第十章蜗杆运动与螺旋传动

第十章、蜗杆运动与螺旋传动

蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，。这种传动结构紧凑、传动比大、传动平稳、自锁性好，广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。

螺旋传动由螺旋副连接而成，结构简单，制造方便，易于自锁，工作可靠，可以将回转运动变换为直线运动，在仪器仪表、工装、测量工具等领域中应用广泛。

[实例]

实例一：图10-1为一蜗轮蜗杆减速器，是一种具有结构紧凑,传动比大,以及在一定条件下具有自锁功能的传动机械,是最常用的减速机之一。

图10-1 蜗轮蜗杆减速器图图10-2 定心夹紧机构实例二：图10-2定心夹紧机构，由平面夹爪和V型夹爪组成定心机构。螺杆的两端分别为右旋和左旋螺纹，采用导程不同的复式螺旋。当转动螺杆时，两夹爪就夹紧工件。

[学习目标]

1．熟练掌握蜗杆的传动特点、失效形式和计算准则；

2．熟练掌握蜗杆和蜗轮的结构特点；

3．掌握蜗杆传动的受力分析、滑动速度和效率；

4．掌握蜗杆传动的热平衡计算；

5．了解蜗杆传动的强度计算特点；

6. 了解螺旋传动机构的工作原理、运动特点及适用场合。

[重点与难点]

1．蜗杆传动的组成和特点

2．蜗轮蜗杆的主要参数、几何尺寸计算

3．蜗轮蜗杆的主要失效形式

4．螺旋传动的类型

第一节：蜗杆传动的组成、特点及分类

一、蜗杆传动的组成

蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图10-3所示。通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。

图10-3 蜗杆传动

二、蜗杆传动的特点

(1)传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40(<80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。

(2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。

(3) 有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。手动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。

(4)传动效率低。蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。一般η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅0.4。

(5)蜗轮造价较高。为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。

由上述特点可知：蜗杆传动适用于传动比大，传递功率不大，两轴空间交错的场合。

三、蜗杆传动的分类

如图10-4所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a），环面蜗杆传动（图b）,和锥面蜗杆传动(图c)。

圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。

普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA 型）、渐开蜗杆（ZI 型）和法面直齿廓蜗杆（ZH 型）等几种。

如图10-5所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。

图10-5 阿基米德蜗杆 图10-6渐开线蜗杆 如图10-6所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。

蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。

第二节：普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算

一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择

普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数m 、压力角α、蜗杆头数z 1、蜗轮齿数z 2和传动比i 等。进行蜗杆传动的设计时，首先要正确地选择参数。

1. 模数m 和压力角α

和齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数。为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数m a 1应等于蜗轮的端面模数m t 2；蜗杆的轴向压力角1a α应等于蜗轮的端面压力角2t α；蜗杆分度圆导程角γ应等于蜗轮分度圆螺旋角β，且两者螺旋方向相同。即：

a) b) c) 图7-2蜗杆传动的类型

β

γα

αα=====2121t a t a m

m m

2. 蜗杆的分度圆直径d 1和导程角β 如图10-7所示，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端平面的夹角γ称为蜗杆的导程角。可得：

11111γd m z d p z tg a =π= (10-1) 式中：p a 1为蜗杆轴向齿距(mm)；d 1为蜗杆分度圆直径（mm ）。

蜗杆的螺旋线与螺纹相似也分左旋和右旋，一般多为右旋。对动力传动为提高效率应采用较大的γ值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传动，应采用γ<033''︒

的蜗杆传动，此时蜗杆的头数为1。由式7-2得：

mq tg z m

d =γ=11 (10-2) 式中：γ

=tg z q 1称为蜗杆的直径系数，当m 一定时，q 值增大，则蜗杆直径d 1增大，蜗杆的刚度提高。小模数蜗杆一般有较大的q 值，以使蜗杆有足够的刚度。

蜗杆与蜗轮正确啮合，加工蜗轮的滚刀直径和齿形参数必须与相应的蜗杆相同，为限制蜗轮滚刀的数量，d 1亦标准化。d 1与m 有一定的匹配如表10-2所示。

3.蜗杆头数z 1、蜗轮齿数z 2和传动比i

蜗杆头数z 1,即为蜗杆螺旋线的数目。蜗杆的头数一般取z 1=1～6。当传动比大于40或要求自锁时取z 1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证。

蜗轮的齿数一般取z 2＝27～80。z 2过少将产生根切；z 2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。

蜗杆传动的传动比i 等于蜗杆与蜗轮转速之比。当蜗杆回转一周时，蜗轮被蜗杆推动转过z 1个齿（或z 1/z 2周），因此传动比为：

1221z z n n i == （10-3）

式中：n 1、n 2分别为蜗杆和蜗轮的转速（r/min ）。

在蜗杆传动设计中，传动比的公称值按下列数值选取：5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80为基本传动比应优先选用。z 1、z 2可根据

图10-7 分度圆柱展开图