蜗轮蜗杆传动设计

Ⅱ
Ⅲ
不均匀、小冲击 不均匀、大冲击
齿轮传动设计培训
第三部分：蜗轮蜗杆传动设计 2004、6
本章要点
1、了解蜗轮蜗杆传动的啮合特点、运动关系和几何系数。 2、掌握蜗轮蜗杆传动的受力分析、强度计算和热平衡计算 方法。
三、蜗轮蜗杆传动设计
—蜗杆传动概述
蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。
蜗杆传动的主要特点有：
1．传动比大，一般为i=5~80，大的可达300以上； 2．重合度大，传动平稳，噪声低； 3．摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式； 4．传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。
但头数增多给制造带来困难，且效率提高不显著，故通常蜗杆头数取为1、
2、4、6 。
➢导程角：
tg z1 m
d1
在m和d1为标准值时，z1↑→↑
正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且1＝b2
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
➢传动比i： i n1 z2 d2 n2 z1 d1
[ H
]'
N 60 jn2 Ln
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
Zρ的大小，可根据不同的蜗杆齿廓曲线，由下图确定：
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
K=KAKVKβ, 其中KA为使用系数，由下表确定：
工作类型 载荷性质
Ⅰ 均匀无冲击
➢蜗杆传动的设计准则：
蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算 蜗轮的齿面接触疲劳强度计算
── 防止齿面过度磨损引起的失效。
蜗杆的刚度计算 ── 防止蜗杆刚度不足引起的失效。 传动系统的热平衡计算 ── 防止过热引起的失效。
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
➢蜗杆传动强度计算：
蜗轮齿面接触疲劳强度计算：
➢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。
正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且1＝b2
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三、蜗轮蜗杆传动设计
许用接触应力[σH],根据蜗轮材料的不同，可在下两表中选取。 1、蜗轮材料为灰铸铁及铸铝铁青铜时，其许用应力直接在下表选取：
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
2、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：
[ H ]
K HN
[ H ]'
8
107 N
i=z1/z2
z1
z2
≈5 7~15 14~30 29~82
6
29~31
4
29~ 61
2
29~ 61
1
29~ 82
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➢中心距
a
1 2
(d1
d2
)
1 2
(q
z2 )m
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
➢蜗杆传动的失效形式：
蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。 蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式。
由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力传输中的应用
受到限制。
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—蜗杆传动类型
普通圆柱蜗杆传动
阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆、锥面包络圆柱蜗杆
其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装
圆柱蜗杆传动 位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。
圆弧圆柱蜗杆传动
其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧 形的车刀切制而成的。
环面蜗杆传动
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；
锥蜗杆传动
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同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载 能力和效率较高；可节约有色金属。
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切，理论上应使z2min≥17,但 在z<26时，啮合去要显著减小，影响传动的平稳性。为了能保证始终有
两对以上的齿啮合，一般要求z2>28；对于动力传动，为了保证蜗轮轮齿
的弯曲和相啮合蜗杆的弯曲强度，通常要求z2<80，设计时可参考下表选
取z1和z2:
考虑啮合摩擦损耗是蜗杆的传动效率：
tg tg( v )
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
导程角γ增大时，传动效率将提高，导程角γ 与蜗杆 头数z1之间有如下关系：
tg z1 pa z1m z1 d1 d1 q
显然，当蜗杆头数z1增多时，导程角γ增大，从而使传动效率提高。
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
➢模数m和压力角a
蜗杆与蜗轮啮合时，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:
ma1= mt2 = m
; aa1= at2
➢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 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。直径d1与模数m的比值(q= d1／m)称为蜗杆的直径系数。
➢蜗杆传动的常用材料：
√为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。 √高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。 √低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。 √蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
校 核 计 算 ： H
K L0
Fn
Z
E
ZE
Z
K T2 a3
[ H ]
设 计计 算：a
3
K
ຫໍສະໝຸດ Baidu
T2
(
ZE
[
Z
H
]
)2
mm
式中：Zρ为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。 K为载荷系数。
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其它的符号含义与齿轮传动部分相同。
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
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蜗 杆 的 模 数 与 分 度 圆 直 径
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三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
➢蜗杆的蜗杆的头数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。