1、 第六章第六章 蜗杆传动蜗杆传动东北大学国家工科机东北大学国家工科机械基础课程教学基地械基础课程教学基地2目目 录录6-1 蜗杆传动的特点和类型6-2 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸6-3 蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料6-4 蜗杆传动的受力分析、转向判定与滑动速度6-5 蜗杆传动的承载能力计算6-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计36-16-1蜗杆传动的特点和类型一、特点一、特点3 3、传动比大，准确恒定，一般、传动比大，准确恒定，一般 i=5=580802 2、重合度大，传动平稳，噪声低、重合度大，传动平稳，噪声低 （连续啮合）（连续啮合）6 6、齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算
2、）、齿面间滑动速度大，发热磨损大（需热平衡计算）5 5、可实现自锁（效率低于、可实现自锁（效率低于40%40%）904 4、传动效率低，、传动效率低，z z1 1=1=0.7=1=0.70.75,0.75,z z1 1=2=0.75=2=0.750.820.827 7、技术数据、技术数据:n:n1 1=4000 r/min;v=4000 r/min;v1 1=69 m/s;=69 m/s;P=1000kW;T P=1000kW;T2 2=700 kNm=700 kNm1 1、传递空间交错轴间运动与动力常用、传递空间交错轴间运动与动力常用4二、类型二、类型 6-16-1蜗杆传动的特点和类型、圆圆
3、环环面面蜗蜗杆杆2、圆圆锥锥蜗蜗杆杆3、圆圆柱柱蜗蜗杆杆1）阿阿基基米米德德蜗蜗杆杆（ZA)1(）渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ZI)2(圆圆弧弧圆圆柱柱蜗蜗杆杆)5(）延延伸伸渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ZN)3(）锥锥面面包包络络圆圆柱柱蜗蜗杆杆（ZK)4(5）阿阿基基米米德德蜗蜗杆杆（ZA)1(6-16-1蜗杆传动的特点和类型、圆圆柱柱蜗蜗杆杆1齿型：轴垂面：阿基米德螺线齿型：轴垂面：阿基米德螺线 轴轴 面：直廓（面：直廓（x1=20直齿条齿廓直齿条齿廓）特点：加工方便，应用广，不能磨削，精度低特点：加工方便，应用广，不能磨削，精度低加工：直刃车刀，切削刃过轴线加工：直刃车刀，切削刃过轴线66-16-
4、1蜗杆传动的特点和类型）渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ZI)2(加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃面与蜗杆基圆柱相切 齿形：轴垂面：渐开线，齿形：轴垂面：渐开线，轴剖面：凸齿廓轴剖面：凸齿廓 基圆柱切面基圆柱切面:直齿廓直齿廓 特点：可滚切、磨削，制造精度高特点：可滚切、磨削，制造精度高76-16-1蜗杆传动的特点和类型）延延伸伸渐渐开开线线蜗蜗杆杆（ZN)3(加工：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内加工：直刃车刀切削刃面在蜗杆螺旋线法面内 齿形：蜗杆：轴垂面：延伸渐开线，齿形：蜗杆：轴垂面：延伸渐开线，轴剖面：凸齿廓轴剖面：凸齿廓 法法 面：直廓（齿形
5、角面：直廓（齿形角n=20）特点：可车、指状铣刀、盘铣刀加工，磨削困难特点：可车、指状铣刀、盘铣刀加工，磨削困难86-16-1蜗杆传动的特点和类型）（锥锥面面包包络络圆圆柱柱蜗蜗杆杆蜗蜗杆杆ZK)4(加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内加工：直刃铣刀或砂轮在蜗杆螺旋线齿间法面内齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线齿形：蜗杆：轴垂面：近似阿基米德螺线 轴剖面：凸齿廓轴剖面：凸齿廓 齿法面：凸齿廓齿法面：凸齿廓特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用广泛特点：不能车，可铣、可磨获得高精度，应用广泛96-16-1蜗杆传动的特点和类型圆圆弧弧圆圆柱柱蜗蜗杆杆)5(加工：凸圆弧车刀车削加工加工：凸
6、圆弧车刀车削加工齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧 蜗轮端面齿廓：凸圆弧蜗轮端面齿廓：凸圆弧特点：高承载特点：高承载(普蜗普蜗50%)50%)、高效、高效90%90%、应用广泛、应用广泛106-16-1蜗杆传动的特点和类型、圆圆环环面面蜗蜗杆杆2、圆圆锥锥蜗蜗杆杆311三、精度等级三、精度等级 6-26-2蜗杆传动的特点和类型1 1、精度等级：、精度等级：GB10095-88GB10095-88规定，规定，1-121-12级（级（1212级最低）级最低）2 2、精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度、精度选择：传动功率、使用条件、蜗轮圆周速度 （P141P141表表6-16-
7、1）126-26-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择一、主要参数与选择1 1、模数、模数m m和齿形角和齿形角a a（1 1）中间平面：）中间平面：过蜗杆轴线、过蜗杆轴线、垂直蜗轮轴线的平面垂直蜗轮轴线的平面（2 2）啮合关系：齿条、齿轮啮合）啮合关系：齿条、齿轮啮合 mx1=mt2=m;a ax1=a at2=a a ；2 2=1 1 a a a acostantan11nx(3)(3)基准蜗杆齿形角：基准蜗杆齿形角：阿基米德蜗杆（阿基米德蜗杆（ZAZA）：）：a ax1x1=2020 延伸渐开线蜗杆（延伸渐开线蜗杆（ZNZN）：）：a an n1 1=2020 渐开线蜗杆（渐开线
8、蜗杆（ZIZI）：）：a an n1 1=2020 法面与轴面齿形角的关系：法面与轴面齿形角的关系：中间平面136-26-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择一、主要参数与选择2 2、蜗杆的分度圆直径、蜗杆的分度圆直径d d1 1分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同，分析：蜗轮滚刀的形状、尺寸和与之啮合的蜗杆尺寸基本相同，为了限制滚刀的数目，标准规定对应每一模数为了限制滚刀的数目，标准规定对应每一模数,仅有有限仅有有限 数目的标准蜗杆分度圆直径数目的标准蜗杆分度圆直径d d1 1。mzpzdx1111tan)(tan11mqzmd 直直径径：d1(分度圆周长)mz1m
9、146-26-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择一、主要参数与选择3 3、蜗杆的头数、蜗杆的头数z z1 1、z z2 2按传动比与效率要求选定按传动比与效率要求选定选取原则：选取原则：(1)i(1)i大，取大，取z z1 1小，（避免小，（避免z z2 2过大，蜗轮尺寸大）过大，蜗轮尺寸大）(2)(2)传递功率大，选大传递功率大，选大z z1 1(避免发热、功率损失避免发热、功率损失)(3)z(3)z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6(4)z(4)z2 2=27=278080（d d2 2、m m、z z2 2 的关系）的关系）z z1 1小，机构紧凑、加工方便；效率较低；小，
10、机构紧凑、加工方便；效率较低；z z1 1大，效率越高，加工困难。大，效率越高，加工困难。通常蜗杆头数取为通常蜗杆头数取为1 1、2 2、4 4、6 6。156-26-2蜗杆传动的主要参数和尺寸一、主要参数与选择一、主要参数与选择4 4、主要尺寸、主要尺寸111tanmzzmd 22mzd )(21tan(21)(2121)2121zzmzzmdda 121221ddzznni 蜗轮蜗轮 蜗杆蜗杆16二二.蜗杆传动变位蜗杆传动变位6-26-2蜗杆传动的主要参数与几何尺寸2 2、变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变、变位特点：刀具相对蜗轮轮坯径向移动，刀具参数不变mxaa2 maax
11、/)(2 4 4、变位系数：、变位系数：中心距中心距 变位系数变位系数 /22dd mxdd2112 3 3、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变、变位传动：蜗轮变位、蜗杆不变 蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合蜗轮尺寸改变，分圆节圆重合 蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合蜗杆尺寸不变，节圆与分度圆不重合1 1、变位目的：、变位目的：(1)(1)凑中距凑中距(2)(2)提高承载能力和传动效率提高承载能力和传动效率176-36-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料一、失效形式与设计准则一、失效形式与设计准则1 1、蜗杆刚度不足：、蜗杆刚度不足：蜗杆齿强度高，只计算轴强度、刚度蜗杆齿强度高，只计算轴强度、刚度2
12、 2、蜗轮胶合、点蚀、磨损、蜗轮胶合、点蚀、磨损（条件性设计）（条件性设计）闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶合）闭式传动：按接触强度设计（降低许用应力考虑磨损、胶合）校核弯曲强度校核弯曲强度开式传动：按弯曲强度设计开式传动：按弯曲强度设计3 3、系统过热：热平衡计算、系统过热：热平衡计算18二、常用材料二、常用材料要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力要求：强度足够，良好的减摩性、耐磨性、抗胶合能力6-36-3蜗杆传动的失效形式、设计准则、常用材料蜗轮材料蜗轮材料：锡青铜锡青铜:(ZCuSn10Pb1等等)，耐磨好，价格高，用于耐磨好，价格高，用于V VS S 3
13、m/s铝青铜铝青铜:(ZCuAl19Mn2等等)，耐磨差，强度高，价格低，耐磨差，强度高，价格低V VS S 2 m/s铸铸 铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动铁：耐磨差，强度低，价格低，有自锁要求传动蜗杆材料：蜗杆材料：高速重载高速重载合金钢合金钢 渗碳淬火渗碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度、硬度5 5862HRC 表面淬火表面淬火(45，40Cr，40CrNi)、硬度、硬度4550HRC 一般低速中载一般低速中载碳钢碳钢(40，45)调质，硬度调质，硬度200300HBS19一、轮齿受力分析一、轮齿受力分析6-46-4蜗杆传动受力分析和载荷计算a211t12Fd
14、TF 2122t2a122diTdTFF 1t2r2r1tanxFFFa a a a a a coscosFcoscosFn1t2n1a1nF iTT121、大小与相互关系、大小与相互关系20判判定定：左左右右手手定定则则、蜗蜗杆杆轴轴向向力力a12F3 3、转向判定、转向判定)()2()()1(ttt向向力力关关系系主主动动轮轮旋旋向向、转转向向与与轴轴主主动动轮轮左左右右手手定定则则同同向向与与反反向向，与与圆圆周周力力从从从从主主主主vFvFF6-46-4蜗杆传动受力分析和载荷计算216-46-4蜗杆传动受力分析与载荷计算)(/15cos1滑滑动动速速度度大大，发发热热大大smvvs 4
15、 4、滑动速度、滑动速度V VS S二、载荷计算二、载荷计算 a a coscosKFn1t2nncKFF计算载荷：计算载荷：KKKKvA）高高速速取取大大值值动动载载系系数数（2.11 vK66 使使用用系系数数，表表AK）载载荷荷平平稳稳取取小小齿齿向向载载荷荷分分布布系系数数（6.11 K226-56-5蜗杆传动承载能力计算一、蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮方法推导）一、蜗轮齿面接触强度计算（按齿轮方法推导）1 1、计算模型：中间平面，齿条与齿轮啮合（斜齿）、计算模型：中间平面，齿条与齿轮啮合（斜齿）2 2、接触应力计算、接触应力计算 LFZncEH a a coscos2 )1(122n
16、nncdKTKFF计算载荷：计算载荷：a aa aa acos360,8.175.029.1 )2(1/minmin1/mindLLdLL蜗蜗轮轮包包围围蜗蜗杆杆理理论论弧弧长长端端面面重重合合度度接接触触线线长长度度变变动动系系数数接接触触线线长长：2312sincos21 (3)xda a 6-56-5蜗杆传动承载能力计算2/1604mmNZE）（49622212HHzmdKT 校校核核式式：322212496mmzKTdmH 设计式：设计式：NHHZ 87101NZZNNH 主要产生点蚀，主要产生点蚀，锡青铜抗胶合能力强，锡青铜抗胶合能力强，与速度有关，与速度有关，铝青铜、铸铁磨损失效铝
17、青铜、铸铁磨损失效246-56-5蜗杆传动承载能力计算二、蜗轮齿根弯强度计算（按斜齿轮近似计算二、蜗轮齿根弯强度计算（按斜齿轮近似计算)1 1、计算模型：、计算模型：按斜齿轮近似计算按斜齿轮近似计算32221222212cos53.1/cos53.1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF 设计式：设计式：校核式：校核式：2 2、弯强度计算式、弯强度计算式96/10 (1)NYFNFF 许用应力许用应力式中：式中：86cos2322 查查表表按按当当量量齿齿数数）（zzYvFa11112arctan )3(dmzdmdm 精精算算、取取标标准准；计计算算按按弯弯强强度度设设计计时时，初
18、初取取256-56-5蜗杆传动承载能力计算三、蜗杆刚度计算（略）三、蜗杆刚度计算（略）1 1、闭式蜗杆传动效率、闭式蜗杆传动效率四、蜗杆传动效率与热平衡计算四、蜗杆传动效率与热平衡计算=1.2.3（1 1）1 1啮合效率啮合效率)tan(tan1v v当量摩擦角，可根据滑动速度vs选取，cos100060cos111ndvvs 蜗杆分度圆导程角；蜗杆分度圆导程角；d d1 1蜗杆分度圆直径；蜗杆分度圆直径；n n1 1蜗杆的转速。蜗杆的转速。z1=1,z1=2,z1=4 z1=6=0.7 =0.7 =0.8 =0.8 =0.9 =0.9 =0.95=0.95估算估算总效率总效率（2 2）2 2
19、轴承效率轴承效率 3 3搅油效率搅油效率一般取一般取 2 2.3 3=0.95=0.950.960.96266-56-5蜗杆传动承载能力计算、闭式蜗杆热平衡计算、闭式蜗杆热平衡计算120211)()1(1000HHttAKHPHd 热热平平衡衡条条件件：散散热热功功率率：发发热热功功率率：CAKPttd)1(100010 平平衡衡油油温温：A A有效散热面积（箱内高温油可溅到、箱外可散热）有效散热面积（箱内高温油可溅到、箱外可散热）P P1 1蜗杆传动的功率蜗杆传动的功率K Kd d箱体表面散热系数（箱体表面散热系数（8.158.1517.45 W/m17.45 W/m2 2 C C）t t油
20、的工作温度油的工作温度t t0 0周围空气温度周围空气温度Ctt8075热热平平衡衡条条件件：276-56-5蜗杆传动承载能力计算3 3、蜗杆传动散热措施、蜗杆传动散热措施（1）加散热片以增大散热面积加散热片以增大散热面积（2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通散热片溅油轮风扇过滤网集气罩空气流空气流286-56-5蜗杆传动承载能力计算3 3、蜗杆传动散热措施、蜗杆传动散热措施(3)加冷却管路或压力喷油循环润滑冷却加冷却管路或压力喷油循环润滑冷却通水油泵过滤器冷却器传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器296-66-6蜗轮蜗杆结构一、蜗杆的结构一、蜗杆的结构蜗
21、杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法无退刀槽，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。较前一种差。306-66-6蜗轮蜗杆结构圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2二、蜗轮的结构二、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：用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮31本章结束本章结束
