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1、第七章第七章 蜗杆传动蜗杆传动7.1蜗杆传动的概述蜗杆传动的概述7.1.1 蜗杆传动的组成、主要特点及应用蜗杆传动的组成、主要特点及应用蜗杆传动图蜗杆传动图1.组成组成12、蜗杆传动的特点和应用、蜗杆传动的特点和应用1）特点：）特点：单级传动比大单级传动比大;结构紧凑结构紧凑;传动平稳，无噪音传动平稳，无噪音;可自锁可自锁;空间交错轴空间交错轴;传动效率低传动效率低;成本高。成本高。蜗轮轴线蜗轮轴线蜗杆轴线蜗杆轴线22）应用：）应用：机床：机床：数控工作台、分度数控工作台、分度汽车：汽车：转向器转向器冶金：冶金：材料运输机材料运输机矿山：矿山：开采设备开采设备起重运输：起重运输：提升设备、电提
2、升设备、电梯、自动扶梯梯、自动扶梯电动后视镜转向器电动后视镜转向器数控回转工作台数控回转工作台37.1.2、蜗杆传动的主要类型、蜗杆传动的主要类型1、按蜗杆形状分、按蜗杆形状分环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动42、根据齿面形状不同，圆柱螺杆传动分为：、根据齿面形状不同，圆柱螺杆传动分为： 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 53. 按齿廓曲线不同，普通圆柱螺杆传动分为按齿廓曲线不同，普通圆柱螺杆传动分为1.）阿基米德蜗杆（）阿基米德蜗杆（ZA螺杆）螺杆）车刀刀刃与螺杆轴线在同一水平面上车刀刀刃与螺杆轴线在同一水平面上在轴剖面：
3、在轴剖面：直线齿廓直线齿廓 法剖面：法剖面：凸曲线凸曲线端面（垂直轴剖面）：端面（垂直轴剖面）：阿基米德螺线阿基米德螺线车削加工，不能磨削，精度低。车削加工，不能磨削，精度低。62.）渐开线蜗杆（）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）蜗杆） 两把车刀刀刃顶相切于基圆柱，可以磨削、精度较高、传两把车刀刀刃顶相切于基圆柱，可以磨削、精度较高、传动效率较高动效率较高 端面：渐开线端面：渐开线 轴面：凸曲线轴面：凸曲线 73.）法向直廓蜗杆）法向直廓蜗杆(ZN蜗杆蜗杆)车刀刀刃平面要置于螺旋线的法面上车刀刀刃平面要置于螺旋线的法面上 ，可以磨削，精度较高，可以磨削，精度较高端面：延伸渐开线端面：延伸渐开线法面：直线
4、法面：直线 4.）锥面包络圆柱蜗杆）锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆蜗杆) 蜗杆的螺旋面是圆锥面族的包络曲面，各个剖面上的齿廓均蜗杆的螺旋面是圆锥面族的包络曲面，各个剖面上的齿廓均为曲线，可以磨削，精度较高。为曲线，可以磨削，精度较高。87.1.2 几点说明几点说明1.蜗轮轮齿的加工蜗轮轮齿的加工1.）一般用相当于相啮合的蜗杆的蜗轮滚刀在滚齿轮上）一般用相当于相啮合的蜗杆的蜗轮滚刀在滚齿轮上加工。加工。2.）滚刀齿顶高比相应蜗杆齿顶高大）滚刀齿顶高比相应蜗杆齿顶高大C*m，以便在蜗轮，以便在蜗轮轮齿上加工出径向间隙轮齿上加工出径向间隙C*m92.中间平面中间平面1.）定义定义：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴
5、线垂直的平面定义为：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为蜗杆传动的中间平面蜗杆传动的中间平面2.）意义意义：在中间平面上，阿基米德蜗杆齿廓为直线，相：在中间平面上，阿基米德蜗杆齿廓为直线，相当直齿齿条；而相啮合蜗轮齿廓为渐开线，因此当直齿齿条；而相啮合蜗轮齿廓为渐开线，因此阿基阿基米德蜗杆传动相当于直齿齿条与渐开线齿轮的啮合米德蜗杆传动相当于直齿齿条与渐开线齿轮的啮合，将复杂的空间啮合转化为平面啮合。将复杂的空间啮合转化为平面啮合。 取中间平面上的参数和尺寸作为设计计算的基准，并取中间平面上的参数和尺寸作为设计计算的基准，并沿用齿轮传动的计算关系沿用齿轮传动的计算关系107.2 普通圆柱蜗
6、杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算以中间平面上的参数作为设计基准以中间平面上的参数作为设计基准一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择1 、蜗杆传动的正确啮合条件及模数、蜗杆传动的正确啮合条件及模数m和压力角和压力角 旋向相同旋向相同112 、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d1和导程角和导程角 为了限制蜗轮滚刀的为了限制蜗轮滚刀的数量并便于滚刀的标数量并便于滚刀的标准化，因此对每一标准化，因此对每一标准模数规定了一定数准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径量的蜗杆分度圆直径d1（表表7-1）导程角：导程角：12普通蜗杆传动的
7、普通蜗杆传动的m与与d1搭配值搭配值 （表（表7.1）133 、传动比、传动比i、蜗杆头数蜗杆头数Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z2蜗杆头数蜗杆头数Z1通常取为：通常取为：1，2，4，或，或6Z2=iZ1，一般取一般取Z2=28804 、传动中心距、传动中心距a和变位系数和变位系数x21.)标准中心距标准中心距142.)变位蜗杆传动变位蜗杆传动目的：目的：凑配中心距；凑配中心距； 微调传动比；微调传动比； 提高承载能力及传动效率提高承载能力及传动效率特点：特点：只对蜗轮变位，蜗杆不能变位；只对蜗轮变位，蜗杆不能变位； 变位后，蜗轮的分度圆仍与节圆重合，但齿顶圆、变位后，蜗轮的分度圆仍与节圆重合，但齿
8、顶圆、齿根圆变了，也即齿根圆变了，也即ha、hf变了；蜗杆的分度圆与节圆不变了；蜗杆的分度圆与节圆不再重合了，但蜗杆的齿顶圆、齿根圆不变，也即再重合了，但蜗杆的齿顶圆、齿根圆不变，也即ha、hf不变。不变。15（1） 变位前后，蜗轮的齿数不变变位前后，蜗轮的齿数不变: Z2= Z2 而传动中心距改变而传动中心距改变: aa一般取一般取 x 1 1 按变位后的尺寸加工、安装按变位后的尺寸加工、安装16（2）变位前后，传动中心距不变）变位前后，传动中心距不变 a=a蜗轮的齿数变化蜗轮的齿数变化: Z2 Z2一般取一般取 x 1 1 175 相对滑动速度相对滑动速度 Sm/s式中：式中：d1-蜗杆分
9、度圆直径，蜗杆分度圆直径，mmn1-蜗杆的转速，蜗杆的转速，r/min -蜗杆分度圆上的导程角蜗杆分度圆上的导程角, 度度187.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算19207.3 蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择7.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则1.失效形式：失效形式：主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且主要是齿面胶合、点蚀和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。失效通常发生在蜗轮轮齿上。2.设计准则：设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。件计算
10、蜗杆传动的承载能力。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。因素的影响。对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。度和刚度进行计算。217.3.2 蜗杆和蜗轮的常用材料蜗杆和蜗轮的常用材料对蜗杆和蜗轮材料的要求：对蜗杆和蜗轮材料的要求：不仅要求具有足够的强度，更重要的是要不仅要求具有足够的强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨性和跑合性能。求具有良好的减摩性、耐磨性和跑合性能。蜗杆材料：蜗杆材料：一般用碳素钢，如一般用碳素钢，如20、40、45钢或合金钢如、钢或合金钢如、20
11、Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、42SiMn等，等，蜗轮材料：蜗轮材料：通常按齿面间的相对滑动速度通常按齿面间的相对滑动速度 大小来选择。大小来选择。 6m/s ，铸造锡青铜。如，铸造锡青铜。如ZCuSn10P1、ZCuSn5PbZn5 6m/s，用铸造铝铁青铜。，用铸造铝铁青铜。ZCuAl10Fe3 2m/s手动时，用灰铸铁。如手动时，用灰铸铁。如HT150、HT200227.4 普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算7.4.1 蜗杆传动的受力分析和计算载荷蜗杆传动的受力分析和计算载荷1 运动及受力分析运动及受力分析特点：要计及齿面间的摩擦力，特点：要计
12、及齿面间的摩擦力， 要先进行运动分析，确定传动件的转动方向与轮齿螺旋线方向。要先进行运动分析，确定传动件的转动方向与轮齿螺旋线方向。23而法向力而法向力取取，则有则有N1.）力的大小力的大小24式中：式中：T1、T2分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，分别为蜗杆和蜗轮轴上的转矩，N.mm,T2=i T1； 传动效率，传动效率，i 传动比；传动比；d1 、 d2分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径, mm； 压力角，压力角， =20 ； 蜗杆分度圆柱上的导程角，度。蜗杆分度圆柱上的导程角，度。252.）力的方向：）力的方向：确定圆周力确定圆周力Ft及径向力及径向力Fr的方向的的方向的
13、方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力向力Fa的方向则可根据相应的圆周的方向则可根据相应的圆周力力Ft的方向来判定，的方向来判定，Fa1与与 Ft2方向相反，方向相反， Ft1与与 Fa2的方向相反。的方向相反。也可按照也可按照主动件左主动件左(右右)手定则手定则来判来判断。断。262 蜗杆传动的计算载荷蜗杆传动的计算载荷计算载荷计算载荷=K*名义载荷名义载荷式中式中KA工作情况系数工作情况系数 KA=1.01.2 K 动载荷系数动载荷系数 K =1.01.2 K 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数 K =1.01.3可在教材中查取可在教材中查取277.4.2 蜗轮齿面
14、接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算利用赫兹接触模型，利用赫兹接触模型，在蜗轮中间剖面相当齿在蜗轮中间剖面相当齿轮齿条啮合。轮齿条啮合。28在中间平面上，沿用斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度在中间平面上，沿用斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算方法。可得：计算方法。可得：1.校核公式为：校核公式为：2.设计公式为：设计公式为：29ZE弹性系数，对于青铜或弹性系数，对于青铜或 铸铁蜗轮与钢制蜗杆铸铁蜗轮与钢制蜗杆 配对时，取配对时，取蜗轮材料的许用接触应力，蜗轮材料的许用接触应力，式中：式中：30当蜗轮材料当蜗轮材料 B80或有效的散热面积不足时或有效的散热面积不足时,则必须则必须采取措
15、施采取措施,以提高其散热能力以提高其散热能力常用措施常用措施:1 ）合理设计箱体结构）合理设计箱体结构,铸铸出或焊上散热片出或焊上散热片,以增大散以增大散热面积热面积2 ）在蜗杆轴上装置风扇）在蜗杆轴上装置风扇,进行人工通风进行人工通风,以提高散以提高散热系数热系数403 ）在箱体油池内装）在箱体油池内装设蛇形冷却水管设蛇形冷却水管4）采用压力喷油循）采用压力喷油循环润滑环润滑417.6 蜗杆和蜗轮的结构蜗杆和蜗轮的结构7.6.1 蜗杆的结构蜗杆的结构车削：有退刀槽，图车削：有退刀槽，图7.21（a）铣削：无退刀槽，图铣削：无退刀槽，图7.21（b）427.6.2 蜗轮的结构蜗轮的结构 蜗轮可制成整体式或装配式蜗轮可制成整体式或装配式1 整体式：整体式：432 齿圈压配式：齿圈压配式：用于中等尺寸、工作温度变化较小、用于中等尺寸、工作温度变化较小、不常拆卸的蜗轮。不常拆卸的蜗轮。443 螺栓联接式，螺栓联接式，用于尺寸较大需经常更换齿圈的蜗轮。用于尺寸较大需经常更换齿圈的蜗轮。454 镶铸式镶铸式:适用于大批量生产的蜗轮。适用于大批量生产的蜗轮。46力的方向判断例题力的方向判断例题蜗轮转向和旋向，轴蜗轮转向和旋向，轴上的轴向力互相抵消。上的轴向力互相抵消。下图中。下图中。下图中。下图中。47齿轮齿轮蜗轮减速器蜗轮减速器48
