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1、 上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室第第9 9章章 蜗杆传动蜗杆传动9 91 1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型9 92 2 圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸9 93 3 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9 94 4 圆柱蜗杆传动受力分析圆柱蜗杆传动受力分析9 95 5 蜗杆传动强度计算蜗杆传动强度计算9 96 6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、功一、功用用 用于传递交错轴之间的运动和动力。通常
2、蜗杆主动、蜗轮从动，909 91 1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室 蜗杆：齿数（也称头数）很少、轮齿在圆柱体上绕旋一周以上的特殊斜齿轮。常与轴做成一体，称蜗杆轴。11 1蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室 蜗轮：相当于一个斜齿轮，齿顶内凹，以增大接触线长度。2蜗轮蜗杆传动二、特点二、特点优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：i=1000，通常i i=880蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型上海海事大学机械原理与设计教研室
3、上海海事大学机械原理与设计教研室缺点：摩擦较大、发热较严重；传动效率较低；蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。三、类三、类型型按母线形状分按螺旋面形状分圆柱蜗杆环面蜗杆阿基米德蜗杆（ZA）渐开线蜗杆（ZI）蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室几种蜗杆的示意图：圆柱蜗杆环面蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德螺线2 渐开线蜗杆基圆渐开线蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室d1蜗杆旋向：左旋、右旋(常用)11精度等级：对于一般动力传动，按如下等级制造：v v1 1 7.5 7.5 m
4、/s m/s 7 7级精度；v v1 1 3.0 3.0 m/s m/s 8级精度；v v1 1 4040蜗杆头数z1 4 2 2、1 1蜗轮齿数z2 2852 2854 2880 4040圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室将分度圆柱展开得：=z1 p a1/d1=mz1/d1 tg1=l/d1 5 5.蜗杆导程角1d1l(导程)pa11d d1 111z1 1 效率圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室6.蜗杆
5、直径系数qq 直径系数定义：q=d1/m一般取：q=818。tg1=px z1/d1=z1/q于是有：可由表计算得到。=mz1/d1q，蜗杆的刚度，但，效率圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室11p212p由相对运动原理可知：v2=v1+vs 7.齿面间滑动速度vs及蜗轮转向的确定=v1/cos1vs=v2 2+v1 2作速度向量图，得:1蜗轮的转向:v222本例为顺时针tt1v1v2vS可知，vsv1，即蜗杆蜗轮啮合时齿间滑动速度vs大，摩擦发热大，易磨损、胶合。圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗
6、杆传动的主要参数与几何尺寸上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室112p112p右旋蜗杆：伸出右手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速度v2的方向与拇指指向相反。用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：用左手判断，方法一样。22v2v28.中心距a=r1+r2=m(z2+q)/2ar1r2但：a m(z1+z2)/2=(d1+d2)/2圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算（中间平面内）二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算（中间平面内）由蜗杆传动的功用以及给定的传动
7、比 i，z1 z2 强度计算求得 m、d1 确定几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名 称计 算 公 式蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径齿顶高齿根高顶圆直径根圆直径蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距径向间隙中心距蜗 杆蜗 轮d1=mq d2=mz2 ha=m ha=m hf=1.2m hf=1.2m da1=m(q+2)da2=m(z2+2)df1=m(q-2.4)df2=m(z2-2.4)pa1=pt2=px=mc=0.2 ma=0.5(d1+d2)m=0.5m(q+z2)
8、圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数与几何尺寸注：ha*=1.0，c*=0.2【计算举例】上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、一、蜗杆传动的失效形式与材料选择蜗杆传动的失效形式与材料选择主要失效形式：点蚀、磨损和胶合。材料蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨、抗胶合。蜗杆采用碳素钢或合金钢：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
9、青铜vS 12 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9 93 3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室二、二、蜗杆蜗轮的结构蜗杆蜗轮的结构蜗杆通常与轴制成一体 蜗杆轴b1z1=1或2时：b1(11+0.06z2)mz1=4时：b1(12.5+0.09z2)m蜗杆长度b1的确定：蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室蜗轮的常用结构：整体式组
10、合式过盈配合de2de2de2de2BBBBccc组合式螺栓联接组合式铸造蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构为使结合可靠，接缝处布置48个螺钉。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室蜗轮齿宽角 90130 轮圈厚度 C 1.6m+1.5mm轮缘宽度B 0.75da 0.67da 蜗轮顶圆直径de2 da2+2m da2+1.5m da2+2m 蜗杆头数Z11 2 4蜗杆传动的失效形式、材料和结构蜗杆传动的失效形式、材料和结构上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室Ft2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解为三个分力：
11、主反从同主反从同 左右手定则（对蜗杆）指向轮心且有如下关系：Ft1=-Fa2 Fr1=-Fr2 Fa1=-Ft2=2T1/d1=2T2/d2=Ft2 tan式中：T1、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。T2=T1 i 19 94 4 圆柱蜗杆传动受力分析圆柱蜗杆传动受力分析Fr2FnFtFrFa【受力分析举例】上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、失效形式一、失效形式 蜗杆传动轮齿失效形式与齿轮相同，但更易发生点蚀、磨损和胶合。二、强度计算二、强度计算 一般只计算齿面接触疲劳强度。蜗轮齿圈常用青铜或铸铁，强度较弱，故强度计算针对蜗轮轮齿。强度条件：H=m2d1z
12、22KT2=500H 设计公式：m2d1 KT2z2 H 5002式中K为载荷系数，取：K=1.11.3m、d1应取标准值。9 95 5 圆柱蜗杆传动强度计算圆柱蜗杆传动强度计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室锡青铜蜗轮的许用接触应力H MPa蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度蜗杆齿面硬度ZQSn 10-1ZQSn5-5-5砂型砂型 12 180 200金属型金属型 12 135 150vs m/sHBS 350HRC 45金属型金属型 25 200 220砂型砂型 10 110 125 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：圆
13、柱蜗杆传动强度计算圆柱蜗杆传动强度计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室 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，其许用的接触应力根据材料组合和滑动速度来确定。*蜗杆未经淬火时需将表中蜗杆未经淬火时需将表中H值降低值降低20%。铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力H Mpa蜗轮材料蜗轮材料蜗杆材料蜗杆材料滑动速度滑动速度vs m/sZQAl10-3HT 150淬火钢淬火钢*渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢0.525013011012301159021090701801601202346890HT 150、HT 200圆柱蜗杆传动强
14、度计算圆柱蜗杆传动强度计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、一、圆柱蜗杆传动的效率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。=（0.950.97）tan(1+)tan1 蜗杆主动时，总效率计算公式为：式中:1为蜗杆导程角；称为当量摩擦角，=arctan f；f 为当量摩擦系数，取值见表。9 96 6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室1 对动力传动，宜采用多头蜗杆 蜗杆加工困难；1过大28 时，效率增加很少。当1时，可实现反向传动自锁，但效率很低。
15、低。=（0.950.97）tan(1+)tan1分析：闭式传动：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1=4 =0.870.92z1=1、2 =0.600.70开式传动：蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室二、二、蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑若润滑不良，效率显著降低，引起早期胶合或磨损。齿轮传动润滑油粘度荐用值塑料、铸铁、青铜齿轮材料 强度极限圆周速度 v(m/s)运动粘度运动粘度 v/cSt（40）渗碳或表面淬火钢钢350512.5 12.5 25252.5512.50.51 10
16、15 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。蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室三、三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的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=tA1000P1(1-)tt=(t-t0)温度差；P1蜗杆传递的功率，KW；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。蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室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 1）增加散热面积加散热片；2 2）提高表面传热系数加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵冷却器冷却水蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算