g第七章 蜗杆传动

7.2 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
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m和压力角
ma1 mt 2 m
a1 t 2 2
旋向相同
2 、蜗杆分度Leabharlann 直径d1和导程角为了限制蜗轮滚刀的 数量并便于滚刀的标 准化，因此对每一标 准模数规定了一定数 量的蜗杆分度圆直径 d1（表7-1）
1000P (1 ) 1 A/ m K s (t t0 )
2
若t>80℃或有效的散热面积不足时,则必须 采取措施,以提高其散热能力
常用措施: 1 ）合理设计箱体结构,铸 出或焊上散热片,以增大散 热面积
2 ）在蜗杆轴上装置风扇, 进行人工通风,以提高散 热系数
3 ）在箱体油池内装 设蛇形冷却水管
（1） 变位前后，蜗轮的齿数不变: Z2´= Z2
而传动中心距改变: a´≠a
1 a a xm d1 mz 2 2mx 2 a' a 一般取 ∣x∣≤ 1 x m
'
按变位后的尺寸加工、安装
（2）变位前后，传动中心距不变 a´=a
蜗轮的齿数变化: Z2´≠ Z2
1 ' a d1 mz 2 2mx 2 1 a d1 mz 2 2
4）采用压力喷油循 环润滑
7.6 蜗杆和蜗轮的结构 7.6.1 蜗杆的结构
车削：有退刀槽，图7.21（a）
铣削：无退刀槽，图7.21（b）
7.6.2 蜗轮的结构
蜗轮可制成整体式或装配式 1 整体式：
2 齿圈压配式：用于中等尺寸、工作温度变化较小、 不常拆卸的蜗轮。
3 螺栓联接式，用于尺寸较大需经常更换齿圈的蜗轮。
7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算
7.3 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
1.失效形式：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。 2.设计准则：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。
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。 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。
1 a ( d1 d 2 ) 2
2.)变位蜗杆传动 目的：凑配中心距； 微调传动比； 提高承载能力及传动效率 特点：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、齿根圆变了，也即ha、hf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ha、hf不变。
'


z 2 z2 2 x
'
z2 z 2 x 2
'
一般取 ∣x∣≤ 1
5 相对滑动速度S
2 s 12 2

cos 60 1000 cos
1
d1n1
m/s
式中：
d1--蜗杆分度圆直径，mm
n1--蜗杆的转速，r/min
--蜗杆分度圆上的导程角, 度
7.1.2 几点说明
1.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 加工。 2.）滚刀齿顶高比相应蜗杆齿顶高大C*m，以便在蜗 轮轮齿上加工出径向间隙C*m
2.中间平面 1.）定义：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 2.）意义：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，因此阿基 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。 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
t—达到平衡时，箱体内的 油温，t一般限制在(60~70)º C，最高不超过80º C； t0—周围空气温度， t0=20º C。
根据热平衡条件H1=H2可求得既定工作条件下 的油温
1000 P (1 ) 1 t / C t0 Ks A
o
一般应使t在80℃以下
在既定工作条件下，保持正常油温所需要的 散热面积
2 3
式中： ZE—弹性系数，对于青铜或 铸铁蜗轮与钢制蜗杆 配对时，取
Z E 160 MPa
[ ]H —蜗轮材料的许用接触应力，
当蜗轮材料 σB< 300 MPa时，主要疲劳失效。
[ ]H KHN[ ]H 0 K HN —寿命系数 ( 可在教材中查取 ) [ ]H 0 —基本许用接触应力，MPa；见下表：
4 镶铸式:适用于大批量生产的蜗轮。
力的方向判断例题
蜗轮转向和旋向，轴Ⅱ上的轴向力互相抵消。
下图中。 下图中。
齿轮—蜗轮减速器
2 3—分别为轴承效率和搅油效率，
一般取2 3=0.95~0.96；
由表7.8查取
蜗杆传动的总效率
tan (0.95 ~ 0.96) tan( )
7.5.2 蜗杆传动的润滑
1.润滑的目的：防止胶合和减轻磨损、散热降温、降低振动 和噪声、提高传动效率
2 润滑方式
1）开式传动：采用润滑脂或粘度较高的齿轮油定期润滑。 2）闭式传动：浸油或喷油润滑，查表7.9
导程角：
tan Z1 Pa1 / d1 Z1m / d1
普通蜗杆传动的m与d1搭配值 （表7.1）
3 、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2
n1 Z 2 i n2 Z 1
蜗杆头数Z1通常取为：1，2，4，或6
Z2=iZ1，一般取Z2=28~80
4 、传动中心距a和变位系数x2
1.)标准中心距
数控回转工作台
矿山：开采设备
起重运输：提升设备、电 梯、自动扶梯
电动后视镜转向器
7.1.2、蜗杆传动的主要类型
1、按蜗杆形状分
环面蜗杆传动
圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动
2、根据齿面形状不同，圆柱螺杆传动分为：
普通圆柱蜗杆传动
圆弧圆柱蜗杆传动
3. 按齿廓曲线不同，普通圆柱螺杆传动分为
1.）阿基米德蜗杆（ZA螺杆）
7.3.2 蜗杆和蜗轮的常用材料
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 求具有良好的减摩性、耐磨性和跑合性能。 蜗杆材料：一般用碳素钢，如20、40、45钢或合金钢如、20Cr、 20CrMnTi、40Cr、40CrNi、42SiMn等， 蜗轮材料：通常按齿面间的相对滑动速度vs 大小来选择。 • vs ＞6m/s ，铸造锡青铜。如ZCuSn10P1、ZCuSn5PbZn5 •vs≤6m/s，用铸造铝铁青铜。ZCuAl10Fe3 • vs≤2m/s手动时，用灰铸铁。如HT150、HT200
第七章 蜗杆传动
7.1蜗杆传动的概述
7.1.1 蜗杆传动的组成、主要特点及应用
1.组成
蜗杆传动图
2、蜗杆传动的特点和应用
1）特点： 单级传动比大; 结构紧凑; 传动平稳，无噪音; 可自锁; 空间交错轴; 传动效率低; 成本高。
蜗轮轴线
蜗杆轴线
2）应用：
机床：数控工作台、分度
汽车：转向器
冶金：材料运输机
H ZE
Fn L
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： 1.校核公式为：
H / MPa Z E
2.设计公式为：
9KT2 9KT2 ZE [ ]H 2 2 2 d1d2 m d1Z 2
ZE 2 m d1 / mm 9KT2 ( ) Z 2 [ ]H
当蜗轮材料 σB ≥300 MPa时，主要胶合失效
[ ]H —许用接触应力，MPa；见下表：
7.4.3 蜗杆轴的强度与刚度计算
将蜗杆轴简化成普通阶梯轴，按第9章提供的方法 进行强度与刚度计算。
7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 7.5.1 蜗杆传动的效率
123
tan 式中：1—啮合效率， 1 tan( )
车刀刀刃与螺杆轴线在同一水平面上 在轴剖面：直线齿廓 法剖面：凸曲线 端面（垂直轴剖面）：阿基米德螺线
车削加工，不能磨削，精度低。
2.）渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 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 端面：渐开线 轴面：凸曲线
3.）法向直廓蜗杆(ZN蜗杆) 车刀刀刃平面要置于螺旋线的法面上 ，可以磨削，精度较高 端面：延伸渐开线 法面：直线 4.）锥面包络圆柱蜗杆(ZK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 均为曲线，可以磨削，精度较高。
7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算
目的：限制油温在允许的范围内。 单位时间内由摩擦损耗的功率产 生的热量为
H1 / W 1000P (1) 1
式中：P1—蜗杆传动的功率，KW；
—蜗杆传动的总效率。
单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为
H2 / W Ks A(t t0 )
式中 Ks—散热系数， A—散热面积 ， ； ；
7.4 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
1 运动及受力分析 特点：要计及齿面间的摩擦力， 2 iT1 T 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。
1.）力的大小
Ft1 Fa 2
2T1 d1
2T2 Ft 2 Fa1 d2 Fr1 Fr 2 Fa1 tan
d1 、 d2—分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径, mm；
——压力角， =20；
——蜗杆分度圆柱上的导程角，度。
2.）力的方向： 确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的 方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴 向力Fa的方向则可根据相应的圆周 力Ft的方向来判定，
Fa1与 Ft2方向相反，