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1、1,第七章 蜗杆传动,71 蜗杆传动的类型及特点,蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构(交错角一般为90)。由主动件蜗杆和从动件蜗轮组成,蜗杆的形状象个圆柱形螺纹的螺杆 蜗杆的旋向：右旋蜗杆和左旋蜗杆 （一般为右旋） 蜗杆的头数：单头蜗杆(蜗杆上只有一条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿)双头蜗杆(蜗杆上有两条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿) 依此类推，设蜗杆头数为 （一般z1 ），蜗轮齿数为z2 、则传动比i为： 蜗轮形状象斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好地啮合。,2,一、蜗杆传动的特点,3,二、蜗杆传动的类型 1.按蜗杆形状:,其齿面一般是在车床上用
2、直线刀刃的 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。,其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形 的车刀切制而成的。,其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；,同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。,2.按轮齿旋向,3.按工作条件: 闭式,开式,半开半闭,4,5,6,7,8,9,72 蜗杆传动的基本参数及几何尺寸,一、蜗杆传动主要参数,1.模数和压力角 中间平面:通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面 (蜗杆轴面,蜗轮端面) 蜗杆传动的设
3、计计算都是以中间平面内的参数和几何关系为标准。 在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。,正确啮合条件,10,2、导程角,在m和d1为标准值时，z1 越大传动效率越高，传递动力时要求效率高 =15 -30 且应采用多头蜗杆 越小传动效率越低,要求反行程自锁时 =330,3、传动比 I,蜗杆的头数z1,蜗轮齿数z2,较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。 (蜗杆头数与传动效率关系),11,蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1 。 z2不宜太小（如z228
4、)，否则将使传动平稳性变差。 z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。（Z1与Z2的荐用值表）,a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2),5.中心距,12,4、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q,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，蜗杆的尺寸参数与加工蜗轮的蜗轮滚刀尺寸参数相同，为了限制滚刀的数目及便于滚刀的标准化，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d1。直径d1与模数m的比值(q= d1 m)称为蜗杆的直径系数。,q=d1/m q称为蜗杆的 直径系数 d1=mq,q值越小，即蜗杆直径 d1
5、 越小，则升高越大，传动效率越高，但直径 d1 变小会导致蜗杆的刚度和强度削弱，设计时应综合考虑。,13,二.蜗杆传动的几何尺寸,14,d1=mq d2=mZ2 ha1=ha2=ha*m=m hf1=hf2=(ha*+c*)m=1.2m da1=d1+2ha1=(q+2)m da2=d2+2ha2=(z2+2)m df1=d1-2hf1=(q-2.4)m df2=d2-2hf2=(z2-2.4)m a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2),15,73 蜗杆传动的失效形式，材料和结构,一、齿面间滑动速度VS,较大的VS引起： 1、易发生齿面磨损和胶合 2、如润滑条件良好（形成油膜条件）则较
6、大的VS则有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率,、 分别为蜗杆、蜗轮在节点C的速度 为蜗杆导程角,16,17,二、蜗杆传动的失效形式及计算准则,1、蜗杆传动的失效形式（主要是蜗轮失效） 闭式传动：胶合 点蚀 开式传动：磨损,按齿面接触疲劳强度设计,校核齿根弯曲疲劳强度,计算热平衡,2、蜗杆传动的强度计算准则 闭式传动： 开式传动: 齿根弯曲疲劳强度计算,18,三、蜗杆、蜗轮的常用材料 要求：1）足够的强度；2）良好的减摩、耐磨性；3）良好的抗胶合性；因此常采用青铜作蜗轮齿圈，与淬硬磨削的钢制蜗杆相配。 蜗杆常用材料为碳素钢和合金钢，要求齿面光洁并且有较高硬度。一般蜗杆可采用45，4
7、0等碳素钢，调质处理，硬度为220250 HBS。对高速重载的蜗杆常用20Cr，20 crMnTi，渗碳淬火到5662 HRc；或40r，38 SiMnMo，表面淬火到4555HRC，并应磨削。 蜗轮常用材料为青铜和铸铁。铸造锡青铜，如zCuSnl0P1，zcuSn5Pb5Zn5，抗胶合，耐磨性能好，易切削加工，但价格贵，一般用于高速(v25 ms)重要场合。铝铁青铜，如zCuA1l0Fe3，具有足够强度，并耐冲击，价格也低，但切削性能和抗胶合性能较差，故不适于高速，常用于Vs=6m/s场合。灰铸铁主要用于低速、轻载的场合。,19,四、蜗杆与蜗轮的结构,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一
8、个整体。,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，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。,1、蜗杆的结构,20,2、蜗轮的结构,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，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,21,22,74 蜗杆传动的强度计算,一、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的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。,蜗杆传动受力方向判断,23,Ft主反从同,力的方向和蜗轮转向的判别,Fr指向各自的轴线,Fa1
9、蜗杆左右手螺旋定则,轴向力,径向力,圆周力,蜗轮转向的判别 ：,Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向 （即拇指的反方向）,左手或右手：蜗杆旋向,四指环绕方向：蜗杆转向,拇指指向：蜗杆所受轴向力方向,24,25,判定蜗杆、蜗轮的转向：,蜗杆为左旋，蜗轮转向为顺时针,26,二、蜗杆传动的强度计算,闭式传动蜗轮齿面接触疲劳强度计算,按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算,校核公式,设计公式,H为蜗轮齿面的许用接触应力，Mpa.对于锡青铜查表7-4；对于铝铁青铜或铸铁查表7-5；T2为蜗轮传递的转矩，Nmm；Z2为蜗轮齿数；K为载荷系数，用以考虑载荷集中和动载荷的影响。一般K=1.1-1.5。,当蜗杆
10、跨度大时要进行刚度计算,蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算对于闭式蜗杆传动，轮齿弯曲折断的情况较少出现，通常仅在蜗轮齿数较多(Z280-100)时才进行轮齿弯曲疲劳强度计算。对于开式传动，则按蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿弯曲强度的计算方法，在此不予讨论。,27,一、蜗杆传动的效率,h1啮合效率；,h2轴承效率；,h3溅油效率；,h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：,所以 Z1,式中： 蜗杆的导程角； v当量摩擦角。,74 蜗杆传动的强度计算,设计时，蜗杆传动的效率可估取为： 闭式传动： Z1=1 =0.650.75 Z1=2 =0.750.82 Z1=4,6 =0.820.92 自锁
11、时 0.5 开式传动：Z1=1,2 =0.600.70,28,二、蜗杆传动的润滑,29,三、蜗杆传动热平衡计算,润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。,效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降,原因,设蜗杆传动功率为P1（ K W）,效率为,蜗杆传动转化热量所消耗的功率为：,经箱体散发热量的相当功率为：,kS箱体表面散热系数,A 箱体散热面积,t1 油的工作温度,t0环境温度,达到热平衡时,可得到热平衡时的温度,【t1】 油的许可工作温度 一般 【t1】=7090,a为中心距,30,当油温 t1或散热条件不符合要求时，可采用以下措施。 1.增加散热片 2.在蜗杆轴端加轴流风扇 3.在油池中安装冷
12、却水管 4.用循环油冷却,31,32,三.蜗杆传动的精度等级与标记,GB/T10089-1988对蜗杆、蜗轮传动规定了12个精度等级，1级精度最高，12级最低。,普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以6-9级应用得最多。 6级精度可用于蜗轮圆周速度v5m/s的场合；7级精度常用于v7.5m/s的动力传动；8级精度常用于每昼夜只有短时工作的低速传动（v3m/s)。,1.蜗杆传动的精度等级,2.蜗杆传动的标记,蜗杆的标记：类型，m,d1,旋向（R,L）,Z1 蜗轮的标记：相配蜗杆类型，m,z2 蜗杆传动标记：分子：蜗杆代号；分母：蜗轮齿数,33,例题： m=10mm,d1=90mm,右旋,Z1=2的普通圆柱蜗杆与齿数为60的蜗轮组成的蜗杆传动 蜗杆的标记：ZA1090R2 蜗轮的标记：ZA1080 蜗杆传动标记：,