第十一章 蜗杆传动

第十一章蜗杆传动

11.1 蜗杆传动的类型和特点

一、特点

①传递相错轴间的运动和动力，常用

②传动比大、准确恒定，

③传动平稳、噪声小（蜗杆的齿连续啮合）

④可以实现自锁

⑤效率低，=1，η=（0.7~0.75）；=2，η=(0.75~0.82)；=3~4，η=(0.82~0.92)

⑥齿面间滑动速度大,发热量大（热平衡计算）

⑦技术数据：=4000 r/min, = 69 m/s, =1000 kW, =700 kNm

二、类型

按蜗杆的形状分

（一）、圆柱蜗杆

1、阿基米德蜗杆（ZA）

①加工方法：梯形直刃车刀加工，刀刃在轴截面内（与加工普通梯形螺纹时相同）

②齿形：蜗杆：轴垂面内—齿廓曲线为阿基米德螺线

轴剖面内—齿廓为直线，轴面齿形角（直齿条齿廓）

蜗轮：中间平面内—齿廓为渐开线

③特点：加工简便，应用最广；不便磨削，精度较低

2、渐开线蜗杆（ZI）

①加工方法：两把梯形直刃刀加工，刀具切削刃面与蜗杆基圆柱相切

②齿形：蜗杆：轴垂面内—齿廓为渐开线

轴剖面内—齿廓为凸齿廓；法面齿形角

基圆柱切面内—齿廓为直线

③特点：可滚切、可磨削，制造精度较高

3、延伸渐开线蜗杆（ZN）

①加工方法：直刃车刀切削刃在蜗杆螺旋线的法面内

②齿形：蜗杆：轴垂面内—齿廓曲线为延伸渐开线

轴剖面内—齿廓为凸齿廓

蜗杆齿法面—齿廓直线，法面齿形角

③特点：可车、用指状铣刀或盘铣刀加工；磨削困难

4、锥面包络圆柱蜗杆

①加工方法：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内

②齿形：蜗杆：轴垂面内—齿廓曲线为近似阿基米德螺线

轴剖面内—齿廓为凸齿廓

蜗杆齿法面—齿廓凸齿廓

③特点：不能车、可磨获得高精度，应用日趋广泛

5、圆弧圆柱蜗杆

①加工方法：凸圆弧形切削刃车刀加工

②齿形：蜗杆：轴剖面内—凹弧形

蜗轮：端面齿廓—凸圆弧（范成法加工）

③特点：效率90%以上，承载能力比普通蜗杆高50~150%，广泛应用于各类减速机中。（二）、环面蜗杆

①加工方法：平面二次保络

②齿形：蜗杆轴面和蜗轮端面—均为直线齿廓

蜗轮节圆在蜗杆节弧面上

②特点：润滑角近似90o,利于润滑油模形成

对制造和安装精度要求高

（三）、锥蜗杆

①蜗杆—节锥面上分布等导程螺旋线齿

蜗轮—类似螺旋锥齿轮（用与锥蜗杆一致的锥滚刀在滚齿机上加工）

②特点：同时接触点数多、重合度大、承载大

传动比达10~360；

11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算

11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择

蜗杆蜗轮机构是由交错轴斜齿圆柱齿轮机构演变而来的，如图所示交错角=90°、螺旋角旋向相同，小齿轮螺旋角很大，分度圆柱直径较小、轴向长度较长、齿数很少，外形像一根螺杆，称为蜗杆。蜗轮实际上是一个斜齿轮。

规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。 1.蜗杆的头数Z 1和蜗轮的齿数Z 2和传动比i

（1）蜗杆头数：z 1=1-4：

●单头：i 大，易自锁，效率低，精度高。 ●多头：η↑，但加工困难，精度降低。 （2） 蜗轮齿数：z 2=27-80

Z2过大，m 过小，轮齿弯曲强度↓

m 不变，Z2过大，d2过大，蜗杆支承跨距↑，蜗杆弯曲赐度↓ （3）、传动比和齿数比u —— 齿数比——大齿轮齿数比小齿轮齿数； 传动比——从动轮齿数比主动轮齿数

u Z Z n n i ===1

2

2

1

2.模数和压力角

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。

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。

（中间轴）主平面内蜗杆蜗轮传动相当于——齿条与渐开线齿轮（阿基米德蜗杆） 主平面：蜗杆——轴面1a m ,1a α；蜗轮——端面2t m ，2t α

12122a t a t m m m αααλβ

==⎧⎪

==⎨⎪=⎩

——正确合条件

3.蜗杆分度圆螺旋导程角λ

将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，如图所示，则蜗杆的导程角λ为

111111

a Z

Z P P Z m Z tg q d d d πλπππ=

===

Z 1、q 已知时，导程角即为定值

4.蜗杆分度圆直径d 1及蜗杆直径系数q

由于加工蜗轮须用与之啮合的蜗杆参数相同的滚刀来加工，所以对于同一尺寸的蜗杆

必须一把对应的蜗轮滚刀，即对同一模数不同直径的蜗杆，必须配相应数量的滚刀。∴为了限制蜗轮滚刀的数量，取蜗杆直径d 1为标准值，并引入直径系数q.

（1）蜗杆的分度圆直径d 1 1

1tan z d m λ= （2）

直径系数q 1

tan z q λ

= d 1=mq 5.蜗杆传动的中心距a

)(2

1

)(2)(2121221Z Z m Z q m d d a +≠+=+=

11.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算

标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表11.3。

名称符号蜗杆蜗轮

齿顶高

齿根高

全齿高

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

蜗杆导程角

蜗轮螺旋角

节圆直径

中心距

11.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则

11.3.1 蜗杆传动的失效形式

主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失效是齿面胶合和过度磨损。

11.3.2设计准则:

开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则。

闭式传动：主要失效是胶合和点蚀。

设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。

11.4蜗杆传动的材料和结构

11.4.1蜗杆传动常用材料

1、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

2、蜗杆材料

40、45，调质HBS220~300——低速，不太重要

40、45、40Cr，表面淬火，HRC45~55——一般传动

15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK渗碳淬火、HRC58~63——高速重载

3、蜗轮

铸铸青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5P65Zn5）——V S≥3m/s时，减摩性好，抗胶合性好，价贵，强度稍低。

铸铝铁青铜（ZcuAl10Fe3）——V S≤4m/s，减摩性、抗胶合性稍差，但强度高，价兼铸铁：灰铁；球墨铁。——V S≤2m/s，要进行时效处理、防止变形。

11.4.2 蜗杆和蜗轮的结构

1、蜗杆常与轴制成一体，称为蜗杆轴——铣制蜗杆

车制蜗杆

2、蜗轮——组装式：齿圈用青铜，轮芯用铸铁（为节省青铜）