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1、第八章 蜗杆传动,8-1 蜗杆传动的特点及类型,用于传递交错轴之间的运动和动力 交错角常为90,蜗杆为主动件,蜗杆可认为是只有一个齿的齿轮，但这个齿很长，被螺旋状地缠绕在一个圆柱上。,圆弧面蜗杆,锥蜗杆,蜗杆传动的特点和应用,一、特点, 传动比可以很大（i=880，若只传递运动，可达1000）, 结构紧凑, 传动平稳，噪声较小（同时啮合的齿数多）, 可使其具有自锁性（要求螺线升角当量摩擦角）,优 点, 传动效率较低（一般为0.70.8，因发热大， 若有自锁性，则0.5), 造价高（蜗轮常用青铜制）,缺 点,二、分类,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）,圆
2、柱蜗杆传动,圆弧面（环面）蜗杆传动,锥面蜗杆传动,锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）,便于磨削、精度较高， 应用日渐广泛。,润滑条件较好，效率高（可达0.9以上），承载能力高（比普通圆柱蜗杆高出0.51.5倍），体积小，质量小，结构紧凑，已广泛应用于冶金、化工、起重等需要大功率传动的机械设备中。 制造较难。,（ZC蜗杆）,同时接触的点数较多，重合度大；传动比范围大（一般为10360）；承载能力和效率较高；侧隙便于控制和调整；能做离合器使用；可节约有色金属；制造安装简单，工艺性好。但由于结构上的原因，传动具有不对称性，因而正反转时受力不同，承载能力和效率也不同。,端面齿廓为阿基米德螺线。 2=40，可用车
3、刀象车螺纹一样车削，但难磨削，不易得到较高精度。 应使刀刃顶面通过蜗杆轴线。 3时用双刀。,端面齿廓为渐开线。 可用两把直线刀刃的车刀在车床上分别车出左右侧螺旋面，车削加工，刀刃顶面与基圆柱相切，两刀一高一低； 也可用滚刀加工；还可在专用机床上磨削。 制造精度较高，适用于功率较大的高速传动。,端面齿廓为延伸渐开线（故又称延伸渐开线蜗杆），法面齿廓为直线。 也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工，车刀刀刃放在蜗杆齿面的法向位置。 较难磨削。,是一种非线性螺旋齿面蜗杆。 不能在车床上加工，只能在铣床上铣削、在磨床上磨削。 加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动，这时，铣刀
4、（或砂轮）回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面。I-I和N-N截面都是曲线。 这种蜗杆便于磨削，精度较高，应用日渐广泛。,GB/T10085-98中推荐采用ZI和ZK蜗杆两种。,8-2 普通圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸,一、主要参数,中间平面通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。,在中间平面上，蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿轮与齿条的啮合。 设计蜗杆传动时：其尺寸与参数均在中间平面内确定， 且沿用齿轮传动的计算公式。,1、模数m和压力角,正确啮合条件是,蜗杆轴向模数ma1=蜗轮端面模数mt2,蜗杆轴向压力角a1=蜗轮端面压力角t2,ZA蜗杆（阿基米德蜗杆）的a1=20,其余蜗杆法向压力角n为标准值20
5、,轴向压力角a和法向压力角n的关系为：,2、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2、传动比i,头数多虽可提高效率，但加工精度越难保证。,当传动比i40或要求自锁时，取Z1=1。,蜗杆头数Z1一般取为1、2、4。,3、蜗杆分度圆直径d1及直径系数q,为此，制订了蜗杆分度圆直径的标准系列,规定：,q蜗杆直径系数，已标准化。,4、导程角（又称螺旋线升角）,5、中心距a,q越小 越大传动效率越高,的值常为3.527。,蜗杆分度圆上的导程角应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角，且旋向也须相同。,二、几何尺寸及计算,下表中列出的只是一部分，详细尺寸计算公式见相关书籍和手册！,8-3 蜗杆传动的失效形式与强度计算,一、失效形式
6、,故：失效常发生于蜗轮轮齿上。,主要失效形式有,胶合,点蚀,磨损,二、计算准则,对开式蜗杆传动载荷变化较大，或Z290时，常只按齿 根弯曲疲劳强度设计。,蜗杆传动摩擦严重，发热大，效率低，对闭式蜗杆传动还需作热平衡计算，以免发生胶合。,三、受力分析,蜗杆传动的受力分析与斜齿轮相似（常不考虑摩擦力的影响)。,圆周力Ft,径向力Fr,轴向力Fa,蜗杆轴向力Fa1方向的确定：,左旋蜗杆左手法则,右旋蜗杆右手法则,四指方向为旋向， 大拇指指向为轴向力方向。, Fa1的方向决定了蜗轮旋向。, 蜗杆圆周力Ft1的方向与转向相反。, 蜗杆径向力Fr的方向总指向轴心。,图 11 - 2 蜗轮旋转方向的判定,下
7、列各蜗杆传动均以蜗杆为主动件，请标出蜗轮（或蜗杆）的转向，蜗轮轮齿的旋向及蜗杆、蜗轮受力方向。,四、齿面接触疲劳强度计算,与斜齿轮相似,设计公式为：,五、齿根弯曲疲劳强度计算, 蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度高于斜齿轮的弯曲疲劳强度。, 只在少数情况下如强烈冲击、蜗轮为脆性材料或开式传动时，才计算蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度。, 蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力，大都超过了齿面点蚀和热平衡计算时所限定的承载能力。,一、刚度计算,8-4 蜗杆刚度计算及热平衡计算,以齿根圆直径为基础，刚度条件为：,二、热平衡计算, 闭式蜗杆传动须进行热平衡计算！,设蜗杆输入功率为P（KW），效率为,则：单位时间内产生的热流量为
8、：,1=1000P(1-),自然冷却时经箱体壁散逸到空气中的热流量为：,2=dS(t0-ta),空气的温度（常温为20）,油温（6070，不超过80）,散热面积（内可被油飞溅，外可为空气冷却）,散热系数（常取817W/m2）,箱体上散热片的散热面积按50%计。,按热平衡条件，应有：,1= 2,即：,1000P(1-)=dS(t0-ta),故最终推得：,若超过此值，可采取如下措施：, 设置散热片（外面）, 蜗杆轴端加风扇, 在箱体油池内装蛇形冷却水管, 用循环油,一、材料,8-5 蜗杆传动的材料和结构,1、要求,高速重载 采用20Cr、20CrMnTi（渗碳处理至5662HRC） 或40Cr、4
9、5（表面淬火到4555HRC）,一般蜗杆 45、40等（调质处理至200250HBS）,低速或人力传动 可不热处理，甚至可用铸铁。,所以：常用青铜作蜗轮的齿圈，与淬硬磨削的钢制蜗杆相配。,2、蜗杆材料, 有足够的强度, 良好的减摩耐磨性, 良好的抗胶合能力,常为碳钢或合金钢,均应磨削,3、蜗轮材料,重要的高速蜗杆传动中 常用10-1锡青铜（ZCuSn10P1）,V12m/s时 可用含Sn低的5-5-5锡青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）,V6m/s时 可用价廉的10-3铝青铜（ZCuAl10Fe3） 或ZCuAl9Fe4Ni4Mn2。,V2m/s时 可用球墨铸铁或灰铸铁。,有时还用尼龙做！,二、结构,1、蜗杆结构,因直径小，常与轴制成整体，称为蜗杆轴。,无退刀槽，齿部只能用铣削的方法。,有退刀槽，齿部可车可铣，但该结构刚性稍差。,2、蜗轮结构,整体式直径较小时用。,齿圈式可节省贵重材料，用于尺寸不大，温度变化小的场合。,螺栓联接式用普通螺栓或铰制孔螺栓联接齿圈与轮芯，装拆方便， 用于尺寸较大和容易磨损处。,镶铸式青铜铸在轮芯上，铸铁轮芯上制出榫槽，以防滑动。,齿圈式,整体式,镶铸式,螺栓连接式,
