蜗杆和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向。,例题、,Ft2,Fa1,Ft1,Fa2,Ft2,Fa1,Ft1,Fa2,Ft1,Fa3,125 圆柱蜗杆传动的 强度计算,一、齿面接触疲劳强度计算,1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料

12、原因）,2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合， 蜗轮类似斜齿轮,特点：,因此， 蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，,其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导,上式适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮（指齿圈）,设计公式 ,说明：,m2d1求出后，查表12-1选择合适的 m、d1,如：m2d15120，则 m8 、 d1 80,由于齿形的原因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z2特多、蜗轮采用脆性材料或开式传动中计算弯曲强度才有意义。,二、轮齿的弯曲强度,12-6 圆柱蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率,二、圆柱蜗杆传动的润滑,三、圆柱蜗杆传动的热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率, = 123,与齿轮传动类似：,230.950.97,轮齿啮合的功率损耗,轴承中摩擦损耗,搅动箱体内润滑油的油阻损耗,啮合效率类似于螺旋副：,故：,功率损耗,由上式可知， ，所以常采用多头螺杆。但 过大，引起加工困难，且28 时， 不明显。,z1 = 1 时， = 0.70.75,z2 = 2 时， = 0.750.82,z2 = 4 时， = 0.870.92,当时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低 0.5。,闭式传动：,在有振动的情况下, 值的波动较大，因此不能靠蜗杆传动的自锁作用来实现制动。在重要场合必须另加制动装置。,二、圆柱蜗杆传动的润滑,一