1、第12章_蜗杆传动2蜗杆蜗轮的形成原理蜗杆蜗轮的形成原理n蜗杆传动蜗杆传动实际上是螺旋齿实际上是螺旋齿轮传动的特例。在螺旋齿轮传动的特例。在螺旋齿轮传动中，如传动比很大轮传动中，如传动比很大，小轮直径做得较小，轴，小轮直径做得较小，轴向长度较长，而螺旋角度向长度较长，而螺旋角度大，则轮齿将在圆柱面上大，则轮齿将在圆柱面上绕成完整的螺旋齿，称为绕成完整的螺旋齿，称为蜗杆蜗杆，大齿轮称为，大齿轮称为蜗轮蜗轮。3第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型一、特点一、特点能够实现空间交错轴之间的传动，能够实现空间交错轴之间的传动，通常交错角为通常交错角为9090；单级传动比大（一般为单级传
2、动比大（一般为10108080），结构紧凑；，结构紧凑；传动平稳，噪音小；传动平稳，噪音小；可以实现自锁（当可以实现自锁（当v v 时）；时）；传动效率低，通常为传动效率低，通常为70708080；成本较高。成本较高。蜗杆传动广泛用于各种机器和仪器中蜗杆传动广泛用于各种机器和仪器中41、按蜗杆形状分按蜗杆形状分根据蜗杆的形状不同，蜗杆传动分为圆柱蜗杆传动、环面根据蜗杆的形状不同，蜗杆传动分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动三大类。蜗杆传动和锥蜗杆传动三大类。圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型5锥蜗杆传动锥蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动6普通蜗杆传动普通蜗杆传动
3、 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动 2、根据齿面形状不同分为、根据齿面形状不同分为73、按螺旋线的形状分、按螺旋线的形状分n根据刀具加工位置的不同（根据垂直根据刀具加工位置的不同（根据垂直于蜗杆轴线剖面上的齿廓形状），普于蜗杆轴线剖面上的齿廓形状），普通圆柱蜗杆分为：通圆柱蜗杆分为：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。8阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆n加工时，标准齿加工时，标准齿条形车刀水平放条形车刀水平放置在蜗杆轴线平置在蜗杆轴线平面内；面内；n轴截面齿形为直轴截面齿形为直齿齿条形齿廓；齿齿条形齿廓；n法截面齿形为外法截面齿形为外凸曲线齿廓；凸曲线齿廓；
4、n横截面齿廓为阿横截面齿廓为阿基米德螺旋线。基米德螺旋线。车削加工，不能磨削，精度低。车削加工，不能磨削，精度低。蜗轮滚刀：与蜗杆尺寸相同蜗轮滚刀：与蜗杆尺寸相同9渐开线蜗杆渐开线蜗杆n可用两把刀具加工，刀具可用两把刀具加工，刀具顶面与基圆柱相切，一把顶面与基圆柱相切，一把刀具的刀刃高于蜗杆轴线刀具的刀刃高于蜗杆轴线，另一把刀具的刀刃低于，另一把刀具的刀刃低于蜗杆轴线；蜗杆轴线；n横截面为渐开线齿廓，轴横截面为渐开线齿廓，轴截面为凸曲线齿廓；截面为凸曲线齿廓；n齿廓能磨削加工，加工精齿廓能磨削加工，加工精度高，多用于较高速度高，多用于较高速,较精较精密或较大功率传动密或较大功率传动.10法向直
5、廓蜗杆法向直廓蜗杆n车刀刀刃平面位于螺车刀刀刃平面位于螺旋线的法面上；旋线的法面上；n横截面为延伸渐开线横截面为延伸渐开线齿廓，法截面为直线齿廓，法截面为直线齿廓；齿廓；n齿廓可以进行磨削加齿廓可以进行磨削加工，多用于精密传动工，多用于精密传动。114、按蜗杆线数分、按蜗杆线数分n根据蜗杆的头数不同：根据蜗杆的头数不同：单头蜗杆；单头蜗杆；双头蜗杆；双头蜗杆；多头蜗杆等。多头蜗杆等。n另外还有右旋、左旋蜗杆。另外还有右旋、左旋蜗杆。12第二节第二节 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸n中间平面中间平面：通过蜗杆：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴轴线并垂直于蜗轮轴线的平面
6、。对于蜗杆线的平面。对于蜗杆，其为蜗杆的轴面；，其为蜗杆的轴面；对于蜗轮，中间平面对于蜗轮，中间平面为蜗轮的端面。为蜗轮的端面。n蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算以中间平面为准。以中间平面为准。在中间平面上可看成直齿在中间平面上可看成直齿齿条与渐开线齿轮啮合。齿条与渐开线齿轮啮合。中间平面中间平面13一、普通圆柱阿基米德蜗杆传动的主要参数一、普通圆柱阿基米德蜗杆传动的主要参数1 1、蜗杆传动的模数、蜗杆传动的模数 m m 和齿形角和齿形角。2212121tatatammmPPP蜗杆传动正确啮合条件蜗杆传动正确啮合条件142、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d d1 1和导程角和导程角 n蜗杆
7、的分度圆直径：蜗杆上理论齿厚等于齿槽宽的圆柱蜗杆的分度圆直径：蜗杆上理论齿厚等于齿槽宽的圆柱称为蜗杆的称为蜗杆的分度圆柱分度圆柱。111111111tan/tanaz Pdz m dz mddqmz m为蜗杆的直径系数；Z1为蜗杆的头数；15n加工蜗轮的滚刀是和蜗杆尺寸参数完全相同的蜗加工蜗轮的滚刀是和蜗杆尺寸参数完全相同的蜗杆滚刀。一个蜗杆对应一个蜗杆滚刀。杆滚刀。一个蜗杆对应一个蜗杆滚刀。为了限制为了限制加工蜗轮时滚刀的数目并便于滚刀的标准化加工蜗轮时滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径直径d1。16普
8、通蜗杆传动的普通蜗杆传动的m与与d1搭配值搭配值173、蜗杆头数、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z2n蜗杆头数：是指组成蜗杆螺纹线的数量蜗杆头数：是指组成蜗杆螺纹线的数量Z1，通常取为：通常取为：1，2，4,6（若要得到大传动比，可取（若要得到大传动比，可取Z11，但此时传动效，但此时传动效率低；率低；Z1越大传动效率越高，但加工越困难。）越大传动效率越高，但加工越困难。）n 蜗轮齿数蜗轮齿数 Z2=i Z1，一般取，一般取Z2=2680（Z2过少易根切，过多会使结构尺寸过大，蜗杆长过少易根切，过多会使结构尺寸过大，蜗杆长度增加，导致蜗杆刚度降低，影响啮合精度。）度增加，导致蜗杆刚度降低，影
9、响啮合精度。）n传动比：传动比：1221ZZnni18传动比传动比 i蜗杆头数蜗杆头数z1蜗轮齿数蜗轮齿数z27134285214272285428402、1288040140蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值194、齿面间相对滑动速度、齿面间相对滑动速度 vs式中：式中：nd d1 1-蜗杆分度圆直径，蜗杆分度圆直径，mmmm；nn n1 1-蜗杆的转速，蜗杆的转速，r/minr/min；n-蜗杆分度圆上的导程角。蜗杆分度圆上的导程角。221211 1cos60 1000cossd n202/)(21dda2.01*cha二、普通圆柱蜗杆传动的几何计算二、普通圆柱蜗杆传动的
10、几何计算中心距计算公式：中心距计算公式：齿顶高系数及顶隙系数：齿顶高系数及顶隙系数：21蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算2223第三节第三节 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构1、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效形式主要是蜗杆传动的失效形式主要是齿面胶合齿面胶合、点蚀点蚀、磨磨损损和和轮齿折断轮齿折断，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。2、设计准则设计准则 闭式蜗杆传动闭式蜗杆传动中，蜗轮轮齿多因齿面胶合或点蚀中，蜗轮轮齿多因齿面胶合或点蚀而失效，因此通常按齿面接触疲劳强度进行设计。而失效，因此通常按齿面接触
11、疲劳强度进行设计。并进行热平衡计算。并进行热平衡计算。开式蜗杆传动开式蜗杆传动中，多发生齿面磨损和轮齿折断，中，多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应按齿根弯曲疲劳强度进行设计。因此应按齿根弯曲疲劳强度进行设计。24蜗杆和蜗轮材料的选择蜗杆和蜗轮材料的选择n对材料的要求：对材料的要求：蜗杆和蜗轮的材料不仅要求具有足够蜗杆和蜗轮的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要求具有良好的减摩的强度，更重要的是要求具有良好的减摩性、耐磨性及跑合性能。性、耐磨性及跑合性能。n蜗杆材料蜗杆材料 蜗杆一般用碳素钢或合金钢制成，要蜗杆一般用碳素钢或合金钢制成，要求齿面光洁并具有较高的硬度。求齿面光洁并具有较高的硬度。
12、25蜗轮材料蜗轮材料n蜗轮常用材料：铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰蜗轮常用材料：铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁；铸铁；n铸造锡青铜（铸造锡青铜（ZCuSn10P1ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5)ZCuSn5Pb5Zn5)：减摩性、耐磨性最好，抗胶合能力最强，但是减摩性、耐磨性最好，抗胶合能力最强，但是抗弯曲强度较低，价格较高，多用于抗弯曲强度较低，价格较高，多用于v vs s12 m/s 12 m/s 的重要传动中。的重要传动中。n铝铁青铜（铝铁青铜（ZCuAl10Fe3):ZCuAl10Fe3):有足够的强度，价格便宜，但是耐磨性和抗胶有足够的强度，价格便宜，但是耐磨性和抗胶和
13、能力差，用于和能力差，用于v vs s10 m/s 10 m/s 的传动中。的传动中。n灰铸铁灰铸铁(HT150HT150、HT200):HT200):用于用于v vs s2 m/s2 m/s 的低速或手动传动中。的低速或手动传动中。26tan2222122121121trratatFFFdTFFdTFF第四节第四节 圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析n式中：式中：T1、T2分别为蜗杆和蜗轮轴上分别为蜗杆和蜗轮轴上 的转矩，的转矩，N.mm；nT2=iT1，N.mm，i 为传动比；为传动比；nd1、d2 分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径分别为蜗杆和蜗轮的分度圆直径n齿形角；齿形角；27力
14、方向的判定力方向的判定n蜗轮蜗杆传动也分为左旋和右旋，蜗轮蜗杆传动也分为左旋和右旋，且蜗轮与蜗杆的旋向相同。且蜗轮与蜗杆的旋向相同。n确定圆周力确定圆周力Ft及径向力及径向力Fr的方向的的方向的方法与外啮合圆柱齿轮传动相同，方法与外啮合圆柱齿轮传动相同，而轴向力而轴向力Fa的方向则可根据相应的的方向则可根据相应的圆周力圆周力Ft的方向来判定，即的方向来判定，即Fa1与与 Ft2方向相反，方向相反，Ft1与与 Fa2的方向相反的方向相反。也可按照。也可按照主动件左右手定则主动件左右手定则来判来判断。断。28n蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：n设计公式为
15、：设计公式为：n式中：式中：T T2 2作用在蜗轮上的转矩作用在蜗轮上的转矩(N.mm)N.mm)K K载荷系数载荷系数 H H 蜗轮材料的许用接触应力蜗轮材料的许用接触应力480122HHdKTmz22212)480(KTzdmH第五节第五节 普通圆柱蜗杆的强度计算普通圆柱蜗杆的强度计算29常用蜗轮材料及其许用接触应力常用蜗轮材料及其许用接触应力蜗轮材料牌号蜗轮材料牌号铸造方法铸造方法适用的滑适用的滑动速度动速度(m/s)许用接触应力许用接触应力H滑动速度滑动速度(m/s)0.5123468ZcuSn10P1砂砂 模模25134金金 属属 模模200ZcuSn5Pb5Zn5砂砂 模模1212
16、8金金 属属 模模134离心浇铸离心浇铸174ZcuAl10Fe3砂砂 模模1025023021018016012090金金 属属 模模离心浇铸离心浇铸ZcuZn38Mn2Pb2砂砂 模模1021520018015013595 75金金 属属 模模HT150砂砂 模模213011590HT200301 1、蜗杆传动的效率计算蜗杆传动的效率计算：n式中：式中：啮合效率啮合效率n 分别为轴承效率和搅油效率分别为轴承效率和搅油效率n一般取一般取 =0.950.963211tantan()v第六节第六节 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123,23,312、蜗杆传动的润
17、滑、蜗杆传动的润滑n润滑的目的：润滑的目的：提高传动效率、降低工作温度、减少磨损、避免胶合等。提高传动效率、降低工作温度、减少磨损、避免胶合等。n蜗杆传动润滑油黏度和润滑方式：蜗杆传动润滑油黏度和润滑方式：运动粘度CO40滑动速度滑动速度vs(m/s)15101015152525工作条件工作条件重载重载重载重载中载中载 /（mm2/s）100068032022015010068润滑方法润滑方法浸油润滑浸油润滑浸油或浸油或喷油润滑喷油润滑压力喷油润滑压力喷油润滑32n热平衡：散发的热量产生的热量热平衡：散发的热量产生的热量n在闭式传动中，热量是通过箱壳散逸在闭式传动中，热量是通过箱壳散逸，转化为
18、热量的摩擦耗损功率：转化为热量的摩擦耗损功率：n式中：式中：p p 传动输入的功率传动输入的功率(kW)kW)传动总效率传动总效率 )1(1000PPs3、蜗杆传动热平衡计算、蜗杆传动热平衡计算33n经箱体表面散发热量的相当功率：经箱体表面散发热量的相当功率：n式中：式中：k k散热系数；散热系数；A A散热面积；散热面积；t t1 1，t t2 2润滑油的工作温度和环境温度；润滑油的工作温度和环境温度；n达到热平衡时：达到热平衡时：式中：式中：tt允许的润滑油工作温度允许的润滑油工作温度)(21ttkApccspp)1(100021ttkAPt34常用散热措施常用散热措施n如果超过温差允许值
19、如果超过温差允许值，可采取措施，以提，可采取措施，以提高其散热能力高其散热能力n常用措施常用措施:1 1、合理设计箱体结、合理设计箱体结构，铸出或焊上散热构，铸出或焊上散热片，以增大散热面积；片，以增大散热面积；352、在蜗杆轴上装置风扇，进行人工通风，在蜗杆轴上装置风扇，进行人工通风，以提高散热系数。以提高散热系数。363、在箱体油池内装设蛇形冷却水管、在箱体油池内装设蛇形冷却水管374、采用压力喷油循环润滑、采用压力喷油循环润滑38第七节第七节 蜗轮、蜗杆的结构设计蜗轮、蜗杆的结构设计1 1、蜗杆的结构设计、蜗杆的结构设计39铣削蜗杆和车制蜗杆铣削蜗杆和车制蜗杆402、蜗轮的结构、蜗轮的结构41蜗轮可制成整体式或装配式蜗轮可制成整体式或装配式1 1）整体式整体式 (铸铁蜗轮和直径小铸铁蜗轮和直径小于于100100的青铜蜗轮）的青铜蜗轮）2）组合式组合式（直径较大时）（直径较大时）423 3）铰制孔螺栓联接式）铰制孔螺栓联接式（直径大于（直径大于 600 600mmmm时）时）4 4）浇铸式）浇铸式（大批量）（大批量）43n习题习题n12-2n12-4END
