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1、第七章蜗杆传动,提要 介绍蜗杆传动的分类和特点； 普通圆柱蜗杆传动的基本参数、 几何尺寸计算、强度计算以及热平衡计算。,7.1蜗杆传动的类型和特点7.2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算7.3蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料 和结构7.4蜗杆传动的强度计算7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,7.1 蜗杆传动的类型和特点,组成：蜗杆、蜗轮和机架。,通常两轴交错角为90,蜗杆为主动件。,蜗杆传动三维动画N3101.flc,7.1.1蜗杆传动的特点,1. 传动比大，结构紧凑。2. 传动平稳，噪声小。3. 有自锁性。4. 传动效率低。5. 蜗轮造价较高。,圆柱蜗杆传动（图7-2a）,环面蜗杆传动
2、（图7-2b）,锥面蜗杆传动（图7-2 c）。,7.1.2 蜗杆传动的类型,1.根据蜗杆的外形,圆柱蜗杆传动 、环面蜗杆传动 、锥面蜗杆传动 。,2.按蜗杆的齿廓形状,圆弧齿圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,7.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算,主平面,7.2.1蜗杆传动的基本参数,1. 蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i,蜗杆头数z1：蜗杆螺旋线的数目。,一般取z1=16。当传动比大于40或要求自锁时取z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值。,蜗轮的齿数：一般取z22780。,z2过少将产生根切；z2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。,蜗杆传动的传动比：蜗
3、杆与蜗轮转速之比。,蜗杆回转一周，蜗轮被蜗杆推动转过z1个齿，传动比为：,（1）,传动比的标准值：5、7.560、70、80。,10、20、40、80为基本传动比应优先选用。,2模数m和压力角,在主平面内蜗杆传动相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数ma1应等于蜗轮的端面模数mt2；蜗杆的轴向压力角a1 应等于蜗轮的端面压力角t2；蜗 杆分度圆导程角 应等于蜗轮分度圆螺旋角、且两者螺旋方向相同。,正确啮合条件,主平面,3.蜗杆的分度圆直径d1和导程角,（2）分度圆直径：,由式7-2得：,（7-3）,4.中心距,（7-4）,规定标准中心距为40、50、63、 8050
4、0。计算中心距应按标准圆整。,7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算,主要几何尺寸计算公式如表7-3所示。,e2,7.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构,7.3.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则,1. 齿面相对滑动速度vs,（1）滑动速度的大小：,蜗杆和蜗轮齿面之间滑动速度vs沿蜗杆螺旋线的切线方向。,v1为蜗杆的圆周速度，v2为蜗轮的圆周速度，作速度三角形得：,(7-5),较大的滑动速度vs，对齿面的润滑情况、齿面的失效形式及传动效率都有很大影响。其概略值如图7-8所示。,左（右）旋蜗杆伸左（右）手半握拳，四指指蜗杆转向，则拇指指的相反方向即为蜗轮的转向。,旋向、蜗杆转向、蜗轮转向，三
5、条件知其二可求另外之一。,（2）蜗轮转动方向的判定：(左右手法则）,2.轮齿的失效形式和设计准则,（1）失效形式,由于蜗杆、 蜗轮的齿廓间相对滑动速 度 较大、发热量大效率低，传动的主要失效形式为胶合、磨损和点蚀。,因蜗杆的齿是连续的螺旋线，且蜗杆的强度高于蜗轮，失效多发生在蜗轮轮齿上。,闭式传动中，蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；开式传动中主要失效形式是磨损。,（2）设计准则,闭式蜗杆传动 ：按齿面接触疲劳强度设 计，并校核齿根弯曲疲劳强度，为避免胶合失效必须作热平衡计算； 开式蜗杆传动： 按齿根弯曲疲劳强度设计。 闭式蜗杆传动: 载荷平稳无冲击时，蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况多发生于
6、齿数z2 80100， 若齿数少于以 上数值，弯曲强度校核可不考虑。,7.3.2蜗杆、蜗轮的材料和结构,1. 蜗杆、蜗轮的材料选择,蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。,高速重载传动常用15Cr、20Cr、20CrMnTi等，渗碳淬火，表面硬度5662HRC,须经磨削。,中速中载传动，蜗杆材料可用 45、 40Cr、等，表面淬火，表面硬度4555HRC，也须磨削。,速度不高，载荷不大的蜗杆，材料可用45钢调质或正火处理，调质硬度220270HBS。,蜗轮材料可参考相对滑动速度vs选择。,铸造锡青铜: ZCuSn10P1允许的滑动速度可达25m/s, ZCuSn5Pb5Zn5常用于vs5m/s时，常采用
7、上置式，如图7-12（c）所示，油面允许达到蜗轮半径1/3处。,7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算,1.单位时间内，蜗杆传动由于摩擦损耗产生的热量：,P1 蜗杆传动的输入功率（kW）； 蜗杆传动的效率。,KS为散热系数，取KS=(8-17)W/m2，通风良好时取大值； A为散热面积（）； t1为箱体内的油温， 一般取t1=6080，最高不超过90；t0为周围空气的温度， 通常取t0=20。,2.自然冷却时单位时间内经箱体外壁散逸到周围空气中的热量：,3.由热平衡条件Q1= Q2得油温：,（7-16）,4.避免超温的措施,（1）在箱体壳外铸出散热片，增加散热面积A。,（2）在蜗杆轴上装风扇提高散热
8、系数， 此时 Ks2028W/m2。,（3）加冷却装置。在箱体油池内装蛇形冷却管 或用循环油冷却。,例7-1,设计用于带式运输机的一级闭式蜗杆传动， 蜗杆轴输入功率P1=4kW, 转速n1=960r/min,传动比i=20, 连续单向运转，载荷平稳，一班制，预期寿命10年。,小结,7.4 蜗杆传动的强度计算,7.4.1 蜗杆传动的受力分析,1. 力的方向,2. 力的大小,7.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算,1.校核公式：,2.设计公式：,7.4.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,1. 校核公式：,2. 设计公式：,7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,7.5.1蜗杆传动的效率,7.5.2蜗杆传动的润滑,7.5.3蜗杆传动的热平衡计算,重点：蜗杆传动受力分析。,作业,P103,习题7-12,
