机械设计基础课件——第五章蜗杆传动

▪ 2.蜗轮材料
▪ 常用的蜗轮材料为铸造锡青铜(ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5)、铸造 铝铁青铜(ZCuAl10Fe3)及灰铸铁(HTl50、HT200) 等。锡青铜耐磨性最 好，但价格较高，用于滑动速度vs≥3m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨 性较锡青铜差一些，但价格便宜，一般用于滑动速度vs≤4m／s的传动； 如果滑动速度不高(vs＜2m／s)，对效率要求也不高时，可采用灰铸铁。 为了防止变形，常对蜗轮进行时效处理。
渐开线圆柱蜗杆（ZI 蜗杆）传动和延伸渐开线蜗杆传动。
图 5-1
▪ 二、蜗杆传动的特点 ▪ 蜗杆传动具有以下优点： ▪ （1）传动比大，结构紧凑 ▪ （2）传动平稳，小噪音 ▪ （3）具有自锁性 ▪ 蜗杆传动具有以下缺点： ▪ （1）蜗杆传动效率低 ▪ （2）发热量大，齿面容易磨损，成本高 ▪ 三、蜗杆传动的应用 ▪ 由于蜗杆传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动比较大、传
示。 ▪ （4）采用压力喷油循环润滑，既润滑又冷却，如图5-9c所示。
图 5-9
递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功率时，为提高传 动效率，常取z1＝2～4。此外，由于当蜗旋升角较小时传动具有自锁 性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。它还广泛应用 在机床、汽车、仪器、冶金机械及其他机器或设备中
第二节 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
▪ 一、蜗杆传动的主要参数 ▪ 1.模数m和压力角α ▪ 2.蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q ▪ 3.蜗杆导程角（螺旋升角）γ ▪ 4.蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 ▪ 5.中心距a ▪ 二、蜗杆传动的几何尺寸计算（见书上81页）
疲劳强度设计，再按齿根弯曲强度进行校核；对于开式蜗杆传动，则 通常只需按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算；此外，对于闭式蜗杆传 动，由于散热困难，还应进行热平衡计算。
▪ 三、蜗杆、蜗轮常用材料
▪ 1.蜗杆材料
▪ 蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr， 并经渗碳淬火；中速中载用40、45号钢或40Cr并经淬火。这样可以提 高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为40~55HRC， 经氮化处理后的硬度为55~62HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆， 可采用40或45号钢，并经调质处理，其硬度为220~300HBS。
第五章 蜗杆传动
第一节 蜗杆传动的类型、特点和应用
▪ 一、蜗杆传动的类型
▪
蜗杆传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。蜗杆传动由
蜗杆、图5-1蜗杆传动蜗轮和机架组成（图5-1），用于传递空间两交
错轴间的运动和动力，通常两轴线的交错角为90°。
▪ 蜗杆传动种类繁多，根据蜗杆形状的不同可分为圆柱蜗杆传动（图52a）、环面蜗杆传动（图5-2b）和锥面蜗杆传动（图5-2c）。圆柱面 蜗杆传动根据螺旋面的不同可分为阿基米德圆柱蜗杆（ZA蜗杆）传动、
▪ 四、蜗轮、蜗杆的结构
▪ 1.蜗杆结构
▪ 蜗杆与轴常做成一体，称为蜗杆轴。图5-7a所示为铣制蜗杆，其两端 轴径大于蜗杆根径，刚度大；图5-7b所示为车制蜗杆，蜗杆上有退刀槽， 刚度小。
▪
图 5-7
▪ 2.蜗轮结构
▪ （1）整体式蜗轮适用于直径小于100mm的青铜制蜗轮和任意直径的 铸铁蜗轮（图5-8a）。
▪
η=(0.95~0.97)tanγ/tan(γ+φv)
▪ 二、蜗杆传动的润滑
▪ 1采0蜗用m杆/喷s的传油中动润、一滑低般，速用这蜗油时杆润仍传滑应动。使，润蜗大滑杆多方或采式蜗用有轮油油少浴浴量润润浸滑滑油；和。v喷s>油10润m滑/s两的种高。速一蜗般杆v传s＜动，
▪ 蜗杆传动要求润滑油具有较高的粘度、良好的油性，且含有抗压和减摩、 耐磨性好的添加剂，对于一般蜗杆传动，可采用极压齿轮油；对于大功率重 要蜗杆传动，应采用专用蜗轮蜗杆油。目前我国已生产出蜗杆传动专用润滑 油，如合成极压蜗轮蜗杆油、复合蜗轮蜗杆油等。
▪ （2）组合式蜗轮尺寸较大，为节省青铜材料，降低制造成本，可做 成组合式结构。即轮缘用青铜材料，轮毂用铸铁材料。图5-8b、c、d 为几种常用的组合式蜗轮。
图 5-8
Байду номын сангаас
第四节 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡
▪ 一、蜗杆传动的效率
▪ 闭式蜗杆传动一般有3方面的功率损失：啮合摩擦损失、轴承摩擦损失和油 浴润滑时的搅油损失。因此，蜗杆传动的效率为：
第三节 蜗杆传动的失效形式、材料和结构
▪ 一、齿面间滑动速度v
▪ 蜗轮在节点处的相对滑动速度vs得
vs
v12 v22
v1
cos
d1n1 60000 cos
▪ 二、蜗杆传动的失效形式和设计准则
▪ 在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总 是高于蜗轮轮齿强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗杆传动 中的相对速度较大，效率低，发热量大，所以蜗杆传动的主要失效形 式是蜗轮齿面胶合、点蚀及磨损。由于对胶合和磨损的计算目前还缺 乏成熟的方法，因而通常是仿照设计圆柱齿轮的方法进行齿面接触疲 劳强度和齿根弯曲疲劳强度的计算，但在选取许用应力时，应适当考 虑胶合和磨损等因素的影响。 对闭式蜗杆传动，通常是先按齿面接触
▪ 三、蜗杆传动的热平衡计算
▪ 蜗杆传动转化热量所消耗的功率为：
▪
Ps==1000(1-η)P1
▪ 经自然冷却散发热量的相当功率为：
▪
Pc=ksA(t1-t0)
▪ 热平衡时应Ps=Pc， 所以得：
▪
t1=［1000(1-η) P1/ ksA］+t0≤［t1］
▪ 若油温过高，可采取如下散热措施：
▪ （1）箱体上设散热片，以增加散热面积。 ▪ （2）蜗杆轴端加装风扇，如图5-9a所示。 ▪ （3）在箱内设置冷却水管，利用循环水将热量带走，如图5-9b所