蜗杆结构

二.蜗杆传 动的几何 尺寸
d1=mq d2=mZ2 ha1=ha2=ha*m=m hf1=hf2=(ha*+c*)m=1.2m da1=d1+2ha1=(q+2)m da2=d2+2ha2=(z2+2)m df1=d1-2hf1=(q-2.4)m df2=d2-2hf2=(z2-2.4)m
z1πm z1m tan γ = = πd1 d1
锥蜗杆传动
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。
2.按轮齿旋向 3.按工作条件: 闭式,开式,半开半闭
圆弧圆柱蜗杆的轴向齿廓为凹圆弧形，相配蜗轮的齿廓为凸圆弧形。在中间平面 内，蜗杆与蜗轮间形成凹凸齿廓啮合。圆弧圆柱蜗杆传动具有效率高（达90以 上），承载能力大（约为普通圆柱蜗杆传动的1.5 — 2.5倍），传动的比范围大， 体积小等优点，适用于高速重载传动，有逐渐取代普通圆柱蜗杆传动的趋势。
第七章
蜗杆传动
§7—1 蜗杆传动的类型及特点 蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构(交错角一般为90)。 由主动件蜗杆和从动件蜗轮组成
蜗杆的形状象个圆柱形螺纹的螺杆 蜗杆的旋向：右旋蜗杆和左旋蜗杆 （一般为右旋） 蜗杆的头数：单头蜗杆(蜗杆上只有一条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿) 双头蜗杆(蜗杆上有两条螺旋线，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿) 依此类推，设蜗杆头数为 （一般z1 ），蜗轮齿数为z2 、则传动比i为： 蜗轮形状象斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向又弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好 地啮合。
当蜗杆跨度大时要进行刚度计算
§7—4 蜗杆传动的强度计算
一、蜗杆传动的效率
η =η1 ×η2 ×η3
h1─啮合效率； h2─轴承效率； h3─溅油效率； γ h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定： tan γ 式中：ρ －蜗杆的导程角； η1 = tan(γ + ρv ) ρ －当量摩擦角。
例题： m=10mm,d1=90mm,右旋,Z1=2的普通圆柱蜗杆与齿数为60的蜗 轮组成的蜗杆传动 蜗杆的标记：ZA10×90R2 蜗轮的标记：ZA10×80 蜗杆传动标记：
ZA10×90R2 80
P = kS A(t1 − t0 ) C
= 1000× (1−η)P 1
可得到热平衡时的温度 kS——箱体表面散热系数 t1 ——油的工作温度 t0——环境温度
1000P 1000P(1−η) t1 = t0 + (°C) ≤ [t] = [t1] KS A
A ——箱体散热面积
a为中心距
【t1】 ——油的许可工作温度 一般 【t1】=70º—90º
四、蜗杆与蜗轮的结构 1、蜗杆的结构 蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。
无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构 的刚度较前一种差。
2、蜗轮的结构 为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材， 当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯 用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：
蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向 （即拇指的反方向）
☆判定蜗杆、蜗轮的转向：
蜗杆为左旋ห้องสมุดไป่ตู้蜗轮转向为顺时针
二、蜗杆传动的强度计算
闭式传动蜗轮齿面接触疲劳强度计算 按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算
校核公式
KT2 σ H = 500 ≤ [σ ]H 2 d1z2
500 2 m d1 ≥ KT2 Z [σ ] H 2
2、导程角
在m和d1为标准值时，z1↑→γ↑ γ越大传动效率越高，传递动力时要求效率高 γ=15 °-30 °且应采用多头蜗杆 γ越小传动效率越低,要求反行程自锁时 γ<=3°30'
3、传动比 I,蜗杆的头数z1,,蜗轮齿数z2
i=
n1 z2 d2 = ≠ n2 z1 d1
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。 (蜗杆头数与传动效率关系)
三、蜗杆传动热平衡计算 原因—— 效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降 润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。 设蜗杆传动功率为P1（ K W）,效率为 η 蜗杆传动转化热量所消耗的功率为：P S 经箱体散发热量的相当功率为： 达到热平衡时
P (1−η)1000 = kS (t1 − t0 )A 1
a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)
§7—3 蜗杆传动的失效形式，材料和结构 一、齿面间滑动速度VS 齿面间滑动速度
、 分别为蜗杆、蜗 分别为蜗杆、 轮在节点C 轮在节点C的速度 γ为蜗杆导程角 较大的V 引起： 较大的VS引起： 1、易发生齿面磨损 和胶合 2、如润滑条件良好 形成油膜条件） （形成油膜条件）则较 大的V 大的VS则有助于形成润 滑油膜，减少摩擦、 滑油膜，减少摩擦、磨 损，提高传动效率
当油温>[ t1]或散热条件不符合要求时，可采用以下措施。 1.增加散热片 2.在蜗杆轴端加轴流风扇 3.在油池中安装冷却水管 4.用循环油冷却
三.蜗杆传动的精度等级与标记 1.蜗杆传动的精度等级
GB/T10089-1988——对蜗杆、蜗轮传动规定了12个精度
等级，1级精度最高，12级最低。 普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以6-9级应用得最多。 6级精度可用于蜗轮圆周速度v>5m/s的场合；7级精度常 用于v<7.5m/s的动力传动；8级精度常用于每昼夜只有短时 工作的低速传动（v≤3m/s)。 2.蜗杆传动的标记 蜗杆的标记：类型，m,d1,旋向（R,L）,Z1 蜗轮的标记：相配蜗杆类型，m,z2 蜗杆传动标记：分子：蜗杆代号；分母：蜗轮齿数
v
z1m 所以 因为 γ = tan d1
Z1↑→γ↑→η↑
设计时，蜗杆传动的效率可估取为： 闭式传动： Z1=1 η=0.65～0.75 Z1=2 η=0.75～0.82 Z1=4,6 η=0.82～0.92 自锁时 η＜0.5 开式传动：Z1=1,2 η=0.60～0.70
二、蜗杆传动的润滑
2
设计公式
[бH]为蜗轮齿面的许用接触应力，Mpa.对于锡青铜查表7-4；对于铝铁青 铜或铸铁查表7-5；T2为蜗轮传递的转矩，Nmm；Z2为蜗轮齿数；K为载荷 系数，用以考虑载荷集中和动载荷的影响。一般K=1.1-1.5。 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算对于闭式蜗杆传动，轮齿弯曲折断的情况较少出 现，通常仅在蜗轮齿数较多(Z2>80-100)时才进行轮齿弯曲疲劳强度计算。 对于开式传动，则按蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿弯曲强度 的计算方法，在此不予讨论。
整体式蜗轮
配合式蜗轮
拼铸式蜗轮
螺栓联接式蜗轮
§7—4 蜗杆传动的强度计算
一、蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮 齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载 荷Ft、轴向载荷Fa。
Ft1 = −Fa2 = F = −Ft2 = a1 2T 1 d1 2T2 d2
圆柱面蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
§7—2 蜗杆传动的基本参数及几何尺寸
一、蜗杆传动主要参数 1.模数和压力角 中间平面:通过蜗杆轴线并垂直 于蜗轮轴线的平面为中间平面 (蜗杆轴面,蜗轮端面) 蜗杆传动的设计计算都是以中 间平面内的参数和几何关系为 标准。 正确啮合条件 在中间平面上，蜗轮与蜗杆的 啮合相当于渐开线齿轮与齿条 的啮合。 ma1=mt2=m αa1=αt2=200 γ=β
蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1 。 z2不宜太小 （如z2>28)，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。 （Z1与Z2的荐用值表）
5.中心距
a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)
4、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q
Fr1 = −Fr2 = Ft2 tan α
Fn = 2T2 d2cosαn cosγ
蜗杆传动受力方向判断
力的方向和蜗轮转向的判别 圆周力 Ft——主反从同 轴向力 Fa1——蜗杆左右 手螺旋定则 四指环绕方向：蜗杆转向 径向力 Fr——指向各自的轴线 左手或右手：蜗杆旋向
拇指指向：蜗杆所受轴向力方向
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圆柱面蜗杆传动
一、蜗杆传动的特点
二、蜗杆传动的类型 1.按蜗杆形状:
圆柱蜗杆传动 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。 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 环面蜗杆传动 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； 其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 阿基米德蜗杆（ZA）渐开线蜗杆(ZI) 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 普通圆柱蜗杆传动 加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。 法向直廓蜗杆(ZN) 锥面包络蜗杆(ZK)
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，蜗杆的尺寸参数 与加工蜗轮的蜗轮滚刀尺寸参数相同，为了限制滚刀的数目及便于滚刀的标准化， 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。 q=d1/m q称为蜗杆的 直径系数 d1=mq q值越小，即蜗杆 直径 d1 越小， 则升高γ越大，传 动效率越高，但直 径 d1 变小会导 致蜗杆的刚度和强 度削弱，设计时应 综合考虑。
二、蜗杆传动的失效形式及计算准则 1、蜗杆传动的失效形式（主要是蜗轮失效） 闭式传动：胶合 点蚀 开式传动：磨损 2、蜗杆传动的强度计算准则 闭式传动：按齿面接触疲劳强度设计 计算热平衡 开式传动: 齿根弯曲疲劳强度计算 校核齿根弯曲疲劳强度
三、蜗杆、蜗轮的常用材料 蜗杆、 蜗杆 要求：1）足够的强度；2）良好的减摩、耐磨性；3）良好的抗 胶合性；因此常采用青铜作蜗轮齿圈，与淬硬磨削的钢制蜗杆相配。 蜗杆常用材料为碳素钢和合金钢，要求齿面光洁并且有较高 硬度。一般蜗杆可采用45，40等碳素钢，调质处理，硬度为220～ 250 HBS。对高速重载的蜗杆常用20Cr，20 crMnTi，渗碳淬火到 56～62 HRc；或40r，38 SiMnMo，表面淬火到45～55HRC，并应磨 削。 蜗轮常用材料为青铜和铸铁。铸造锡青铜，如zCuSnl0P1， zcuSn5Pb5Zn5，抗胶合，耐磨性能好，易切削加工，但价格贵，一 般用于高速(v<25 m／s)重要场合。铝铁青铜，如zCuA1l0Fe3，具 有足够强度，并耐冲击，价格也低，但切削性能和抗胶合性能较差， 故不适于高速，常用于Vs<=6m/s场合。灰铸铁主要用于低速、轻载 的场合。