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1、郑大工学院专用,第四章 蜗杆传动,4-1 蜗杆传动的特点和类型,4-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,4-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,4-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,4-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,4-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,郑大工学院专用,本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、强度计算以及热平衡计算。由于齿面间相对滑动速度大，蜗杆传动在设计计算方面有很多特点，在学习时应充分注意这些特点。,郑大工学院专用,4-1 蜗杆传动的特点和类型,作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。蜗杆主动、蜗轮从动。,90,形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而

2、且1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。,所得齿轮称为:蜗杆。,而啮合件称为:蜗轮。,郑大工学院专用,改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为线接触。,优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。,分度机构：i=1000,通常i=880,缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。,郑大工学院专用,类型,按螺旋面形状分：,阿基米德蜗杆、,渐开线蜗杆,环面蜗杆,按形状分有：,圆柱蜗杆,环面蜗杆,圆柱蜗杆,渐开线蜗杆,阿基米德蜗杆,郑大工学院专用,蜗杆旋向：左旋、右旋(常用),精度等级：,对于一般动力传动，按如下等级制造：,v17.5 m/s-7级精度；,v1 3 m/

3、s-8级精度；,v1 1.5 m/s-9级精度；,判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。,郑大工学院专用,1.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：,mt2=ma1=m，t2=a1=取标准值,在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。,4-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,一、圆柱蜗杆传动的主要参数,郑大工学院专用,压力角:=20,模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。,分度传动，推荐用=15,动力传动，推荐：=25,2.模数m和压力角,ZA蜗杆取轴向压力角为标准值;ZI蜗杆取法向压力角为标准值。,郑大工学院专用,为了减少加工蜗轮滚刀

4、的数量，规定d1只能取标准值。,蜗轮蜗杆轮齿旋向相同.,若 90,12,1+1 90,蜗轮右旋,蜗杆右旋,1+2,s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。,蜗杆分度圆直径以d1表示，蜗轮分度圆直径以d2表示,郑大工学院专用,摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用,郑大工学院专用,3.传动比 i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2,蜗杆头数z1：即螺旋线的数目。,蜗杆转动一圈，相当于齿条移动z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。,传动比:,通常：z1=14,若想得到大 i,可取：z1=1，但传动效率低。,对于大功率传动,可取：z1=2，或 4。,蜗轮齿数：z2=i z1,为避免根切：z2 26,一般情况：

5、z2 80,z2过大,蜗杆长度,刚度、啮合精度,结构尺寸,郑大工学院专用,将分度圆柱展开得：,=z1 px1/d1,=mz1/d1,tg1=l/d1,4.蜗杆的导程角,作动力传动时，导程角越大，传动效率越高，蜗杆制造也越困难。,郑大工学院专用,5.蜗杆直径系数q,加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相同，为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值，并与模数相配。,q 为蜗杆:,定义：,q=d1/m,一般取:q=818。,tg1=px z1/d1,=z1/q,于是有：d1=mq,可由表121计算得到。,直径系数,见下页,=mz1/d1,d1越小，越大，传动效率越高，但蜗杆刚度和强度

6、越小。转速高的蜗杆取较小的d1，蜗轮齿数较多时取较大的d1。,郑大工学院专用,表121 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm,郑大工学院专用,由相对运动原理可知:,6.齿面间滑动速度vS及蜗轮转向的确定,=v1/cos,作速度向量图，得:,v2=v1 tg,蜗轮的转向:,CW,郑大工学院专用,右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速 度vp2的方向与拇指反向相同。,用手势确定蜗轮的转向：,左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。,蜗轮的转向,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：,7.中心距,a=r1+r2,=m(z2+q)/2,郑大工学院专用,二、圆柱蜗杆传

7、动几何尺寸的计算,由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i,z1,z2,计算求得 m、d1,计算几何尺寸,郑大工学院专用,4-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,一、蜗杆传动的失效形式及材料选择,主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。,材料,蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。,蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。,材料牌号选择：,高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火5662HRC)或 40Cr 42SiMn 45(表面淬火4555HRC),一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220250HBS),蜗轮材料：vS 12 m/s时 ZCuSn10P1锡青铜制造。,vS 12

8、m/s时 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜,vS 6 m/s时 ZCuAl10Fe3铝青铜。,vS 2 m/s时球墨铸铁、灰铸铁。,郑大工学院专用,二、蜗杆蜗轮的结构,蜗杆通常与轴制成一体,z1=1或2时：b1(11+0.06z2)m,z1=4时:b1(12.5+0.09z2)m,蜗杆轴,蜗杆长度b1的确定：,郑大工学院专用,蜗轮结构,蜗轮结构分为整体式和组合式,郑大工学院专用,郑大工学院专用,4-4 圆柱蜗杆传动的受力分析,法向力可分解为三个分力：,圆周力：Ft,轴向力：Fa,径向力：Fr,且有如下关系：,Ft1=Fa2,Fr1=Fr2,Fa1=Ft2,=2T1/d1,=2T2/d2,=Ft2

9、 tg,式中：T1、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。,T2=T1 i,郑大工学院专用,蜗杆传动受力方向的判定,1)蜗轮圆周力指向与其转动方向一致，且 Ft2=-Fa1；,2)蜗杆圆周力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2；,3)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，且 Fr1=-Fr2；,郑大工学院专用,4-5 圆柱蜗杆传动的强度计算,圆柱蜗杆的主要失效形式：,蜗轮轮齿面产生胶合、点蚀、磨损。,一、蜗轮齿面疲劳接触强度计算,1、计算公式,校核公式：,设计公式：,郑大工学院专用,Z-接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数。,潘存云教授研制,H-许用接触应力按下表选取。,图1211 接触

10、系数,郑大工学院专用,当蜗轮采用青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用的接触应力如下表：,郑大工学院专用,当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑动速度来确定。,郑大工学院专用,2、几何尺寸计算,计算出中心距a后，按下式计算蜗杆分度圆直径和模数。,查表121选定标准模数。,郑大工学院专用,潘存云教授研制,二、蜗轮齿根弯曲强度 计算,校核计算：,设计公式：,F-许用弯曲应力；,郑大工学院专用,YFa2-为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮 变位系数选取,详见下页线图。,郑大工学院专用,潘存云教授研制,郑大工学院专用,4-6 蜗杆传动的效

11、率、润滑和热平衡计算,一、圆柱蜗杆传动的效率,功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。,蜗杆主动时，总效率计算公式为：,式中:为蜗杆导程角;,称为当量摩擦角，=arctg f,f为当量摩擦系数，取值见表12-6详见下页,郑大工学院专用,郑大工学院专用,对动力传动，宜采用多头蜗杆,蜗杆加工困难,过大,当 28 时，效率增加很少。,当 时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。50%,分析：,上述公式不直观，工程上常用以下估计值。,闭式传动：,z1=1=0.700.75,z1=2=0.750.82,z1=4=0.870.92,z1=1、2=0.600.70,开式传动：,郑大工学院专用,二、蜗杆传动的润滑

12、,若润滑不良，,效率显著降低,早期胶合或磨损,润滑对蜗杆传动而言，至关重要。,润滑油粘度的选择：,郑大工学院专用,润滑方式的选择：,当vs 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。,当vs 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。,当v1 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。,郑大工学院专用,三、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,对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：,t,t=(t-t0)-温度差；,P1

13、-蜗杆传递的功率；,t-表面散热系数；一般取：t=1017 W/(m2),A-散热面积,m2,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，其散热面积按50%计算。,郑大工学院专用,t-温差许用值，一般取：t=6070,要求油温：t=t0+t 90,不能满足要求时，可采取冷却措施：,1）增加散热面积-加散热片；,2）提高表面传热系数-加风扇、冷却水管、循环油冷却。,郑大工学院专用,例122 试设计一由电动机驱动的单级圆柱蜗杆减速器中的蜗杆传动。电动机功率P1=5.5KW，转速n1960r/min，传动比 i21，载荷平稳，单向回转。,解：1、选择材料并确定许用应力,蜗杆选

14、用45钢，表面淬火，查194页蜗杆材料，,硬度为4555HRC;,蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1，砂模铸造。,许用接触应力，查表124，得：,许用弯曲应力，查表126，得：,郑大工学院专用,2、选择蜗杆头数，并估计传动效率,由传动比i=21，查表122，得：,查表128，取：,3、确定蜗轮的转矩,郑大工学院专用,4、确定使用系数、综合弹性系数,kA=1.1；zE=150,5、确定接触系数,取d1/a=0.4；由图1211，得：,6、计算中心距,郑大工学院专用,7、确定几何尺寸,查表121，取：,接触强度不合格！,郑大工学院专用,合格！导程角为：,8、计算滑动速度,查表124，适合。,郑大工学院专用,本 章 重 点,(1)熟悉蜗杆传动的特点。(2)了解蜗杆传动的类型、应用、材料和结构。(3)掌握普通圆柱蜗杆的主要参数和几何尺寸计算。,