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1、研制：侯研制：侯玉英玉英 一蜗杆传动组成由蜗轮和蜗杆组成 蜗轮 蜗杆 a） 蜗杆下置 b） 蜗杆上置 二蜗杆传动的应用 蜗杆传动用于传递空间两交错轴之间的运动和转矩，两轴 线之间交错的夹角可以是任意的，但最常用的是两轴在空 间相互垂直，轴交角为90。 三本章 主要内容 蜗杆 传动 类型、特点，几何尺寸计算 主要参数及其选择，轮齿受力分析重点 蜗杆传动承载能力计算 蜗轮轮齿强度、蜗杆刚 度计算 蜗杆传动热平衡计算控制温升，防止胶合破坏 1.结构紧凑，传动比大(动力传动中， 一般单级传动比 i =880，在分度传 动中，可达1000)， 2. 传动平稳，振动、冲击和噪声均很 小，在一定的条件下具有
2、自锁性等 蜗杆 传动缺点在制造精度和传动比相同的情况下 ，蜗杆传动的摩擦发热大，效率比齿轮传动低， 只宜用于中、小功率的场合 一蜗杆 传动的特 点 蜗杆传 动优点 3-1 3-1 蜗杆传动概述 二、蜗杆传 动的分类 普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 n1 n2 圆柱蜗杆传动 n1 n2 环面蜗杆传动 n1 n2 锥蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿 面一般是在车床上用直 线刀刃的车刀车制的(zK 型蜗杆除外)。车刀安装 位置的不同，所加工出 的蜗杆齿面在不同截面 中的齿廓曲线也不同。 一）普通圆柱蜗杆传动 20 阿基米德螺旋线 直廓 20 凸廓 N-N I-
3、I 1. 阿基米德蜗杆（ZA） 一）普通圆柱蜗杆传动 蜗杆齿廓特点： 垂直于轴线的剖面 上齿廓为阿基米德 螺旋线； 通过蜗杆轴线的剖 面上为直线齿廓； 不便加工，且难于磨削，不易保证精度，用于低速、轻 载或不太重要的传动。 蜗轮齿廓及蜗杆蜗轮传动特点： 蜗轮齿廓在中间平面上（通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线 的平面）蜗轮齿廓为渐开线 蜗杆蜗轮传动特点在中间平面上蜗杆蜗轮的啮合如齿轮、齿 条的啮合关系 阿基米德圆柱蜗杆传动 A A 中间平面 2. 渐开线蜗杆（ZI） 蜗杆齿廓特点：蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线 一）普通圆柱蜗杆传动 蜗杆可以磨削，易保证加工精度，用于头数较多、转速较高和 较
4、精密的传动。 db 渐开线 I-I 凸廓 0 直廓 凸廓 0 I I 蜗杆可用两把直 线刀刃的车刀在车床 上车制。加工时，两 把车刀的刀刃平面一 上一下与基圆相切， 被切出的蜗杆齿面是 渐开线螺旋面，端面 的齿廓为渐开线。 3. 法向直廓蜗杆（ZN） 蜗杆齿廓特点：蜗杆法面齿廓为直线，端面齿廓为延伸渐开线 一）普通圆柱蜗杆传动 蜗杆加工简单，可以磨削，用于头数、精密的蜗杆传动。 N N II I-I 凸廓 20 直廓 N-N d0 延伸渐开线 车制时刀刃顶面置于螺旋线的法面上，蜗杆在法向剖面上 具有直线齿廓，在端面上为延伸渐开线齿廓。 二) 圆弧圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆的齿 形分为 圆弧圆
5、柱蜗杆轴向剖面为圆弧形齿廓，用车刀车削 用轴向剖面为圆弧的环面砂轮，装在蜗杆螺旋线的 法面上， 阿基米德螺旋线 II I-I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N-N N N 圆弧圆柱蜗杆与普通圆柱蜗杆的区别： 1）在主剖面上蜗杆齿廓为凹弧形，与之配合的蜗轮齿廓 为凸弧形； 2）凹凸弧齿廓啮合传动，也是线接触的啮合传动，接触 处的综合曲率半径大，承载能力高
6、，比普通圆柱蜗杆 高50%150%； 3）瞬时接触线与滑动速度交角大，有利于啮合面间油膜 形成，摩擦小，效率高，蜗杆可磨削，精度高，用于 冶金、矿山、化工、起重运输机械。 接触线 vsvt 3-2 3-2 普通圆柱蜗杆传动基本参数及几何尺寸计算 一普通圆柱蜗杆传动的基本参数及及其选择 b1 2 d2 df1 d1 da1 pz df2 da2 R1R2 b2 B 阿基米德蜗杆在主剖面内相当于齿轮与齿条的啮合传动。 主要参数有：模数m、压力角、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2、 蜗杆直径系数q、蜗杆分度圆柱导程角等。 一）模数m和压力角 蜗杆轴面压力角x1=蜗轮端面压力角t2=标准压力角 =20 A
7、A 蜗杆轴面模数mx1=蜗轮端面模数mt2= 标准模数m 中间平面 二）蜗杆分度圆直径(又称中圆直径) d1和直径系数q 蜗杆传动中，为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，常用与 蜗杆具有同样参数的蜗轮滚刀来加工与其配对的蜗轮。这样 ， 只要有一种尺寸的蜗杆，就必须有一种对应的蜗轮滚刀。为 了减少蜗轮滚刀的数目，为便于蜗轮滚刀的标准化，规定蜗 杆直径d1为标准值，且与m搭配。 d1与m的比值称为蜗杆直径 系数，用q表示，即： 。 注意：由于d1与m均为标准值，故q是d1、m两个参数的导出值 ， 不一定是整数， d1、m、q之间关系见表6-1。 因此，蜗杆分度圆直径 : 蜗杆分度圆导程角 蜗杆轮齿的切线
8、与其端面之间的夹角 导程（同一条螺旋线上相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离） ：pz=z1px 蜗杆轴向齿距（相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）：px=m ，效率高， 330的蜗杆具有自速性。 d1 导程 pz px d1 d1 导 程 角 与 导 程 的 关 系 导程角 ： px tan= = = = = pz d1 z1px d1 z1m d1 z1m qm z1 q 三）蜗杆分度圆柱导程角 三）传动比i、蜗杆头数Z1及蜗轮齿数Z2 2蜗杆头数Z1 蜗杆螺旋线数 对结构尺寸：i一定时，Z1则Z2尺寸，且加工困难 对效率Z1时， 其效率啮 =tan/tan（+v） 对自锁Z1时，自锁性好 Z1影响
9、 考虑传动比i则Z1，i时 Z1见表6-2 考虑用途对反行程有自锁要求的传动取Z1=1 考虑效率要求要求啮时宜选Z1 一般取14 Z1选 择原则 通常蜗杆传动是以蜗杆为主动的减速装 置，故传动比与齿数比相等，即： 1传动比i 注意 ： i= = n2z1 n1 z2 d1 d2 i= = n2z1 n1 z2 = u d1=qm Z1m 3. 蜗轮齿数Z2 具体选择时，还应考虑i、 z1、 z2匹配关系 对蜗杆刚度M不变时，Z2则d2，蜗杆轴跨距，刚度 对蜗轮加工 Z2蜗轮轮齿根切 影响 避免产生根切，与单头蜗杆啮合的蜗轮，其齿数17 增大啮合区提高平稳性，通常规定28（保持两对齿啮合 ） 为
10、防止蜗轮尺寸过大造成蜗杆轴跨距大降低蜗杆的弯曲刚度 Z2max 80 。 Z2 选 择 蜗杆头数与蜗轮齿敷的荐用值 4 传动比 蜗杆头数 蜗轮齿数 2840142791378 2832275228812880 3 4 2312 40 1 40 二. 蜗杆传动的正确啮合条件 当两轴线交错角=90时，导程角应与蜗轮分度圆柱螺旋角等值且 方向相同。 1 = 2 蜗杆传动的正 确啮合条件 O1 O1 1 1 O2 1=2 O1 O1 O2 O2 1 2 三. 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 一） 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸 b1 2 df1 d1 da1 pz R1R2 B d2 df2 da2 b2
11、 中间平面 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表-2 注意： 1. 蜗杆分度圆直径：d1=qmZ1m 2 .蜗杆传动的中心距： a=0.5（d1+d2）=0.5m（q+Z2） 0.5m（Z1+Z2） 分度圆直径d2 顶圆直径da 2 根圆直径df2 3 . 蜗轮的 指蜗轮中间 平面上的值 中间平面 d2 df2 da2 一蜗杆、蜗轮配对材料选择 3-3 蜗杆传动的材料选择、失效形式及设计准则 特点 结构细而长易变形，一般为主动件，n1应力 循环次数N1，且连续运转； 要求材料的抗变形能力强（E）；轮齿强度要高 （B S）； 冲击大 20Cr、20CrMnTi、12CrNi3A表 面渗碳淬火(
12、齿面硬度5662HRC ） 冲击小 40、45钢和40Cr、40CrNi、 42SiMn表面淬火(齿面硬度4555HRC ） 不太重要的低速中载蜗杆用45、40等碳素钢调 质处理（硬度为220 300HBS）。 蜗 杆 常用 材料 高速重 载蜗杆 一）蜗杆材料选择: 二）蜗轮的材料选择 强度足够 减摩性好（fV）： fV钢-青铜 fV钢-铸铁 fV钢-钢 对材料 要求 常用 材料 锡青铜ZCuSn10PI等耐磨性最好，但价格 较高用于高速或重要传动 铝铁青铜ZcuAl10Fe3Mn2耐磨性较好，但 价格便宜，用于中速，较重要传动 灰铸铁(HTl50或HT200)用于低速轻载 VS 4ms 选锡
13、青铜作蜗轮的齿圈 VS 24ms 选铝铁青铜 VS 2ms 选灰铸铁 选择方法:初估滑动速度 VS=（0.020.03） 青铜 蜗 轮 二蜗杆传动的失效形式及计算准则 一）蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效特点由于材料和结构上的原因，在一般情况下，失 效多发生在蜗轮上。 闭式蜗杆传动主要失效形式： 蜗 轮 齿面点蚀齿面接触应力H 循环作用引起 当z280时也会出现轮齿的弯曲折断 d1 d2 2 1 1 v1 vs v2 开式蜗杆传动的主要失效形式蜗轮轮齿的磨损。 齿面胶合由于蜗杆蜗轮齿面间的相对滑 动速度较大（ ） ，效率低发热量大，使润滑油粘度因温度升 高而下降，润滑条件变坏，容易发生胶合。 开式蜗杆传动主要是控制因磨损而引起的蜗轮轮齿的 折断，按齿根弯曲疲劳强度条件设计计算或校核计算。 二）计算准则 闭式蜗杆传动按齿面接触强度设计，校核齿根弯曲强 度，连续工作的闭式传动，摩擦发热大，效率低，温 度升高，散热不好，引起润滑条件恶化而产生胶合， 还需进行传动效率和热平衡计算以控制温升。 制作： 侯玉英
