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1、 第六章第六章 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 第六章 蜗杆传动 6-1 蜗杆传动概述 一、蜗杆传动的特点 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之 间的运动和动力，一般两轴间的交错角=90。 蜗杆传动是在齿轮传动的基础上，为了获得较大的传动比 而发展起来的。 它具有齿轮传动的某些特点，即在中间平面或称主平面 （通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内的啮合情况与 齿轮和齿条啮合情况相似；又有区别于齿轮传动的特性，即 其运动特性相当于螺旋副的工况。蜗杆相当于一个单头或多 头螺杆，蜗轮相当于一个“不完整的螺母”。蜗杆转动一周， 蜗轮相应转过一个或多个齿。 蜗杆传动概述 二、正确啮合条件 如前述，
2、在中间平面，蜗杆传动 相当于齿条（蜗杆）与齿轮（蜗 轮）的啮合，故其正确啮合条件 和齿轮传动相仿。为增加接触线 长度，将蜗轮齿面做成圆弧形， 包在蜗杆上。 蜗杆传动正确啮合条件： 1、在中间平面内，蜗杆的轴向模数mx1和压力角x1与蜗轮 的端面模数mt2和压力角t2分别相等。 即mx1=mt2=m x1=t2=20 2、蜗杆分度圆柱导程角与蜗轮分度圆柱螺旋角等 值同向。既 = 蜗杆传动概述 蜗杆传动实例 螺旋线方向实例： 蜗杆与蜗轮的螺旋方向应相同，而斜齿轮传动中两 齿轮的螺旋方向相反。在蜗杆蜗轮的螺旋方向上，同学 们常出现一左一右的错误概念。在实际生产中就发生过 类似事情：某厂技术员设计蜗杆
3、减速器时，就采用了蜗 杆右旋、蜗轮左旋，制造好后，安装时才发现安装不进 去，因而造成废品和返工，在这方面要特别注意。 蜗杆传动概述 三、传动类型 按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动 按蜗杆螺旋面形状分阿基米德 、渐开线、延伸渐开线蜗杆传 动。 环面蜗杆传动。 锥蜗杆传动。 阿基米德蜗杆的加工方法 6-2 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算 蜗杆传动主要参数有：模数m、压力角、蜗杆分度圆直径 d1、直径系数q、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2。 这些参数不仅影响结构尺寸，也影响传动性能，它们相互联 系，不应孤立确定。 一、模数m和压力角 同齿轮传动一样，模数也作为主要计算参数。标准见表6-1 二、蜗杆分度圆直径d1
4、、导程角和直径系数q 由右图： 令q = d1/m称为直径系数， 即 d1 = mq tg = z1/q 讨论： （1）d1为什么要取标准值？ 这是因为切制蜗轮所用滚刀的几何参数必须与该蜗轮相啮合 的蜗杆相同，即对于每种不同直径的蜗杆在切制蜗轮时都要 准备一把滚刀，这样准备的刀具就太多了，故为了减少刀具 型号，便于刀具的标准化就制定了d1标准系列。 （2）q与蜗杆刚度关系 d1=mq ， 故当m一定， qd1，所以q取大值可提高蜗杆刚度。 （3）q与效率关系 tg = z1/q 故当Z1一定，q下降，所以q取大值会降低效率。 三、传动比i，蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2 1、传动比i 蜗杆传动主要
5、参数与几何尺寸计算 2、Z1的选择 主要考虑传动比、效率及制造三个方面。 从传动比看， i 一定，Z1Z2，故紧凑。 从效率看，Z1效率,故自锁应选单头。 从制造看，Z1( ) , 难制造。 一般： Z1=14 3、Z2的选择 为避免发生根切和保证传动平稳，Z2有最小值要求，为 保证蜗杆刚度，Z2有最大值要求(Z2最好不大于80）。 推荐： Z1=1时，Z217 Z1=2时，Z227 动力传动，Z2不应少于28，一般选Z2=3263为宜。 a =(d1 + d2)/2 =m(q + Z2)/2 四、几何尺寸计算，见表6-2 蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算 蜗杆传动实例 自锁实例： 蜗杆传动的自
6、锁性能在实际中应用很广。例如船用 电动舵机采用蜗杆传动具有自锁性能，在风浪中使得舵 叶的角度保持不变。起重机的升降机中，由于蜗杆传动 具有自锁性能，使得变幅动力失灵时重物不致掉落下来 造成事故，起锚机也同样。 6-3 蜗杆和蜗轮的常用材料和结构（阅读） 选材除要满足强度要求，更重要的是具有良好的跑合性、减 摩性和耐磨性。 蜗杆一般用碳钢或合金钢 ；蜗轮一般用青铜合金。 6-4 蜗杆传动受力分析与强度计算 一、受力分析 作用于工作面上法向力Fn 可分解为圆周力Ft，径向力Fr 和轴向力Fa。 如图 由于=90，三力大小： Ft1= - Fa2=2000T1/d1 Ft2= - Fa1=2000T
7、2/d2 Fr2= - Ft2tg1 Ft2蜗轮转向 各力方向： 圆周力Ft主反从同 径向力Fr指向轮心 轴向力Fa主动轮按左、右手定则 运用：Fa1（左、右手定则） 例：指出图中的蜗杆或蜗轮 的螺旋线方向及转向，绘出 蜗杆和蜗轮啮合点处三力 （Fa、Ft、Fr）的方向。 （未指明时， 蜗杆为主动） 蜗杆传动的计算载荷 : Fnc = KFn K=1.01.4 T2 = iT1 蜗杆传动受力分析与强度计算 二、滑动速度和失效形式 1、滑动速度VS 设蜗杆的圆周速度为V1，蜗轮的 圆周速度为V2，V1与V2呈90角 ，则齿廓间产生的相对滑动速度 由于VS比蜗杆圆周速度还大， 故引起较严重的磨损和
8、发热。 蜗杆传动受力分析与强度计算 在闭式蜗杆传动，失效多为点蚀和胶合 在开式蜗杆传动，失效多为磨损和断齿。 目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯 曲强度的计算。 2、失效形式 主要失效形式有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等。 一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。 蜗杆传动受力分析与强度计算 校核式： 设计式： 校核式： 设计式： 三、强度计算 蜗轮近似地看作斜齿圆柱齿轮，考虑到蜗杆传动的特点，由 赫兹和刘易斯公式为基础，并作一定假设（如=525， =20）得强度计算公式。 设计式算得m2d1后，可按表6-1确定相应的m和d1的标准值。 接触强度：（青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆） 弯曲强
9、度： 蜗杆传动受力分析与强度计算 2. 轴承摩擦效率2，0.980.99 3. 浸入油中的零件搅油效率3，0.940.99 6-5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 一、蜗杆传动的润滑 由于蜗杆传动相对滑动速度VS大，效率低，发热量大，故 润滑特别重要。 开式蜗杆传动，采用粘度较高的润滑油或润滑脂。 闭式蜗杆传动，根据工作条件及VS，参考表6-4选定润滑油粘 度及给油方法。当采用油池润滑时，蜗杆下置，浸油深度为蜗 杆一个齿高；蜗杆上置，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。 二、蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率包括： 1. 轮齿啮合效率1 =123 初步计算，可由蜗杆头数近似取值。 闭式传动 Z1
10、=1 =0.70.75自锁时=单位时间发热量 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 t=t-t0, 油温与室温之差， to室温，常温取20。 t温升许用值，一般为6070 由于t=t+t0，故油温许用值应小于8090，若计算或 实测油温t90时，应采取冷却散热措施。 A散热面积 即1000P1（1-）=ktAt kt散热系数，一般取1017 w/m2 ,通风好取大值。 （1）增加散热面积（A值），如合 理设计箱体结构，铸出或焊上 散热片。 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 （2）提高散热系数（kt值），如在蜗杆轴端装风扇，这 时kt可达20以上，或在箱体装设蛇形冷却水管，或 采用压力喷油循环冷却润
11、滑。 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡计算 本章英语单词 蜗杆传动worm gearing , worm drive 单头蜗杆 single-threaded worm 圆柱蜗杆 cylindrical worm 阿基米德蜗杆 Archimedes worm (ZA-worm) 渐开线蜗杆 involute helicoid worm (ZI-worm) 法向直廓蜗杆 straight sided normal worm (ZN-worm) 圆弧圆柱蜗杆 arc-contact worm (ZC-worm) 环面蜗杆 enveloping worm 锥蜗杆 spiroid 蜗轮滚刀 worm gear hob 导程角 lead angle 直径系数 diametral quotient 左旋蜗杆 left-handed worm 右旋蜗杆 right-handed worm 蜗杆的头数 number of starts (number of threads) 本章小结 内容归纳 本章小结 重点学习内容 1.了解蜗杆传动的啮合特点、运动关系和几何参数。 2.掌握蜗杆传动的受力分析、强度计算和热平衡计算 方法。
