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1、4.1 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点4.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算4.3 蜗杆传动的失效形式和计算蜗杆传动的失效形式和计算4.4 蜗杆传动的材料和结构蜗杆传动的材料和结构4.5 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算4.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡蜗杆传动的效率、润滑及热平衡4.7 普通圆柱蜗杆传动的精度等级普通圆柱蜗杆传动的精度等级4.8 常用各类齿轮传动的选择常用各类齿轮传动的选择第第4 4章章 蜗杆传动蜗杆传动4.1 蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动用来传递空蜗杆传动用来传递空间两交错轴之间的运间两交错轴之间的运动
2、和动力动和动力,一般两轴交一般两轴交角为角为90蜗杆主动、蜗轮从动蜗杆主动、蜗轮从动蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮一、蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆弧面蜗杆传动圆弧面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆二、二、蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点1. 蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。2. 传动平稳、噪声小。传动平稳、噪声小。3. 可制成具有自锁性的蜗杆。可制成具有自锁性的蜗杆。4. 蜗杆传动的主要缺点是效率较低。蜗杆传动的主要缺点是
3、效率较低。5. 涡轮的造价较高。涡轮的造价较高。通常在滚齿机上用蜗轮滚刀或飞刀加工成形通常在滚齿机上用蜗轮滚刀或飞刀加工成形4.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 参数和尺寸均在中间平面内确定参数和尺寸均在中间平面内确定一、一、蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数及其选择1. 蜗杆的头数蜗杆的头数z1就是蜗杆螺旋线的数目，一般取就是蜗杆螺旋线的数目，一般取1、2、4较少较少的蜗杆头数可以实现的蜗杆头数可以实现较大较大的的传动比传动比，但，但传动传动效率较低效率较低；蜗杆头数越多蜗杆头数越多，传动效率，传动效率越高越高，但蜗杆头数过多时不易加工。但蜗杆头
4、数过多时不易加工。2. 蜗轮的齿数蜗轮的齿数z2通常取通常取z2 = 28803. 传动比传动比i4. 模数模数m和压力角和压力角蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即：力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即： ma1= mt2 = m aa1 = at2 = 20正确啮合条件正确啮合条件5. 蜗杆螺旋线升角（导程角）蜗杆螺旋线升角（导程角）导程：导程：蜗杆螺旋线有左、右旋之分，一般为右旋。蜗杆螺旋线有左、右旋之分，一般为右旋。通常通常=3.5276. 6. 蜗杆分度杆分度圆直径直径d d1 1和和蜗杆直径系数杆直径系数q
5、 q直径直径d d1 1与与模数模数m m的比值称为蜗杆的的比值称为蜗杆的直径系数直径系数。7. 7. 中心距中心距几何尺寸几何尺寸4.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则蜗杆传动的失效形式和计算准则 一、一、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式1. 1. 齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度v v；2. 2. 齿轮的失效形式；齿轮的失效形式；失效常发生于蜗轮的轮齿上失效常发生于蜗轮的轮齿上主要失效形式为：主要失效形式为：胶合胶合、磨损磨损、齿面点蚀齿面点蚀二、二、 蜗杆传动的计算准则蜗杆传动的计算准则1. 1. 对于闭式涡轮传动，通常按齿面接触疲劳强对于闭式涡轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计
6、，并校核齿根弯曲疲劳强度。度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。2. 2. 对于开式涡轮传动，或传动时载荷变动较大，对于开式涡轮传动，或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数或蜗轮齿数Z Z2 2 大于大于90 90 时，通常只须按齿根弯曲时，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。疲劳强度进行设计。3. 3. 由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效。生胶合失效。一、一、蜗杆传动的材料蜗杆传动的材料1. 1. 为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用
7、有色金属（铜合金、铝合金）。属（铜合金、铝合金）。2. 2. 高速重载的蜗杆常用高速重载的蜗杆常用15Cr15Cr、20Cr20Cr渗碳淬火，渗碳淬火，或或4545钢、钢、40Cr40Cr淬火。淬火。3. 3. 低速中轻载的蜗杆可用低速中轻载的蜗杆可用4545钢调质。钢调质。4. 4. 蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。灰铸铁等。4.4 蜗杆传动的材料和结构蜗杆传动的材料和结构 二、二、蜗杆、涡轮的结构蜗杆、涡轮的结构1. 1. 蜗杆的结构蜗杆的结构蜗杆常和轴做成一个整体。蜗杆常和轴做成一个整体。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
8、无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加 工，但该结构的刚度较前一种差。工，但该结构的刚度较前一种差。2. 蜗轮的结构蜗轮的结构4.5 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算 一、一、蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿在受到法向载荷在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷周向载荷Ft、轴向载荷、轴向载荷Fa。蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试
9、判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。转方向。蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。转方向。径向力径向力 =径向力径向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所
10、受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。转方向。径向力径向力 =径向力径向力周向力周向力 =轴向力轴向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。转方向。径向力径向力 =径向力径向力周向力周向力 =轴向力轴向力周向力周向力 =轴向力轴向力蜗杆传动受力方向判断蜗杆传动受力方向判断 蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗杆的
11、旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋转方向。转方向。从动轮转向从动轮转向径向力径向力 =径向力径向力周向力周向力 =轴向力轴向力周向力周向力 =轴向力轴向力二、二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度的校核公式为蜗轮齿面接触疲劳强度的校核公式为 ：适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮涡轮齿面接触疲劳强度的设计公式为涡轮齿面接触疲劳强度的设计公式为三、三、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算涡轮齿根弯曲强度的校核
12、公式为：涡轮齿根弯曲强度的校核公式为：设计公式为：设计公式为：四、四、 蜗轮材料的许用应力蜗轮材料的许用应力1. 蜗轮材料的许用应力蜗轮材料的许用应力H蜗轮材料的许用应力蜗轮材料的许用应力H由材料的抗失效能力决由材料的抗失效能力决定。其计算公式为定。其计算公式为2.蜗轮的许用弯曲应力蜗轮的许用弯曲应力F4.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率1计及啮合摩擦损耗的效率；计及啮合摩擦损耗的效率；2计及轴承摩擦损耗的效率；计及轴承摩擦损耗的效率；3计及溅油损耗的效率；计及溅油损耗的效率；1是对总效率影响最大的因素是对总效率影响最大
13、的因素二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑 润滑的主要目的在于润滑的主要目的在于减摩减摩与与散热散热。具体。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。润滑方法与齿轮传动的润滑相近。三、三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算闭式闭式蜗杆传动应进行热平衡计算蜗杆传动应进行热平衡计算传动消耗于摩擦而变为热量的功率为：传动消耗于摩擦而变为热量的功率为：经箱体表面散发的热量的相当功率为：经箱体表面散发的热量的相当功率为：蜗杆传动的热平衡条件为：蜗杆传动的热平衡条件为：得：得：Ks箱体表面的散热系数，可取箱体表面的散热系数，可取Ks (1017)W/(m2)；A 箱体的可散热面积箱体的可散热面积(m2)；t
14、1润滑油的工作温度润滑油的工作温度()；一；一般般t0环境温度环境温度()。蜗杆传动的散热方式：蜗杆传动的散热方式：1.增加散热面积（加散热片）；增加散热面积（加散热片）；2.安装风扇；安装风扇；3.冷却水管；冷却水管；4.压力喷油润滑。压力喷油润滑。4.7 蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护普通圆柱蜗杆传动规定了普通圆柱蜗杆传动规定了112个精度等级个精度等级1级精度级精度最高最高，12级为级为最低最低，69级精度应用最多级精度应用最多6级级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度速度v25m/s7级级精度
15、用于中等精度的运输机或高速传递动力场合精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速速度度v27.5m/s8级级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v23m/s9级级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构蜗杆传动安装蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。间平面通过蜗杆的轴线。为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。用两端固
16、定的方式。蜗杆传动的维护很重要，又注意周围蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。的通风散热情况。【例】设计一运输机的闭式蜗杆传动，已知蜗杆【例】设计一运输机的闭式蜗杆传动，已知蜗杆输入功率输入功率P1 = 5.5kW，蜗杆转速，蜗杆转速n1 = 960r/min，传，传动比动比i =25，载荷平稳，单向回转，预期使用寿命，载荷平稳，单向回转，预期使用寿命15000h，通风良好。，通风良好。4.8 常用各类齿轮传动的选择常用各类齿轮传动的选择一、一、各类齿轮传动性能的比较各类齿轮传动性能的比较二、传动类型的选择二、传动类型的选择在选择传动类型时应考虑以下几个方面在选择传动类型时应考虑以
17、下几个方面1. 传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。2. 在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高速级轮放在高速级3. 圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮高，且传动平稳，所以用于高速场合。比直齿轮高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速场合直齿轮用于低速场合4. 直齿圆锥齿轮仅用于直齿圆锥齿轮仅用于v5m/s的的场合，高合，高速速时可采用曲面可采用曲面齿等。等。5. 由工作条件确定选用开式传动或闭式传动。由工作条件确定选用开式传动或闭式传动。6. 蜗杆的圆周速度蜗杆的圆周速度v4m/s时采用上置式蜗杆传动。时采用上置式蜗杆传动。7. 联合使用齿轮、蜗杆传动时，有齿轮传动在联合使用齿轮、蜗杆传动时，有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形势。前高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形势。前者结构紧凑，后者传动效率较高。者结构紧凑，后者传动效率较高。蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型返回返回标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称蜗杆传动的几何尺寸计算返回返回
