机械设计基础课件第六章蜗杆传动

圆弧面蜗杆传动动画(3D)
圆柱面蜗杆传动动画(3D)
锥蜗杆传动动画(3D)
6.2
6.2.1
蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
蜗杆传动的主要参数及正确啮合条件
1、模数m和压力角α 如图所示，中间平面内蜗杆蜗轮传动相当于齿 条与渐开线齿轮 ，正确啮合的条件为
ma1 mt 2 m a1 t 2
2.
蜗杆传动的主要缺点
（1）传动效率低，不宜用于大功率传动。 （2）成本高。 （3）由于对制造和安装误差很敏感，安装 时对中心距的尺寸精度要求较高。
6.1.2
蜗杆传动的类型
蜗杆传动按蜗杆形状的不同可分为圆柱蜗杆、 环面蜗杆和锥蜗杆传动3种类型，分别如图（a）、 图（b）、图（c）所示。圆柱蜗杆制造简单，应 用广泛；环面蜗杆便于润滑，效率高，但制造困 难，用于大功率传动。 本章仅介绍应用较多的圆柱蜗杆传动。
例如，齿形为A、齿形角α为20°、模数为10 mm、 分度圆直径为90 mm、头数为2的右旋圆柱蜗杆；齿数 为80的蜗轮以及由它们组成的圆柱蜗杆传动的标记如下。 蜗杆标记为：蜗杆
ZA10 90 R2
蜗轮标记为：蜗轮
ZA10 80
蜗杆传动标记为： ZA10 90 R 2 / 80
6.3
6.3.1
第6 章
蜗杆传动
6.1 蜗杆传动的特点和类型 6.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 6.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 6.4 蜗杆传动的受力分析与强度计算 6.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
6.1
6.1.1
蜗杆传动的特点和类型
蜗杆传动的特点
1.蜗杆传动的主要优点
（1）传动比大，结构紧凑。传递动力时，一般 i12 = 8 ～100 ,传递运动或在分度机构中 i12 可达 1000。 （2）传动平稳。蜗杆传动相当于螺旋传动，为多 齿啮合传动，故传动平稳，振动小、噪声低 。 （3）具有自锁性。
3、蜗杆直径系数q和导程角 蜗杆直径d1 与模数m的比值称为蜗杆直径 系数q
q d1 m
将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，如图所示， 则蜗杆的导程角为
Z1PX Z1m Z1 tg q d1 d1
4、中心距a 当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中 心距计算公式为
1 m a (d1 d 2 ) (q Z 2 ) 2 2
6.3.3
蜗杆、蜗轮材料和结构
1、蜗杆、蜗轮材料 由失效形式知道，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求有足够 的强度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、减磨性、 耐磨性和抗胶合能力等。 蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成：一般不太重要的低 速中载的蜗杆，可采用40、45钢，并经调质处理 。高速 重载蜗杆常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并经渗碳淬火。 蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5）， 铸造铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200） 等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度大于 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，一般用于滑动速度小于3m/s的传动；如果滑动 速度不高（小于2m/s），对效率要求也不高时，可以采用 灰铸铁。
2、蜗轮和蜗杆的结构
蜗杆绝大多数和轴制成一 体，称为蜗杆轴，如右图所示。 蜗轮可以制成整体的，但 为了节约金属，常采用下图所示 的结构。
6.4 蜗杆传动的受力分析与强度计算
6.4.1 蜗杆传动的受力分析 如图所示，蜗杆主动，法向力Fn作用在垂直于 蜗杆轮齿齿面的法向平面内，法向力Fn可分解为三 个相互垂直的分力，圆周力 Ft 、径向力 Fr 和轴向力 Fa。 1、力的大小
6.4.2
蜗杆传动的强度计算
蜗轮齿面接触疲劳强度计算与斜齿轮相似，由赫 兹公式可得，蜗杆传动接触强度校核公式
6.2.2. 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算
设计蜗杆时，一般是先根据传动的功用和传动比的 要求，选择蜗杆的参数和蜗轮的齿数，然后再按强度 计算确定模数和蜗杆分度圆直径 ，上述参数确定后， 即可查教材表6-3。
6.2.3、圆柱蜗杆、蜗轮及传动尺寸规格的标记方法 蜗杆的标记内容包括：蜗杆的类型（ZA、ZI等）， 模数m,分度圆直径，螺旋方向（R—右旋，L—左旋）， 头数。蜗轮的标记内容包括：相配蜗杆的类型、模数m、 齿数。蜗杆传动的标记方法用分式表示，其中分子为蜗 杆的代号，分母为蜗轮齿数。
Ft1 Fa 2 2T1 d1
2T2 Fa1 Ft 2 d2
Fr1 Fr 2 Ft 2tg
2、力的方向和蜗轮转向的判别 Ft——“主反从同”， Fr——指向轴线
Fa1——蜗杆左（右）手螺旋定则，根据蜗 杆旋向伸左手或右手，握住蜗杆轴线，四指代 表蜗杆转向，大拇指所指代表蜗杆所受轴向力 Fa1的方向，Ft2的方向与Fa1相反，Ft2的方向即 为蜗轮的转向。
中间平面
2、传动比 i 、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2 传动比——从动轮齿数比主动轮齿数
n i 1
n2
Z 2
Z1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u
蜗杆头数Z1 一般Z1=1、2、4， 单头，i大，易自锁，效率低， 但精度好；多头杆，η↑，但加工困难，精度↓ 蜗轮齿数Z2 为避免根切， Z2 26 动力传动， Z2 80 具体应用传动比 i 、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2， 可以参考教材表6-1、6-2。
蜗杆传动的失效形式、材料和结构
蜗杆传动的滑动速度
在蜗杆传动中，蜗杆蜗轮的啮合齿面间 会产生很大的相对滑动速度 s 如图所示。
s
cos
1

sin
2
式中： 1 2 ——蜗杆和蜗轮 分度圆上的圆周速度.
6.3.2
蜗杆传动的失效形式和设计准则
和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要 有：胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。由于 蜗杆传动啮合面间的相对滑动速度较大，效率低， 发热量大，在润滑和散热不良时，胶合和磨损为 主要失效形式。 蜗杆传动的设计准则为：闭式蜗杆传动按蜗 轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿 根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；开式 蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。