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1、第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动本章学习要求：本章学习要求：掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法 掌握蜗杆传动的受力分析及强度计算掌握蜗杆传动的受力分析及强度计算 了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法 了解蜗杆传动的类型、变位及蜗杆的刚度计算了解蜗杆传动的类型、变位及蜗杆的刚度计算第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动蜗杆传动是一种在蜗杆传动是一种在空间交错轴空间交错轴间传递运动的间传递运动的机构。其交错角为机构。其交错角为090，常用常用901传动比大，结构紧凑；传动比大，结构紧凑；2重合度大，传动平稳，噪声低重合度大，传
2、动平稳，噪声低；3.传动效率低，具有自锁性时，效率低于传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%；4.摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；蜗杆传动的主要特点有：蜗杆传动的主要特点有：由于上述特点，蜗杆传动主要用于由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动运动传递，而在动力传输中传递，而在动力传输中的应用受到限制。的应用受到限制。其齿面一般是在车床上用直线刀刃的其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)渐开线蜗杆渐
3、开线蜗杆(ZI)法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆(ZK)蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的。的车刀切制而成的。同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10360)；承；承载能力和效率较高；可节约有色金属。载能力和效率较高；可节约有色金属。以凹弧面为母线；传动平稳；传动效率较高；以凹弧面为母线；传动平稳；传动效率较高；11-1 11-1
4、蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型11-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸一、主要参数及其选择一、主要参数及其选择中间平面：中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。蜗杆传动的设计计算都以蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为基准中间平面的参数和几何关系为基准。中间平面中间平面11-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸ma1=mt2=m a aa1=a at2qd1/md1=mqmz11、模数、模数m和压力角和压力角a 2、蜗杆的分度圆直径、蜗杆的分度圆直径d1（ZA型型aa20；其它其它an20，
5、）（d1、q均为标准系列值，见均为标准系列值，见P245表表11-2）由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径标准蜗杆分度圆直径d1。注：注：若采用非标准滚刀或飞刀切制蜗轮，若采用非标准滚刀或飞刀切制蜗轮，d1与与q值可不受值可不受标准的限制标准的限制正确啮合条件正确啮合条件？12表表11-2中中心心距距主要根据主要根据i、选定，见选定，见P242表表111。z11，i大，大，低，可自锁；低，可自锁
6、；z1，,，加工困难，加工困难，一般一般z11，2，4，63、蜗杆的头数、蜗杆的头数z111-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸Z1与关系4、导程角、导程角d d1 1PaZ1Pap pd1(分度圆周长分度圆周长)g gZ1PaPa导程角与导程的关系导程角与导程的关系Pa蜗杆轴向齿距蜗杆轴向齿距正确啮合时，蜗轮蜗杆正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同螺旋线方向相同，且，且 g g1b b211-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸5、传动比、传动比 i蜗杆主动时：蜗杆主动时：6、蜗轮齿数、蜗轮齿数z2z2避免根切且保证传动的平稳性避免根切且保
7、证传动的平稳性 z228z2 d2不变，不变，m，轮齿弯曲强度轮齿弯曲强度 m不变，不变，d2，蜗杆长度蜗杆长度，刚度，刚度 z280z1 z2的荐用值见表的荐用值见表11-1即当蜗杆转一周时，蜗轮将转过即当蜗杆转一周时，蜗轮将转过Z1个齿。个齿。i 可取很大，但可取很大，但 i 大，效率就低大，效率就低注：注：当设计非标准或分度传动时，当设计非标准或分度传动时，z2选择可不受限制选择可不受限制11-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数参考普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数参考表表1127、蜗杆传动的中心距、蜗杆传动的中心距a（表（表11
8、-2中的中的a值针对值针对标准减速器标准减速器）标准传动（蜗杆节圆与分度圆重合）时，其中心距计算式为：标准传动（蜗杆节圆与分度圆重合）时，其中心距计算式为：注：注：表中参数匹配主要针对标准蜗杆减速器。若自行设计非标准表中参数匹配主要针对标准蜗杆减速器。若自行设计非标准减速器时，可不按表减速器时，可不按表11-2选配参数，但其选配参数，但其m与相应的与相应的d1要匹配。要匹配。11-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸目的目的：凑配中心距，提高承载能力或效率凑配中心距，提高承载能力或效率方法：方法：刀具相对蜗轮的径向位移实现变位刀具相对蜗轮的径向位移实现变位结果：结果：
9、蜗轮蜗轮，d2m（z2+x2），），分度圆和节圆重合；分度圆和节圆重合；蜗杆，尺寸不变，分度圆和节线不重合。蜗杆，尺寸不变，分度圆和节线不重合。变位方式：变位方式：z2 z2，a a，a=a+x2m=(d1+d2+2x2m)/2 aa，z2 z2，z2=z2-2x2二、蜗杆传动变位的特点二、蜗杆传动变位的特点11-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸1）中心距改变）中心距改变 ，Z2不变，不变，传动比，传动比i12不变不变 11-2 11-2 普通蜗杆传动的参数与尺寸普通蜗杆传动的参数与尺寸2）中心距不变，）中心距不变，,Z2改变改变 三、蜗杆传动的几何尺寸计算三、蜗
10、杆传动的几何尺寸计算（参考p248表11-3）11-3 11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算1、失效形式：、失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合、过度磨损点蚀、齿根折断、齿面胶合、过度磨损 失效通常发生在失效通常发生在蜗轮轮齿蜗轮轮齿上。上。2、蜗杆传动的设计准则、蜗杆传动的设计准则:开式传动开式传动（齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断）按按F设计设计 闭式传动闭式传动（点蚀、胶合点蚀、胶合）按H设计+按F校核热平衡计算3、蜗杆传动的、蜗杆传动的常用材料常用材料(p250)要求：要求：足够的强度，良好的磨合及耐磨性能足够的强度，良好的磨合及耐磨性能。蜗杆：蜗杆：碳钢及
11、合金钢碳钢及合金钢蜗轮：蜗轮：铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料11-3 11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算二、蜗杆传动的受力分析二、蜗杆传动的受力分析方向方向：Fr1、Fr2指向各自圆心；指向各自圆心；Ft1与与n1转向相反，转向相反，Ft2与与n2转向相同；转向相同；Fa1：主动轮左（右）手螺旋法则。主动轮左（右）手螺旋法则。n1n1蜗杆传动受力、方向判断蜗杆传动受力、方向判断：n1 n2n2Ft1Ft2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Ft2Fa2Fa
12、2Fa1Fa1,Ft1,Fa2,Fr1,Fr2,Fa1.Ft2,n2；Fr1,Fr2Ft1,Fa2,Fa1.Ft2,n2；单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级1/22/2023172134蜗杆传动受力、方向判断蜗杆传动受力、方向判断：斜齿轮斜齿轮1为主动轮为主动轮，要求要求轴上轴上轴向力尽量抵消轴向力尽量抵消 Ft3Ft4Fr3Fr4Fa3Fa4Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa22旋向旋向,转向转向,Ft1,Ft2,Fr1,Fr2,Fa1,Fa2；Ft3,Fa4,Fr3,Fr4.,Fa3,Ft4,n3,3旋向旋向；n411-3 11-3 普通蜗杆传动的承载
13、能力计算普通蜗杆传动的承载能力计算三、强度计算三、强度计算四、蜗杆的刚度计算四、蜗杆的刚度计算刚度条件为：刚度条件为：五、精度等级及其选择五、精度等级及其选择12个精度等级，个精度等级，1级最高，依次降低级最高，依次降低69级应用最多级应用最多11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率h1计及啮合摩擦损耗的效率；h2计及轴承摩擦损耗的效率；h3计及溅油损耗的效率；h h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：式中式中：g g 蜗杆的导程角；蜗杆的导程角；v当量摩擦角，与蜗杆、
14、蜗轮的材料及滑动速度当量摩擦角，与蜗杆、蜗轮的材料及滑动速度vs有关。有关。（插值法）（插值法）查查P260表表11-18gv1vsv2v2Pw1w2d21d11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡 Z1 q 提高效率的方法：提高效率的方法：一般取一般取h h2 h h30.950.96，则总效率则总效率效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头数蜗杆头数总总 效效 率率 0.70 0.80 0.90 0.9511-5 11-5 普通蜗杆传动的效率
15、、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑作用：作用：提高传动效率，提高抗胶合能力，减小磨损。提高传动效率，提高抗胶合能力，减小磨损。润滑油：润滑油：根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。润滑油粘度及给油方式润滑油粘度及给油方式:根据相对滑动速度及载荷类型进行选择根据相对滑动速度及载荷类型进行选择p266表表11-21润滑油量：润滑油量：下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的齿高；当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3
16、。11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡目的：目的：蜗轮传动蜗轮传动h h低，发热量大，温度高，润滑油稀释，摩擦损失增大，发低，发热量大，温度高，润滑油稀释，摩擦损失增大，发 生胶合，所以必须进行热平衡计算，保证油温处于规定范围内。生胶合，所以必须进行热平衡计算，保证油温处于规定范围内。三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算原理：原理：发热量发热量1散热量散热量2a ad箱体表面的散热系数，可取箱体表面的散热系数，可取a ad(8.1517.45)W/(m2)；S 箱体的可散热面积箱体的可散热面积(m2)；t0润滑油的工作温度润滑油的工作
17、温度()；ta环境温度环境温度()。11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡在热平衡条件下可得：在热平衡条件下可得：可用于系统热平衡验算，可用于系统热平衡验算，一般一般to7080 可用于结构设计可用于结构设计四、蜗杆传动的散热措施四、蜗杆传动的散热措施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。11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡11-5 11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡3.加冷却管路
18、或散热器冷却加冷却管路或散热器冷却传动箱内装循环冷却管路传动箱内装循环冷却管路传动箱外装循环冷却器传动箱外装循环冷却器11-6 11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 无退刀槽无退刀槽，加工螺旋部分时只能用，加工螺旋部分时只能用铣制铣制的办法。的办法。有退刀槽有退刀槽，螺旋部分可用，螺旋部分可用车制车制，也可用，也可用铣制铣制加工，但该结构加工，但该结构的刚度较前一种差。的刚度较前一种差。一、蜗杆的结构一、蜗杆的结构11-6 11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计二、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：整体式蜗轮整体式蜗轮配合式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮作业作业:11-1511-27（采用渐开线蜗杆）11-28*11-1(教材)