第8章蜗杆传动

重点学习内容

1、蜗杆传动的特点。

2、圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸计算。

3、蜗杆与蜗轮的材料和结构。

4、蜗杆的工作能力分析与强度计算。

项目一蜗杆传动的特点和类型

蜗杆传动主要由蜗杆1和蜗轮2组成（图8-1 ），蜗杆传动用于传递空间交错成90 的

两轴之间的运动和动力，通常蜗杆为主动件。与其他机械传动比较，蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、运转平稳、噪声较小等优点，因此广泛应用于各种机器和仪器中。

机械中常用的为普通圆柱蜗杆传动。根据蜗杆螺旋面的形状，可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆及延伸渐开线蜗杆等三种。由于阿基米德蜗杆容易加工制造，应用最广，本章主要讨论这种蜗杆传动。

项目二普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸

一、模数m和压力角

为了方便加工，规定蜗杆的轴向模数为标准模数。蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴向模数，

因此蜗轮端面模数也应为标准模数。标准模数系列见表8-1。压力角标准值为20 。

m mm d1

mm

Z1q

m^

mrh

m mm d1

mm

Z1q

md1

mrm 118118.00018 6.33631、2、4、610.0002500

1.2520116.00031.258801、2、4、610.0005120

1.6201、2、41

2.50051.210901、2、4、69.0009000

项目八蜗杆传动

图8-1蜗杆传动

注：本表取材于GB 10085-1988，本表所得的数值为国际规定的优先使用值。

二、蜗杆头数z i、蜗轮齿数Z2和传动比i

选择蜗杆头数z i时，主要考虑传动比、效率及加工等因素。通常蜗杆头数Z i=1、2、4。若要得到大的传动比且要求自锁时，可取z i=1；当传递功率较大时，为提高传动效率，可采

用多头蜗杆，通常取z i=2或4。

蜗轮齿数Z2=iz i，为了避免蜗轮轮齿发生根切，Z2不应小于26，但不宜大于80。因为

z2过大，会使结构尺寸增大，蜗杆长度也随之增加，致使蜗杆刚度降低而影响啮合精度。

对于蜗杆为主动件的蜗杆传动，其传动比为：

(8-i)

式中：n i、n2分别为蜗杆和蜗轮的转速，r/min ；z i、Z2分别为蜗杆头数和蜗轮齿数。

三、蜗杆直径系数q和导程角

加工蜗轮的滚刀，其参数（m 、z i）和分度圆直径d i必须与相应的蜗杆相同，故d i 不同的蜗杆，必须采用不同的滚刀。为减少滚刀数量并便于刀具的标准化，制定了蜗杆分度圆直径的标准系列（见表8-i ）。

图8-3蜗杆展开

-J

上式中q 二1，称为蜗杆直径系数，表示蜗杆分度圆直径与模数的比。当

m —定时，q

m

增大，则d i 变大，蜗杆的刚度和强度相应提高。

又因tan = -Zi ，当q 较小时，

增大，效率 随之提高，在蜗杆轴刚度允许的情况下,

q

应尽可能选用较小的 q 值，q 和m 的搭配列于表8-1。 四、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算

圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算可参考表

8-2和图8-2。

四、蜗杆传动的滑动速度

如图8-4所示，蜗杆传动即使在节点 C 处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动。 设蜗杆 的圆周速度为 V i ,蜗轮的圆周速度为 V 2, V i 和V 2呈90 角，而使齿廓之间产生很大的相对 滑动，相对滑动速度 V s 为

如图8-3所示，蜗杆螺旋面和分度圆柱的交线是螺旋线, 为蜗杆分度圆柱上的螺旋线

导程角，p ＜为轴向齿距，由图可得

tan

z 1m z 1 d i

(8-2)

* 二v1 v；— m/s (8-3)

cos ；

由图可见，相对滑动速度v s沿蜗杆螺旋线方向。齿廓之间的相对滑动引起磨损和发热，导致传动效率降低。

项目三蜗杆传动的失效形式、材料和结构

一、蜗杆传动的主要失效形式

由于材料方面的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，故失效常发生在蜗轮齿上。因此轮齿强度计算是针对蜗轮进行的。蜗杆传动的相对滑动速度大，因摩擦引起的发热量大、效率低，故主要失效形式为胶合，其次才是点蚀和磨损。目前对于胶合和磨损，还没有完善的计算方法，故只能参照圆柱齿轮进行齿面及齿根强度的计算，而在选择许用应力时，适当考虑胶合与磨损失效的影响。由于蜗杆传动轮齿间有较大的滑动，工作时发热大，若闭式蜗杆传动散热不够，可能引起润滑失效而导致齿面胶合，故对闭式蜗杆传动还要进行

热平衡计算。

二、蜗杆传动的材料

选用蜗杆传动材料时不仅要满足强度要求，更重要的是具有良好的减摩性、抗磨性和抗胶合的能力。蜗杆一般用碳素钢或合金钢制造。对于高速重载的蜗杆，可用15Cr，20Cr，20CrMnTi和20MnVB等，经渗碳淬火至硬度为56~63HRC也可用40、45、40Cr、40CrNi等

经表面淬火至硬度为45~50HRC对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，常用45、40等钢经调质或正火处理，硬度为220~230HBS

蜗轮常用锡青铜、无锡青铜或铸铁制造。锡青铜用于滑动速度v s>3m/s的传动，常用牌

号有ZQSn10-1和ZQSn6-6-3;无锡青铜一般用于V s W 4m/s的传动，常用牌号为ZQAI 8-4 ;

铸铁用于滑动速度V s<2 m/s的传动，常用牌号有HT150和HT200等。近年来，随着塑料工

业的发展，也可用尼龙或增强尼龙来制造蜗轮。

三、蜗杆和蜗轮的结构

蜗杆通常与轴做成一体，除螺旋部分的结构尺寸取决于蜗杆的几何尺寸外，其余的结构

尺寸可参考轴的结构尺寸而定。图8-6 a为铳制蜗杆，在轴上直接铳出螺旋部分，刚性较好。图8-6 b为车制蜗杆，刚性稍差。

图8-6 蜗杆的结构形式

蜗轮的结构有整体式和组合式两类。图8-7a所示为整体式结构，多用于铸铁蜗轮或尺

寸很小的青铜蜗轮。为了节省有色金属，对于尺寸较大的青铜蜗轮一般制成组合式结构，为

防止齿圈和轮心因发热而松动，常在接缝处再拧入4~6个螺钉，以增强联接的可靠性（图

8-7b），或采用螺栓联接（图8-7c），也可在铸铁轮心上浇注青铜齿圈（图8-7d ）。

图8-7 蜗轮的结构形式

a# 1.6 m+1.5mm, c~ 1.5m B= （1.2〜1.8 ）d, b=a,

d3= （1.6~1.8 ）d, d4= （1.2〜1.5 ）m 11=3d4 （m为蜗轮模数）

课题四圆柱蜗杆传动的受力分析和强度计算

pi—

------------------------- ------ --------------------------------------------

a）b）c} 力