蜗杆机构

§11-2 蜗杆传动的类型
三、锥蜗杆传动
特点：
① 同时接触的点数较多，重合度大； ② 传动比范围大，一般为10~360； ③ 承载能力和效率较高，可节约有色金属； ④ 制造安装简便，工艺性好。
配对蜗轮的加工
上述各类蜗杆的配对蜗轮，均是按范成法原理，在滚 齿机上用滚刀加工的。蜗轮滚刀齿廓与相应的蜗杆齿廓 一致；滚切时的中心距，也与蜗杆传动的中心距相同。
352. 2
160 16000
m2d1 (mm3) (mm) (mm)
12.5 (90) 112 (140)
315
m2d1 (mm3)
1406 2
1750 0
2187 5
3125 0
2867 2
4608 0
6400 0
6400 0
wenku.baidu.com
12600 0
普通蜗杆传动的参数与尺寸1
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
§11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算
[σH] －蜗轮的许用接触应力
蜗轮材料若为铸锡青铜，则下表的[σH]'为基本许用接触应力，而 蜗轮：有色金属（铸锡青铜、铸铝铁青铜、灰铸铁等） N=60jn2Ln
7 8 H HN H H
ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 10 K ' ' ZCuSn5Pb5Zn5 N vs3 重要传动 vs 4 m/s vs 2 m/s 铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力[σH]' (MPa) 耐磨性好、抗胶合 价格便宜 经济、低速 蜗杆螺旋面的硬度 ☻当蜗轮材料铸锡青铜时，因其耐磨、减摩性较好， 砂模铸造 150 180 铸锡磷青铜 故主要失效形式为齿面点蚀 ZCuSn10P1
ZC蜗杆 2.4
ZI蜗杆 Z E Z E Z L(ZA,AN,ZK蜗杆亦 Ⅱ 0 可近似查用)
KFn
KT2 a
3
H
Ⅲ
不均匀、小冲击
25~50
不均匀、大冲击
＞50 大 1.2
每小时起动次数
将Fn换算成T2和d2的关系式， 小 较大 d /a 2.0 1 将d2、L0、ρΣ换算成中心距的函数 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6
2α0
§11-2 蜗杆传动的类型
法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)
γ
也用车床加工 但磨削较困难
dx
延伸渐开线
I γ
I
N-N
直廓
I-I
凸廓
法面齿廓： 直线
§11-2 蜗杆传动的类型
渐开线蜗杆(ZI蜗杆)
γ
端面齿廓： 渐开线
II
也用车床加工， 用磨床磨削
γ
III
基圆
II
III
III-III 凸廓
II-II
I-I
③ 与普通圆柱蜗杆传动相比，具有体积小， 质量小，结构紧凑等优点。
ha hf
sf s sa
rf
已广泛应用到冶金、矿山等重型机械设 备的减速机构中。
r ra
ρ
πm
α0
L'
蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆 弧形的车刀切制的。
l'
§11-2 蜗杆传动的类型
二、环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特点： 1. 同时参与啮合的齿数多，传动平 稳，且承载能力强，约为阿基米 德蜗杆传动的2～4倍； 2. 齿面有利于润滑油膜的形成，传 动效率高，一般可达85％～90％ 可； 3. 要求制造和安装精度高
第十一章 蜗杆传动
§11-1 蜗杆传动概述 §11-2 蜗杆传动的类型 §11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸 §11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 §11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡 §11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
阿基米德蜗杆传动：
蜗杆与蜗轮啮合时，在中间平面上相当于齿轮齿条的啮合。
三、蜗杆的头数z1
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。
i
n1 n2

z2 z1
蜗杆传动的效率：
效率符合下式: 且有
tan( ) tan( v )
蜗杆传动可以视为螺杆与螺母间的螺旋传动,故蜗杆传动的
蜗 杆 d1 =mq ha=m df =1.2mq da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) pa1=pt2= px=π m
蜗 轮 d2=mz2 ha=m df =1.2mq da1=m(q+2) df2=m(q-2.4)
c=0.2 m a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)
第十一章 蜗杆传动

γ↑→η↑
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
因为蜗杆的模数m、分度圆直径d1由强度计算获得，是一组确 定值,所以齿距pa＝πma也为确定值。 故有 z1=1 d1 P=πma z1↑→γ↑→η↑ pa
γ
γ
pz=z1pa
πd1分度圆周长
z1=2
pa
γ
d1
γ
πd1分度圆周长
pz=z1pa
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
α0 直廓 α0
db
凸廓
I
I
§11-2 蜗杆传动的类型
锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)
用铣床加工，且便于在磨床上磨削，故蜗杆精度较高， 应用日益广泛。
§11-2 蜗杆传动的类型
一、圆柱蜗杆传动
2.圆弧圆柱蜗杆传动(ZC蜗杆)
圆弧圆柱蜗杆传动的特点: ① 效率高，一般可达90%以上；
② 接触为线接触，承载能力高，一般情况下 约为普通圆柱蜗杆传动的1.5~2.5倍；
1. ★失效形式及设计准则
与齿轮传动相比，具有相似的失效形式。 但由于蜗杆传动齿面相对滑动速度vs大，增加了产生胶合和磨 损失效的可能性。
☻闭式传动：润滑良好时，多因齿面点蚀而失效。 润滑不良时，将发生齿面胶合失效。 设计准则：按齿面接触强度进行设计， 再按齿根弯曲强度进行较核。 同时，为保证散热，还应进行热平衡计算。
蜗轮：有色金属（铸锡青铜、铸铝铁青铜、灰铸铁等） ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5 vs3 重要传动 耐磨性好、抗胶合 ZCuAl10Fe3 HT200
vs 4 m/s 价格便宜
vs 2 m/s 经济、低速
∵蜗轮材料较弱，失效经常发生在蜗轮的轮齿上 ★∴按蜗轮轮齿进行承载能力计算。
杆变长，支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。
蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的荐用值
i=Z2/Z1 Z1 Z2
≈5
7~15 14~30
6
4 2
29~31
29~61 29~61
29~82
1
29~82
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算
名 称 计 算 公 式
蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶圆直径 根圆直径 蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙 中心距
2. 压力角α GB10087-88 阿基米德蜗杆压力角标准值：α=20°
动力传动，当γ> 30°,推荐：α=25°
分度传动，推荐用 α=15°或 12 °
普通蜗杆传动的参数与尺寸1
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
二、蜗杆的分度圆直径d1
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
§11-2 蜗杆传动的类型
根据蜗杆形状分类：
圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动
§11-2 蜗杆传动的类型
一、圆柱蜗杆传动
普通圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动
1.普通圆柱蜗杆传动
根据蜗杆曲线齿廓形状分类: 阿基米德蜗杆(ZA蜗杆) 车削工艺好， 精度低， 中小载荷， γ 使用逐渐减少 轴面齿廓： 直线α0=20º 端面齿廓： 阿基米德螺线
m2d1 (mm3)
m d1 (mm) (mm)
18
51.2 71.68
72
89.6
4
112
142
140
175
5
221.9
281
(50) 800
71 1136
(40) 1000
50 1250
(63) 1575 10 (112) 11200 20 (224) 896000
90 2250
m2d1 (mm3) 277.8 m d1 m d1 (mm) (mm)
第十一章 蜗杆传动
§11-1 蜗杆传动概述 §11-2 蜗杆传动的类型 §11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸 §11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 §11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡 §11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
第十一章 蜗杆传动
§11-1 蜗杆传动概述 §11-2 蜗杆传动的类型 §11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸 §11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 §11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡 §11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
§11-1 蜗杆传动概述 §11-2 蜗杆传动的类型 §11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸 §11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 §11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡 §11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
§11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
普通蜗杆传动的承载能力计算1
☻开式传动：多发生齿面磨损和轮齿折断， 设计准则：按齿根弯曲强度进行设计。
另外，若蜗杆较长，还应进行蜗杆刚度计算。
§11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算
2. 常用材料 蜗杆：钢材
同齿轮，五种失效形式都有。
普通蜗杆传动的承载能力计算1
材料的基本要求：足够的强度、减摩、耐磨和抗胶合性
高速重载：15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。 低速中轻载：45钢调质。
四、导程角
tan z1 m
普通蜗杆传动的参数与尺寸2
d1

z1m d1

z1 q
β1
规定蜗杆的直径系数: q= d1／m 蜗杆的直径： d1 = m q 蜗轮的直径：d2 = m z2
γ1
d
m
z 1 m
五、传动比 i
i n1 n2 z2 z1 d2 d1

d 1 (分 度 圆 周 长 )
蜗轮的端面
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
1. 模数m 模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。
蜗杆模数m值 GB10088-88
第一系列 第二系列 1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
六、中心距
a
1 2
(d1 d 2 )
1 2
(q z 2 )m
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
七、蜗轮齿数z2
蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1 。
z2不宜太小（如z2＜26)，否则啮合区域显著减小，同时参与啮合的
蜗轮齿数减少，传动平稳性变差。
z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径增大，使相啮合的蜗
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d1。 q= d1 ／m－－蜗杆的直径系数。
m d1 (mm) (mm) 1 18 1.25 20 22.4 31.25 35 3.15 (28) 35.5 (45) 446.5 6.3 (50) 1985 63 2500 (80) 3175 112 4445 (63) 4032 80 5376 16 200 (112) 140 35840 (180) 250 (140) 56000 160 56 556 (31.5) 504 40 640 8 (100) 6400 140 8960 (71) 7100 90 9000 20 1.6 28 (18) 22.4 2 (28) 35.5 (22.4) 28 2.5 (35.5) 45
1 1.15
＜25
ρ KV为动载系数，当蜗轮速度v2≤3m/s时，KV=1~1.1； 蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数 当蜗轮速度v2＞3m/s时，KV=1.1~1.2。 Kβ为齿向载荷分布系数，载荷平稳时，Kβ=1； K－载荷系数 载荷变化时，Kβ=1.1~1.3。
Z －接触系数，即
§11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 三、蜗杆传动强度计算
1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算
K＝KAKVKβ，其中KA为使用系数，由下表确定。 1 1 zρ的确定
zFca ( ρ 3.6
H 工作类型
载荷性质
起动载荷 KA
1


2
)
(
1 1
3.2 2
1 Ⅰ2
2
)L
E1 均匀、无冲击 E1 2.8
2α
蜗杆的轴面
中间平面
蜗轮的端面
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸 一、模数m和压力角a
正确啮合条件：蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面 模数、压力角相等，即 且蜗杆的导程角γ1＝蜗轮的螺旋角β2 ma1= mt2 = m αa1= αt2=α
蜗杆的轴面
普通蜗杆传动的参数与 尺寸1
2α
中间平面