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1、一 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型u蜗杆传动是由蜗杆传动是由蜗杆蜗杆和和蜗轮蜗轮组成的，用于传递空间交错两轴组成的，用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为之间的运动和动力。交错角一般为90。传动中一般。传动中一般蜗杆是蜗杆是主动件主动件，蜗轮是从动件。，蜗轮是从动件。121传动比大，一般传动比大，一般 i =2880；2重合度大，传动平稳，噪声低；重合度大，传动平稳，噪声低；4 蜗杆传动的主要缺点蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低，齿面的相对滑动速度大，效率低， 发热量大发热量大 ； 主要用于中小功率，间断工作的场合。主要用于中小功率，间断工作的场合。 广泛用
2、于机床、冶金、矿山及起重设备中。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点：3结构紧凑，可实现反行程自锁；结构紧凑，可实现反行程自锁；5. 蜗轮的造价较高。蜗轮的造价较高。3其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆的齿廓形状不同。蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；重合度大；承载能力和效率较高。重合度大；承载能力和效率较高。阿基米德蜗杆（阿基米德蜗杆（ ZA蜗杆）蜗杆）渐开线蜗杆渐开线蜗杆 （ZI
3、蜗杆）蜗杆）法向直廓蜗杆（法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆） 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圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动蜗杆传动的类型蜗杆传动的精度等级分为分为12个精度等级，个精度等级，常用常用59级。级。4u蜗杆分左旋和右旋。蜗杆分左旋和右旋。左左旋旋右右旋旋u蜗杆还有单头和多头之分。蜗杆还有单头和多头之分。5圆柱蜗杆环面蜗杆 普通圆柱蜗杆（按刀具位置不同）阿基米德蜗杆延伸渐开线（法向直廓）蜗杆渐开线蜗杆圆锥蜗杆蜗杆的类型蜗杆的类型6阿基米德螺线阿基米德蜗杆(ZA)轴面-直线延伸渐开线蜗杆(ZI)延伸渐开线 加工：刀具平
4、面垂直于螺线法面-直线特点：端面-延伸渐开线7渐开线基圆渐开线蜗杆(ZI)加工：刀刃与蜗杆的基圆柱相切特点：端面-渐开线 后两种蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿基米德蜗杆。8二、圆柱蜗杆传动的主要参数二、圆柱蜗杆传动的主要参数:1. 模数模数m和压力角和压力角主平面=1中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。9v由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮齿，由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮齿，所以所以ZA蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。开线齿轮与齿条的啮合。中间平面中间平
5、面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。是是蜗杆的轴面蜗杆的轴面是是蜗轮的端面蜗轮的端面v 蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面（主平面）内确定。蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面（主平面）内确定。BLp主主平平面面10在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。u蜗轮蜗杆正确啮合条件是蜗轮蜗杆正确啮合条件是：蜗杆的轴面模数蜗杆的轴面模数 m ma a1 1和轴面压力和轴面压力角角a a1 1应分别等于蜗轮的端面模数应分别等于蜗轮的端面模数m mt t2 2和端面压力角和端面压力角t t2 2，即即 ma1 =mt2 =m a1=t2= u模数模数
6、m的标准值；压力角标准值为的标准值；压力角标准值为20，ZAZA蜗杆取轴向压力角蜗杆取轴向压力角为标准值，为标准值，ZIZI蜗杆取法向压力角为标准值。蜗杆取法向压力角为标准值。u如图上图所示，如图上图所示，齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱( (或或称为中圆柱称为中圆柱)。蜗杆分度圆。蜗杆分度圆(中圆中圆)直径用直径用d1表示。蜗轮分表示。蜗轮分度圆直径以度圆直径以d2表示。表示。11 在两轴交错角为在两轴交错角为9090的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角应应与蜗轮分度圆上的螺旋角与蜗轮分度圆上的螺旋角大小相等旋向
7、相同大小相等旋向相同，即即=2. 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 设蜗杆头数为设蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为，蜗轮齿数为z2，当蜗杆转一周时，蜗轮转，当蜗杆转一周时，蜗轮转过过 z1 个齿个齿( z1 / z2周周)。因此，其传动比为。因此，其传动比为 z1g g效率效率 ，但加工困难。，但加工困难。z1 传动比传动比 i，但传动效率，但传动效率 。(蜗杆头数与传动效率关系)常取常取，z11，2，4，6。 可根据传动比可根据传动比，参考表参考表 12-2中的荐用中的荐用值选取。值选取。12 z2= i z1 。 如如 z2太小，将使传动平稳性变差。如太小，将使传动
8、平稳性变差。如 z2太大，蜗轮太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 一般取一般取 z232803. 蜗杆直径系数蜗杆直径系数q和导程角和导程角 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径准蜗杆分度圆直径d1。 直径直径d1与模数与模数m的比值称为蜗杆的直径系数的比值称为蜗杆的直径系数q。即：。即：是导出值是导出值d1 =
9、q mz1mu当模数当模数m一定时，一定时，q值增大则蜗杆直径值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因此，增大，蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。值，以保证蜗杆有足够的刚度。 13如图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线。但制造困难自锁性好144.齿面间滑动速度齿面间滑动速度vsu蜗杆传动即使在节点蜗杆传动即使在节点C C处啮合，齿廓处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动，滑动速之间也有较大的相对滑动，滑动速度度vsvs 沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆周速度为周速度为v v l l、蜗轮圆周速度为
10、、蜗轮圆周速度为v v 2 2 ，由图可得，由图可得u滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传动效率等齿面失效形式、发热以及传动效率等都有很大影响。都有很大影响。155. 中心距中心距a当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距计当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距计算式为算式为 a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)注意：注意： a0.5m(z1+z2) 。 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算u设计蜗杆传动时，一般是先根据传动的功用和传动比的要求，选择蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，然后再按强度计算确定模
11、数m和蜗杆分度圆直径d1(或q)，再根据表计算出蜗杆、蜗轮的几何尺寸(两轴交错角为90、标准传动)。16 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算标准中心距标准中心距径向间隙径向间隙蜗轮螺旋角蜗轮螺旋角蜗杆导程角蜗杆导程角齿根圆直径齿根圆直径齿顶圆直径齿顶圆直径齿根高齿根高齿顶高齿顶高分度圆直径分度圆直径蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆计算公式计算公式符号符号名称名称第十二章第十二章 蜗杆传动蜗杆传动1718蜗轮的转向蜗轮的转向左右手法：左旋左手，右旋右手，四指转向 1，拇指反向；即为v2。19三、蜗传动的失效形式、材料和结构 一）、蜗杆传动的失效形式及材料选择一）、蜗杆传动的失效形式及材料选择1. 主要
12、失效形式：主要失效形式：胶合、磨损、点蚀等。胶合、磨损、点蚀等。 在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合是在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中，其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。蜗轮轮齿的磨损尤其显著。2. 设计准则设计准则按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。热平衡计算。 通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。闭式传动：闭式传动：开式传动：
13、开式传动：203.常用材料常用材料由于蜗杆传动的特点，由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用。为此常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。蜗杆蜗杆的常用材料为的常用材料为碳钢和合金钢碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或渗碳淬火，或45钢、钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。钢调质。精度要
14、求高的蜗杆需经磨削。适用于齿面滑动速度适用于齿面滑动速度 较高的传动。较高的传动。锡青铜：锡青铜：铝青铜铝青铜：灰铸铁灰铸铁：蜗轮蜗轮常用材料有常用材料有：vs 8 m/s 的场合的场合。（抗胶合能力差抗胶合能力差）vs 2 m/s 的场合。的场合。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差抗胶合能力强，抗点蚀能力差）21二）、蜗杆和蜗轮的结构二）、蜗杆和蜗轮的结构 由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用无退刀槽，加工螺
15、旋部分时只能用铣制铣制的办法。的办法。 有退刀槽，螺旋部分有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工可用车制，也可用铣制加工，但该结构，但该结构 的刚度的刚度 较前一种差。较前一种差。22组合式蜗轮 为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：232. 蜗轮的结构蜗轮的结构2425齿圈式齿圈式整整体体式式蜗轮的结构26镶铸式镶铸式螺栓连接式螺栓连接式
16、27四、圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计四、圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算算 一）、蜗杆传动的效率一）、蜗杆传动的效率与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其总效率为滑油的油阻损耗。其总效率为 =1231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；其中最主要的是啮合效率，当蜗杆主动时，啮合效率可其中最主要的是啮合效率，当
17、蜗杆主动时，啮合效率可按螺旋传动的效率公式求出。按螺旋传动的效率公式求出。28式中：式中：为蜗杆导程角；为蜗杆导程角；为当量摩擦角，为当量摩擦角，=arctgf。当。当量摩擦系数量摩擦系数 f主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度等有关。等有关。因此考虑因此考虑 23后，蜗杆传动的总效率为后，蜗杆传动的总效率为所以所以 z1估计蜗杆传动的总效率时，可取下列数值：估计蜗杆传动的总效率时，可取下列数值：闭式传动闭式传动 z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92开式传动开式传动 z1=1 、2 =0.600.70 29二）、蜗杆传
18、动的润滑二）、蜗杆传动的润滑目的：减摩、散热。目的：减摩、散热。润滑油的粘度和给油方法可参照表选取。润滑油的粘度和给油方法可参照表选取。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。给油方法：给油方法：油池润滑：油池润滑：喷油润滑喷油润滑为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度度v24m/s时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式
19、传动，时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式传动，由蜗轮带油润滑。由蜗轮带油润滑。30润滑方式的选择：润滑方式的选择：当当v vs s 510 m/s 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。失，下置式蜗杆不宜浸油过深。当当v vs s 1015 m/s 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当当v v1 1 4 m/s 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。31 三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱由于蜗杆传动效率低
20、、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。热平衡：热平衡：在单位时间内，在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量摩擦产生的热量等与散发的热量。在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油温在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油温t() 和周围空气温度和周围空气温度 t0() 之差不超过允许值之差不超过允许值式中：式中：t温度差，温度差， t=t-t0;32P1蜗杆传递功率，单位为蜗
21、杆传递功率，单位为 kW;t表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一般表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一般取取 t =1017W/(m2)；A散热面积，单位为散热面积，单位为 m2 ，指箱体外壁与空气接触，指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散热片，而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散热片，其散热面积按其散热面积按50%计算；计算； t温差允许值，一般为温差允许值，一般为 6070。并应使油温。并应使油温 t (=t0 + t) 小于小于 90 。33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。34
