蜗轮蜗杆设计

了解蜗杆传动的特点，它的适用场合。了解蜗杆传动的主要参数，如模数、压力角、螺旋头数、螺旋导程角、螺旋螺旋角、螺旋分度圆等。

•熟悉蜗杆、蜗轮构造，蜗杆与蜗轮常用什么材料制造,那个易被损害。

•掌握蜗杆传动效率低的机理，蜗杆传动中箱体内的润滑油温度过高有什么危害，如何降低。

第一节概述

蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的（图3－52），用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。在一般蜗杆传动中，都是以蜗杆为主动件。

从外形上看，蜗杆类似螺栓，蜗轮则很象斜齿圆柱齿轮。工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。为了改善轮齿的接触情况，将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住。这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触，而不是点接触。

蜗杆传动具有以下特点：

1．传动比大，且准确。通常称蜗杆的螺旋线数为螺杆的头数，若蜗杆头数为z 1，蜗轮齿数为z2，则蜗杆传动的传动比为

2＝n1/n2＝z2/z1ω1/ωi＝（3－60）

通常蜗杆头数很少（z1=1～4），蜗轮齿数很多(z2=30～80)，所以蜗杆传动可获得很大的传动比而使机构比较紧凑。单级蜗杆传动的传动比i≤100～300；传递动力时常用i＝5～83。

2．传动平稳、无噪声。因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿对较多。03．当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。

=0.4～0.45。η=0.82～0.92。具有自锁时，η=0.75～0.82；z1＝3～4时，η=0.7～0.75；z1=2时，η4．传动效率比较低。当z1＝1时，效率

5．因啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造。

由于普通蜗杆传动效率较低，所以一般只适用于传递功率值在50～60kW以下的场合。一些高效率的新型蜗杆传动所传递的功率可达500kW，圆周速度可达50 m/s。

第二节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸

本节只讨论普通圆柱蜗杆传动，或称阿基米德圆柱蜗杆传动（在垂直于蜗杆轴线的剖面中，齿廓线是一条阿基米德螺旋线，故称为阿基米德螺杆）。

＝40°；而蜗轮的齿廓为渐开线，即在主平面内，蜗杆与蜗轮的啮合如同齿条与齿轮的啮合一样。α如图3－53所示，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为主平面。在主平面上，蜗杆的齿廓与齿条相同，两侧边为直线，夹角2因此，蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算大致与齿轮传动相同，并且在设计、制造中皆以主平面上的参数和尺寸为基准。普通圆柱蜗杆传动参数已标准化。

（一）蜗杆传动的主要参数

α 1.模数m和压力角

为20°。α规定为标准值。圆柱蜗杆传动的标准模数见表3－21。蜗杆传动标准压力角α相等。为了制造方便，把蜗轮的端面模数m及端面压力角α因为在主平面上蜗杆传动相当于齿条与齿轮的啮合，所以，蜗杆的轴向齿距等于蜗轮的端面周节p(图3

－53)，即蜗杆的轴向模数与蜗轮的端面模数m相等，蜗杆的轴向压力角与蜗轮的端面压力角

表3-21 圆柱蜗杆传动的m与d1搭配值摘自GB 10085-88

m 1 1.25 1.6 2 2.5

d1 18 20 22.4* 20 28* (18) 22.4 (28) 35.5* (22.4)

28 (35.5) 45*

m 3.15 4 5

d1 (28) 35.5 (45) 56* (31.5) 40 (50) 71* (40) 50 (6 3) 90*

m 6.3 8 10

d1 (50) 63 (80) 112* (63) 80 (100) 140* (71) 90 (1 12) 160

m 12.5 16 20

d1 (90) 112 (140) 200 (112) 140 (180) 250 (140) 16 0 (224) 315

和蜗轮螺旋角γ 2．螺杆导程角β

螺杆螺旋线一般用右旋。设螺杆螺旋的导程为S，将蜗杆分度圆上螺旋线展开后,由图3-54所示,可得其导程γ与蜗轮螺旋角

S=Pa1z1 mm （3-61）

式中Pa1--螺杆的轴向齿距, mm；

z1--螺杆头数。螺杆分度圆柱上的导程角

d1=z1Pa1/πd1=z1m/d1（3－62）π=s/γtg

式中d1--螺杆分度圆直径，mm。

应数值相等、旋向相同（图3－55）。γ与蜗杆的导程角β蜗杆导程角与传动效率有关，导程角大，效率高；导程角小，可能导致自锁。蜗轮的螺旋角

3．螺杆分度圆直径d1与螺杆直径系数q

由于切制蜗轮的滚刀必须与蜗杆的形状相当，为此，对于相同模数的蜗杆，每一种分度圆直径都必须用一把切制蜗轮的滚刀，这样，刀具的数量可能太多。为了减少刀具品种并便于标准化，对于每一个模数其蜗杆分度圆直径d1只规定少数，见表3－21。螺杆直径系数用m表示，即q=d1/m。

4．蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2

也随之减小，使传动效率较低。当传递较大功率时，为提高效率，可采用多头蜗杆，一般取z1＝2、3或4。通常蜗杆头数可根据传动比按表3－22选取。γ蜗杆头数一般取z1=1～4。若要得到大的传动比，可取z1＝1，但当z1减少时，蜗杆的导程角

表3－22 蜗杆头数的选取

传动比i 5～8 7～16 15～32 30～80

蜗杆头数z1 6 4 2 1

蜗轮齿数z2，对于动力传动，一般z2=29-80。z2过小时，蜗轮齿容易发生根切。z2太大时，为使传动尺寸不致过大，往往减少模数，这就导致蜗轮轮齿弯曲强度显著降低。

（二）蜗杆传动的几何尺寸计算

设计标准蜗杆传动时，一般先选定蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，然后按强度计算确定模数m和蜗杆直径系数p。当上述主要参数确定后，可根据表3－23计算出蜗杆、蜗轮的几何尺寸。

表3－23 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算（见图3－53）

名称计算公式

蜗杆蜗轮

分度圆直径d1= mq d2= m z2

齿顶高ha=m ha=m

齿根高hf=1.2m hf=1.2m

顶圆直径da1=m(q+2) da2=m(z2+2)

根圆直径df1=m(q-2.4) df2=m(z2-2.4)

蜗杆轴向齿距pa1

mπ蜗轮端面周节pt2 pa1=pt2=p=

径向间隙c=0.20m

中心距a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)

第三节蜗杆传动的滑动速度与效率

（一）蜗杆传动的滑动速度

蜗杆传动相当于螺杆与螺母的传动。蜗杆与蜗轮轮齿啮合时，轮齿间有很大的相对滑动，蜗杆与蜗轮轮齿在节点处的相对速度称为滑动速度，用vs表示，由图3－56

可知

m/s （3－63）

m/s

m/s

式中n1、n1--分别为蜗杆、蜗轮转速，r/min；

d1、d2--蜗杆、蜗轮分度圆直径，mm；

--蜗杆分度圆的导程角γ

滑动速度较大时，当润滑条件充分时，在啮合处容易形成润滑油膜，因而润滑情况良好；但滑动速度太大，容易使轮齿产生胶合和磨损破坏。一般允许vs≤15m/ s。

（二）蜗杆传动的效率

3，即η2以及箱体内润滑油搅动时摩擦损耗的效率η1，有关轴承摩擦损耗的效率η闭式蜗杆传动的效率包括三部分：有关轮齿啮合摩擦损耗的效率

3（3－64）η2η1η=η

其主要部分为啮合效率，当蜗杆主动时，

v) （3－65）ρ+γ/tan(γ1=tanη

式中v--当量摩擦角，它与蜗杆摩擦副的材料、加工精度及滑动速度等有关。ρ1越高。ηv越小，则啮合效率ρ钢制蜗杆与青铜蜗轮配对时，减摩耐磨效果好；