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1、 第九章 蜗杆传动 9.1 概述 蜗杆传动图 9.1.1 蜗杆传动的特点和应用 1、特点： 单级传动比大;结构紧凑; 2、应用： 传动比大且结构要求紧 凑或自锁的中、小功率传动 场合。 机床：数控工作台、分度 汽车：转向器 冶金：材料运输 矿山：开采设备 起重运输：提升设备、电梯 、自动扶梯 传动平稳，无噪音; 可自锁; 传动效率低; 成本高。 9.1.2 蜗杆传动的类型 1、按蜗杆形状分3类 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 (应用最早、最广) 2、根据齿面形状不同,圆柱蜗杆传动分为两类： 普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 (直线刀刃或圆盘刀刃加工) (刃边为凸圆弧形刀具加工) 根据
2、齿面形状不同： 圆弧圆柱蜗杆 普通圆柱蜗杆 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 渐开线蜗杆(ZI蜗杆) 法向直廓蜗杆(ZN蜗杆) 锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆) 3、阿基米德蜗杆 在轴剖面：直线齿廓 法剖面：凸曲线 垂直轴剖面：阿基米德螺旋线 车削加工，不便于磨削，精度低。 蜗轮滚刀：与蜗杆尺寸相同 在中间平面上可看成直齿齿条与渐开线齿轮啮合 9.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 中间平面上的参数作为设计基准 9.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择 1 、蜗杆传动的正确啮合条件及模数m和压力角 旋向相同 2 、蜗杆分度圆直径d1和导程角 对每一标准模数规定 了一定数量的蜗杆分 度圆直径
3、d1（表9-1） 原因：为了限制切削 蜗轮的滚刀数目并便 于标准化 2 、蜗杆分度圆直径d1和导程角 导程角： 3 、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2 蜗杆头数Z1通常取为：1，2，4，或6 Z2=iZ1，一般取Z2=2880 1.为避免根切与干涉，理论上应使 2.为避免啮合区过小，影响传动平稳性， 通常规定 3.对于动力传动，为了保证轮齿的弯曲 强度和蜗杆的弯曲刚度，一般规定 注意： 4 、传动中心距a和变位系数x2 标准中心距 变位蜗杆传动（只对蜗轮变位） 特点：1.变位后，蜗杆的参数和尺寸保持不变， 只是节圆不再与分度圆重合； 2.变位后的蜗轮，节圆和分度圆仍然重 合只是其齿顶圆和齿
4、根圆改变了。 C O C O （1） 变位前后，蜗轮的齿数不变: Z2= Z2 而传动中心距改变: aa 一般取 x 1 按变位后的尺寸加工、安装 （2）变位前后，传动中心距不变 a=a 蜗轮的齿数变化: Z2 Z2 一般取 x 1 5、 相对滑动速度S m/s 式中： d1-蜗杆分度圆直径，mm n1-蜗杆的转速，r/min -蜗杆分度圆上的导程角, 度 9.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 9.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择 9.3.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则 失效形式：主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且 失效通常发生在蜗轮轮齿上。 设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条
5、件 计算蜗杆传动的承载能力。在选择许用应力时，要 适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。 对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆轴 强度和刚度进行计算。 9.3.2 蜗杆和蜗轮的常用材料 对蜗杆和蜗轮材料的要求：不仅要求具有足够的 强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨 性和跑合性能。 蜗杆材料：一般用碳素钢或合金钢制成，要求齿 面光洁并具有较高的硬度。 蜗轮材料：一般为铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰 铸铁等。 9.4 普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算 9.4.1 蜗杆传动的受力分析和计算载荷 1 受力分析 而法向力 取 ， 则有 N 式中： T1、T2分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mm, T2
6、=iT1，N.mm, 传动效率，i 传动比 d1 、 d2分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径, mm 压力角， =20 蜗杆分度圆柱上的导程角，度 力的方向： 确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合 圆柱齿轮传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆 周力Ft的方向来判定，即Fa1与 Ft2方向相反， Ft1与 Fa2的方向相反。 也可按照主动件左右手定则来判断。 力的方向判断例题 2 蜗杆传动的计算载荷 计算载荷=K 名义载荷 式中KA工作情况系数 K动载荷系数 K齿向载荷分布系数 9.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 校核公式为： MPa 设计公式为： mm3 ZE弹性系数，对于青铜或 铸
7、铁蜗轮与钢制蜗杆 配对时，取 式中： 蜗轮材料的许用接触应力，MPa 应力循环次数N=107时，蜗轮材料 的基本许用接触应力，MPa 寿命系数 9.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 9.5.1 蜗杆传动的效率 式中：1啮合效率 2 、3分别为轴承效率和搅油效率 一般取23=0.950.96 蜗杆传动的总效率 9.5.2 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：采用粘度较高的齿轮油或涂润滑脂进行定期 供油润滑。 闭式：浸油或喷油 润滑方法： ：蜗杆下置浸油润滑 ：蜗杆上置浸油（搅油阻力大） ：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端 蜗杆布置与润滑方式 蜗杆下置：浸入油中深度至少
8、一个牙高，但油面不应 超过轴承最低滚动体的中心。 蜗杆上置：浸入油池的蜗轮深度为（1/61/3）r2 蜗杆下置式冷却效果更好。 9.5.3 蜗杆传动的热平衡计算 单位时间内由摩擦损耗 的功率产生的热量为 W 式中：P1蜗杆传动的功率，KW 蜗杆传动的总效率 单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为 W 式中 Ks散热系数 A散热面积 t达到平衡时，箱体内的 油温，t在800C以内 t0周围空气温度， t0=200C 在既定工作条件下，保持正常油温所需要的 散热面积 根据热平衡条件H1=H2可求得既定工作条件下 的油温 一般应使t在80以下 若t80或有效的散热面积不足时,则必须 采取措施,以提高其散热能力 常用措施: 1 、合理设计箱体结构,铸 出或焊上散热片,以增大散 热面积 2 、在蜗轮轴上装置风扇, 进行人工通风,以提高散 热系数 3 、在箱体油池内装 设蛇形冷却水管 4 、采用压力喷油循 环润滑 9.6 蜗杆和蜗轮的结构 一、 蜗杆的结构 1) 铣制蜗杆：刚性较好。 2) 车制蜗杆：退刀槽而使轴径小于蜗杆根圆直径，削 弱了蜗杆的刚度。 蜗杆与轴分开制作 二、蜗轮的结构 蜗轮可制成整体式或装配式 1 整体式 2 齿圈压配式 过盈配合 3 螺栓联接式 4 镶铸式 斜齿圆柱齿轮蜗杆减速器 齿轮传动、蜗杆传动的应用 圆柱齿轮减速器
