1、第第8章章 蜗杆传动蜗杆传动8-1 蜗杆传动的蜗杆传动的类型类型、特点、特点、参数和尺寸参数和尺寸8 8-2 蜗杆传动的蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用失效形式、设计准则和常用 材料材料8 8-3 蜗杆传动的受力分析及强度计算蜗杆传动的受力分析及强度计算8-6 8-6 蜗杆传动的安装与维护蜗杆传动的安装与维护8-8-5 蜗杆与蜗轮的结构蜗杆与蜗轮的结构8 8-4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算青岛科技大学专用 潘存云教授研制 作用：作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。用于传递交错轴之间的回转运动和动力。909011 1组成组成:蜗杆、蜗轮。蜗杆、蜗轮。
2、蜗杆蜗杆22 2蜗轮蜗轮一、特点及应用一、特点及应用8-1 蜗杆传动蜗杆传动的类型、特点、的类型、特点、参数和尺寸参数和尺寸 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 改进措施：改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为所得蜗轮蜗杆为线接触线接触。点点接触接触优点：优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小、传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小、可自锁。可自锁。通常通常i=8i=88080缺点：缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。线接触线接触青岛科技大学专用 潘存云教授研制 二、类型二、类型环面蜗杆
3、传动环面蜗杆传动 圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通圆柱普通圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆 阿基米德螺线阿基米德螺线2阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆单刀加工单刀加工阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)青岛科技大学专用 潘存云教授研制 中间平面中间平面1.正确啮合条件正确啮合条件中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：正确啮合条件是中间平面内参数分别相等：mt2t2=ma1a1=m，t2=a1=取标准值在中间平面内，蜗轮蜗杆相
4、当于齿轮齿条啮合。在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。三、圆柱蜗杆传动的主要参数三、圆柱蜗杆传动的主要参数2青岛科技大学专用 潘存云教授研制 ZA蜗杆：蜗杆：a=20轴向模数模数m m取标准值，与齿轮模数系列不同。取标准值，与齿轮模数系列不同。第一系列第一系列1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4,5,6.3 8 10,12.5,16,20,25,31.5,40第二系列第二系列1.5,3,3.5,4.5,5.5 6,7,12,14蜗杆模数蜗杆模数m值值 GB10088-88GB10088-882.模数模数m和压力角和压力角 压力角压力角ZN蜗杆：蜗杆：n=20法向ZI蜗杆：蜗杆：
5、n=20ZK蜗杆：蜗杆：n=20青岛科技大学专用 潘存云教授研制 为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d d1 1只能取标准值。只能取标准值。蜗轮蜗杆轮齿旋向相同蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.若若 9090 1 12 21 1 1 1+1 1 9090蜗轮右旋蜗轮右旋蜗杆右旋蜗杆右旋1 1+2 2定义定义s=es=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。d d1 1e es sd d2 23.3.蜗杆的分度圆直径蜗杆的分度圆直径d d1 11 11 1tt2 2青岛科技大学专用 潘存云教授研制 4.蜗杆头数蜗杆头数z1蜗杆头数蜗杆头数z1：即螺旋线的数目。即螺
6、旋线的数目。蜗杆转动一圈，相当于齿条移动蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转个齿，推动蜗轮转过过z1个齿。个齿。通常取：通常取：z1=1 2 4 65.蜗杆的导程角蜗杆的导程角将分度圆柱展开得：将分度圆柱展开得：=z z1 1 p pa1a1/d/d1 1=mzmz1 1/d/d1 1 tgtg1 1=l/d/d1 1 dd1 1lp pa1a11 1d d1 1=z z1 1/q/q 1 11 1青岛科技大学专用 潘存云教授研制 6.传动比传动比 i 和齿数比和齿数比 u传动比传动比 :z1z2 =-n2n1i=-若想得到大若想得到大 i,可取：可取：z1=1，但传动效率低。但传
7、动效率低。对于大功率传动对于大功率传动,可取：可取：z1=2，或或 4。蜗轮齿数：蜗轮齿数：z2=i z1 为避免根切：为避免根切：z2 26 一般情况：一般情况：z2 80 80 z2过大过大 蜗杆长度蜗杆长度 刚度、啮合精度刚度、啮合精度 结构尺寸结构尺寸=u-齿数比齿数比 7.蜗轮齿数蜗轮齿数z2表表8-2 蜗杆头数蜗杆头数z1与蜗轮齿数与蜗轮齿数z2的推荐值的推荐值传动比传动比i 5 715 1430 2982 蜗杆头数蜗杆头数z1 6 4 2 1 蜗轮齿数蜗轮齿数z2 2931 2961 2961 2982 a=(d1+d1)/28.蜗杆传动的标准中心距蜗杆传动的标准中心距=m(q+
8、z1)/2青岛科技大学专用 潘存云教授研制 圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i,z1 z2 计算求得计算求得 m、d1 计算几何尺寸计算几何尺寸表表 8-3 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名名 称称计计 算算 公公 式式蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径齿顶高齿顶高齿根高齿根高顶圆直径顶圆直径根圆直径根圆直径蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距径向间隙径向间隙中心距中心距蜗蜗 杆杆蜗蜗 轮轮d1=mq d2=mz2 ha=m ha=m d
9、f=1.2mq df=1.2mq da1=m(q+2)da1=m(q+2)df1=m(q-2.4)df2=m(q-2.4)pa1=pt2=px=mc=0.2 ma=0.5(d1+d2)m=0.5m(q+z2)青岛科技大学专用 潘存云教授研制 一、一、蜗杆传动的失效形式及材料选择蜗杆传动的失效形式及材料选择主要主要失效形式：失效形式：胶合、点蚀、磨损、齿根折断。胶合、点蚀、磨损、齿根折断。8-38-3蜗杆传动的蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料失效形式、设计准则和常用材料二、蜗杆传动的设计准则二、蜗杆传动的设计准则 *蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算 *蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿根弯曲疲
10、劳强度计算*蜗轮的齿面接触疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行：*传动系统的热平衡计算传动系统的热平衡计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行：为了防止过热引起的失效，就要进行：为了防止过热引起的失效，就要进行：青岛科技大学专用 潘存云教授研制 1 11p212p由相对运动原理可知由相对运动原理可知:v2=v1+vS 齿面间滑动速度齿面间滑动速度vS S=v1/cos vS=v2 2+v1 2作速度向量图，得作速度向量图，得:v2=v1 tg蜗轮的转向蜗轮的转向:v22
11、22 2CW蜗轮转向的确定蜗轮转向的确定 vSttv1v2青岛科技大学专用 潘存云教授研制 1 11 112p12p右旋蜗杆：右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速切向速 度度vp2p2的方向与拇指指向相同。的方向与拇指指向相同。用手势确定蜗轮的转向用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。用右手判断，方法一样。2 22 2v2v2蜗轮蜗轮的转向的转向因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：ar1r2青岛科技大学专用 潘存云教授研制 材料材料蜗轮齿圈采用青铜：蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。减摩
12、、耐磨性、抗胶合。蜗杆采用碳素钢与合金钢：蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。表面光洁、硬度高。材料牌号选择：材料牌号选择：高速重载蜗杆：高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火渗碳淬火5662HRC)或或 40Cr 42SiMn 4540Cr 42SiMn 45(表面淬火表面淬火4555HRC)一般蜗杆：一般蜗杆：40 45 40 45 钢调质处理钢调质处理(硬度为硬度为220220250HBS)蜗轮蜗轮材料材料：vS S 12 12 m/s m/s时时 ZCuSn10P1ZCuSn10P1锡青铜制造。锡青铜制造。vS S 12 12 m/s m/s
13、时时 ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜锡青铜vS S 6 6 m/sm/s时时 ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3铝青铜。铝青铜。vS S 2 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。ra/3 一一个个齿齿高高青岛科技大学专用 潘存云教授研制 三、三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内，油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此，对连续工作的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算由热平衡条件：由热平衡条件：HH1
14、 1=H=H2,2,得：得：t1=t2+d d S S1000P1000P1 1(1-)(1-)其中：其中：P P1 1-蜗杆传递的功率；蜗杆传递的功率；d d-表面散热系数；一般取：表面散热系数；一般取：d d=8.1517.45 W/(m2)S S-散热面积散热面积,m,m2 2,指箱体外壁与空气接触而内壁被指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按面积按50%50%计算。计算。摩擦损耗产生的热量摩擦损耗产生的热量:H H1 1=1000P=1000P1 1(1-)(1-)箱璧散发的热量箱璧散发的热量:H
15、H2 2=d d S(tS(t1 1-t-t2 2)-蜗杆传递的效率；蜗杆传递的效率；t t1 1-工作油温，一般取：工作油温，一般取：6070 t t2 2-工作环境温度，一般取：工作环境温度，一般取：20 保持工作温度所需散热面积：保持工作温度所需散热面积：S S=m2d d(t1 t2)1000P1000P1 1(1-)(1-)青岛科技大学专用 潘存云教授研制 当工作油温：当工作油温：t0 80 或或散热面积不足时，应采散热面积不足时，应采取散热措施：取散热措施：1 1）增加散热面积）增加散热面积-加散热片；加散热片；2 2）提高表面传热系数）提高表面传热系数-加风扇、冷却水管、循环油冷
16、却。加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水青岛科技大学专用 潘存云教授研制 一、蜗杆的结构一、蜗杆的结构:通常与轴制成一体通常与轴制成一体z1=1或或2时：时：b1(11+0.06z2)mz1=4时时:b1(12.5+0.09z2)mb1 蜗杆轴蜗杆轴蜗杆长度蜗杆长度b1的确定：的确定：8-58-5 蜗杆与蜗轮的结构蜗杆与蜗轮的结构1)无退刀槽结构：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。2)有退刀槽：加工螺旋部分时只能用铣制的办法。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，
17、就形成内、外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就时，就形成内、外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲形成锥面。仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀，横向进给线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等及偏心轴等 车削车削青岛科技大学专用 潘存云教授研制 主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面上的刃形成的。立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀上的刃形成的。立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高。铣削铣削 青岛科技大学专用 潘存云教授研制
