第13章蜗杆传动学习教案

会计学1第第13章蜗杆传动章蜗杆传动第一页，共81页。普通蜗杆是圆柱形的，表面有一条或几条螺纹，所以可把蜗杆看作一根较短的螺旋（丝杠），而把蜗轮看作螺母的一部分附在圆柱体上。这样就可把蜗杆传动看作类似于丝杠带动螺母移动的情况。当然，这样比喻并不恰当，因为两者的接触状态普通蜗杆是圆柱形的，表面有一条或几条螺纹，所以可把蜗杆看作一根较短的螺旋（丝杠），而把蜗轮看作螺母的一部分附在圆柱体上。这样就可把蜗杆传动看作类似于丝杠带动螺母移动的情况。当然，这样比喻并不恰当，因为两者的接触状态(zhungti)并不相同（蜗杆传动是线接触，螺旋传动是面接触），但该比喻可以形象地说明其运动关系。并不相同（蜗杆传动是线接触，螺旋传动是面接触），但该比喻可以形象地说明其运动关系。第1页/共81页第二页，共81页。由于由于(yuy)(yuy)蜗杆传动类似于螺旋传动而蜗杆与蜗轮的两轴交错，所以两齿面在啮合过程中有较大的相对滑动蜗杆传动类似于螺旋传动而蜗杆与蜗轮的两轴交错，所以两齿面在啮合过程中有较大的相对滑动. .蜗杆连续转动，则蜗轮也随着连续转动。由此可知，只用两个零件蜗杆连续转动，则蜗轮也随着连续转动。由此可知，只用两个零件(ln jin)就能实现很大的传动比。就能实现很大的传动比。第2页/共81页第三页，共81页。根据上述，可知蜗杆传动的主要特点有：根据上述，可知蜗杆传动的主要特点有：1传动比大，一般为传动比大，一般为i=880传递动力，常用传递动力，常用1550。 传递传递运动时，传动比可达运动时，传动比可达300以上；甚至到以上；甚至到1000，但此时传动的，但此时传动的效率很低，常用于分度机构（传递动力时，不宜采用效率很低，常用于分度机构（传递动力时，不宜采用(ciyng)太大的传动比）。在需要传动比大的地方，零件数太大的传动比）。在需要传动比大的地方，零件数目少，结构紧凑目少，结构紧凑2重合度大，传动平稳，噪声低。由于蜗杆齿面是连续重合度大，传动平稳，噪声低。由于蜗杆齿面是连续不断的螺旋面，而蜗轮在同一时间处于啮合不断的螺旋面，而蜗轮在同一时间处于啮合(nih)中的齿不少于两个，所以中的齿不少于两个，所以蜗杆与蜗轮的啮合蜗杆与蜗轮的啮合(nih)是连续不断的。是连续不断的。3摩擦磨损问题摩擦磨损问题(wnt)突出，磨损是主要的失效形突出，磨损是主要的失效形式；式；4传动效率低传动效率低，具有自锁性时，效率低于，具有自锁性时，效率低于40%。由于上述特点，蜗杆传动由于上述特点，蜗杆传动主要用于主要用于运动运动传递传递，而在动力传输中的应用受到限，而在动力传输中的应用受到限制。制。随着加工工艺技术的发展和新型蜗杆传动技术的不断出现，蜗杆传动的优点得随着加工工艺技术的发展和新型蜗杆传动技术的不断出现，蜗杆传动的优点得到进一步的发扬，而其缺点得到较好地克服。因此蜗杆传动已普遍应用于各类运动到进一步的发扬，而其缺点得到较好地克服。因此蜗杆传动已普遍应用于各类运动与动力传动装置中。与动力传动装置中。 第3页/共81页第四页，共81页。形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1z1=1）而且）而且11很大时，很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整轮齿在圆柱体上构成多圈完整(wnzhng)(wnzhng)的螺旋。的螺旋。11 1所得齿轮所得齿轮(chln)(chln)称称为为: :蜗杆。蜗杆。而啮合而啮合(nih)(nih)件称为件称为: :蜗轮。蜗轮。蜗杆蜗杆22 2蜗轮蜗轮第4页/共81页第五页，共81页。第5页/共81页第六页，共81页。第6页/共81页第七页，共81页。第7页/共81页第八页，共81页。第8页/共81页第九页，共81页。第9页/共81页第十页，共81页。正确啮合(nih)条件在中间(zhngjin)平面中，蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等即 蜗杆螺旋角与蜗轮螺旋角旋向相同。(1=90-1， 1+2 =90)第10页/共81页第十一页，共81页。设计(shj)：潘存云设计(shj)：潘存云设计：潘存云中间平面中间平面正确啮合正确啮合(nih)条件条件中间平面：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。2第11页/共81页第十二页，共81页。设计(shj)：潘存云设计(shj)：潘存云蜗轮蜗杆轮齿蜗轮蜗杆轮齿(ln ch)旋向旋向相同相同.若若 9090 1 12 2tt2 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 21 11 1d d1 1s=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。e e s sd d2 2传动比 i1221zznni12dd第12页/共81页第十三页，共81页。蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆a a） 蜗杆下蜗杆下置置b b） 蜗杆上置蜗杆上置 第13页/共81页第十四页，共81页。蜗杆传动的滑动蜗杆传动的滑动(hudng)速度（见速度（见下页图）下页图） V1 蜗杆节点(ji din)圆周速度 V2蜗轮节点(ji din)圆周速度 蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs 较大的较大的VS引起：引起：1、易发生齿面磨损和胶合、易发生齿面磨损和胶合 2、如润滑条件良好、如润滑条件良好 , 有助于形成润滑油膜有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率。，减少摩擦、磨损，提高传动效率。 第14页/共81页第十五页，共81页。第15页/共81页第十六页，共81页。 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型(lixng)第16页/共81页第十七页，共81页。类类型型(l(liixxng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)蜗杆蜗杆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 环面蜗杆环面蜗杆锥蜗杆锥蜗杆 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型第17页/共81页第十八页，共81页。类类型型(l(lixixng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直线刀刃直线刀刃的的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。廓形状不同。普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆第18页/共81页第十九页，共81页。类类型型(l(liixxng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 圆弧圆柱圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆 圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的区别仅是加工用的车刀为加工用的车刀为圆弧刀刃圆弧刀刃。传动特点：传动特点：1 1）传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达90%以上；以上；2 2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.5 2.5倍；倍；3 3）结构紧凑。结构紧凑。第19页/共81页第二十页，共81页。类类型型(l(liixxng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 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 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA)阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆双刀加工双刀加工第20页/共81页第二十一页，共81页。类类型型(l(liixxng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 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 渐开线蜗杆渐开线蜗杆(ZI)渐开线蜗杆渐开线蜗杆渐开线渐开线基圆基圆第21页/共81页第二十二页，共81页。类类型型(l(liixxng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 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 dx延伸渐开线延伸渐开线车刀对中齿厚中心法面车刀对中齿厚中心法面法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN)第22页/共81页第二十三页，共81页。类类型型(l(liixxng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 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 环面蜗杆传动特点：环面蜗杆传动特点： 1 1）传动效率高，一般可达传动效率高，一般可达8590%；2 2）承载能力高，约为阿基米德蜗杆的承载能力高，约为阿基米德蜗杆的2 4倍；倍；3 3）要求制造和安装精度高。要求制造和安装精度高。环面蜗杆环面蜗杆第23页/共81页第二十四页，共81页。类类型型(l(lixixng)ng)环面蜗杆传动环面蜗杆传动 圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传动蜗杆传动 锥蜗杆传动锥蜗杆传动 普通普通(ptng)(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动 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 锥蜗杆传动特点：锥蜗杆传动特点： 锥蜗杆锥蜗杆1 1）同时接触的点数较多，重合度大；同时接触的点数较多，重合度大； 2 2）传动比范围大，一般为传动比范围大，一般为10 360； 3 3）承载能力和传动效率高；承载能力和传动效率高； 4 4）制造安装简便，工艺性好。制造安装简便，工艺性好。 第24页/共81页第二十五页，共81页。第25页/共81页第二十六页，共81页。一）普通一）普通(ptng)圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动第26页/共81页第二十七页，共81页。2 0阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线直廓直廓2 0凸廓凸廓N-NI-I1. 阿基米德阿基米德( j m d)蜗杆蜗杆（ZA）一）普通一）普通(ptng)(ptng)圆柱圆柱蜗杆传动蜗杆传动蜗杆齿廓特点蜗杆齿廓特点(tdin)：垂直于轴线的剖面垂直于轴线的剖面上齿廓为阿基米德上齿廓为阿基米德螺旋线；螺旋线；通过蜗杆轴线的截通过蜗杆轴线的截面上为直线齿廓；面上为直线齿廓；法向截面上为凸廓法向截面上为凸廓 车制简单，但难于磨削，不易保证精度，用于低速、轻车制简单，但难于磨削，不易保证精度，用于低速、轻载或不太重要的传动。载或不太重要的传动。第27页/共81页第二十八页，共81页。蜗轮齿廓及蜗杆蜗轮传动蜗轮齿廓及蜗杆蜗轮传动(chundng)特点：特点：蜗轮齿廓蜗轮齿廓在中间平面在中间平面(pngmin)上（通过蜗杆轴线且垂直上（通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线于蜗轮轴线 的平面的平面(pngmin)）蜗轮齿廓为渐开线）蜗轮齿廓为渐开线蜗杆蜗轮传动特点蜗杆蜗轮传动特点在中间平面上蜗杆蜗轮的啮合在中间平面上蜗杆蜗轮的啮合(nih)如齿轮、齿如齿轮、齿 条的啮合条的啮合(nih)关系关系阿基米德圆柱蜗杆传动阿基米德圆柱蜗杆传动 AA中间平中间平面面第28页/共81页第二十九页，共81页。2. 渐开线蜗杆（渐开线蜗杆（ZI）蜗杆齿廓特点蜗杆齿廓特点(tdin)：蜗杆齿面为渐开线螺旋面，端面齿廓为渐开线：蜗杆齿面为渐开线螺旋面，端面齿廓为渐开线一）普通一）普通(ptng)(ptng)圆柱圆柱蜗杆传动蜗杆传动 蜗杆可以磨削，易保证加工精度蜗杆可以磨削，易保证加工精度(jn d)，用于头数较多、转速，用于头数较多、转速较高和较精密的传动。较高和较精密的传动。db渐开线渐开线I-I凸廓凸廓 0直廓直廓凸廓凸廓 0 I I 蜗杆可用两把直蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床线刀刃的车刀在车床上车制。加工时，两上车制。加工时，两把车刀的刀刃平面一把车刀的刀刃平面一上一下与基圆相切，上一下与基圆相切，被切出的蜗杆齿面是被切出的蜗杆齿面是渐开线螺旋面，端面渐开线螺旋面，端面的齿廓为渐开线。的齿廓为渐开线。 第29页/共81页第三十页，共81页。3. 法向直廓蜗杆（法向直廓蜗杆（ZN）蜗杆齿廓特点：蜗杆法面齿廓为直线，端面蜗杆齿廓特点：蜗杆法面齿廓为直线，端面(dunmin)齿廓为延伸渐开线齿廓为延伸渐开线一）普通一）普通(ptng)(ptng)圆柱圆柱蜗杆传动蜗杆传动蜗杆加工蜗杆加工(ji gng)简单，可以磨削，用于头数、精密的蜗杆传动。简单，可以磨削，用于头数、精密的蜗杆传动。NN II I-I凸廓凸廓2 0直廓直廓N-Nd0延伸渐开线延伸渐开线 车制时刀刃顶面置于螺旋线的法面上，蜗杆在法向剖面上具有直线齿车制时刀刃顶面置于螺旋线的法面上，蜗杆在法向剖面上具有直线齿廓，在端面上为延伸渐开线齿廓。廓，在端面上为延伸渐开线齿廓。 第30页/共81页第三十一页，共81页。二二) ) 圆弧圆柱圆弧圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆传蜗杆传动动圆弧圆圆弧圆柱柱蜗杆的蜗杆的齿齿形分为形分为圆弧圆柱蜗杆轴向剖面圆弧圆柱蜗杆轴向剖面(pumin)(pumin)为圆弧形齿廓，用车刀车削为圆弧形齿廓，用车刀车削用轴向剖面用轴向剖面(pumin)为圆弧的环面砂轮，装在蜗杆螺旋为圆弧的环面砂轮，装在蜗杆螺旋线的线的法面上，法面上，阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线 III-I. . . . . . . . . . . . . . . . N-NNN 第31页/共81页第三十二页，共81页。圆弧圆柱圆弧圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆与普通圆柱蜗杆与普通圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆蜗杆的区别：的区别：1）在主剖面上蜗杆齿廓为凹弧形）在主剖面上蜗杆齿廓为凹弧形(h xn)，与之配合的蜗轮齿廓，与之配合的蜗轮齿廓 为凸弧形为凸弧形(h xn)；2）凹凸）凹凸(o t)弧齿廓啮合传动，也是线接触的啮合传动，接触弧齿廓啮合传动，也是线接触的啮合传动，接触 处的综合曲率半径大，承载能力高，比普通圆柱蜗杆处的综合曲率半径大，承载能力高，比普通圆柱蜗杆 高高50%150%；3）瞬时接触线与滑动速度交角大，）瞬时接触线与滑动速度交角大，有利于啮合面间油膜有利于啮合面间油膜 形成形成，摩擦小，效率高，蜗杆可磨削，精度高，用于，摩擦小，效率高，蜗杆可磨削，精度高，用于 冶金、矿山、化工、起重运输机械。冶金、矿山、化工、起重运输机械。接触线接触线 vs vt 第32页/共81页第三十三页，共81页。2、按蜗杆头数分单头蜗杆：i，自锁性，多头(dutu)蜗杆：相反3、按旋向分左旋右旋一般采用右旋（便与加工制造）与斜齿轮旋向判断(pndun)相同。第33页/共81页第三十四页，共81页。阿基米德圆柱蜗杆：在阿基米德圆柱蜗杆：在中间平面内，蜗杆的齿中间平面内，蜗杆的齿形为齿条的梯形齿廓；形为齿条的梯形齿廓；蜗轮的齿形为渐开线蜗轮的齿形为渐开线.因因此此,在中间平面内，可把在中间平面内，可把阿基米德圆柱蜗杆传动阿基米德圆柱蜗杆传动的关系的关系(gun x)看成渐看成渐开线齿轮与直线齿廓齿开线齿轮与直线齿廓齿条的啮合。条的啮合。中间中间(zhngjin)平面通过蜗杆轴线同时与蜗轮平面通过蜗杆轴线同时与蜗轮轴线垂直的平面。轴线垂直的平面。第34页/共81页第三十五页，共81页。 蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动，要按照6-9级精度制造。P259表13.1列出了6-9级精度等级的应用(yngyng)范围、制造方法、表面粗造度及许用滑动速度。第35页/共81页第三十六页，共81页。蜗轮的加工：蜗轮要用与它相啮合的蜗杆同样大小的蜗轮的加工：蜗轮要用与它相啮合的蜗杆同样大小的滚刀来切制。原因是蜗杆传动蜗杆和蜗轮之间的轴间滚刀来切制。原因是蜗杆传动蜗杆和蜗轮之间的轴间距离必须距离必须(bx)与蜗杆滚刀在切制蜗轮时滚刀和蜗轮与蜗杆滚刀在切制蜗轮时滚刀和蜗轮之间的轴向定位距离相等，才能得到正确的啮合。之间的轴向定位距离相等，才能得到正确的啮合。第36页/共81页第三十七页，共81页。13.2 13.2 蜗杆传动的失效形式材料蜗杆传动的失效形式材料(cilio)(cilio)选择选择及结构及结构蜗杆传动的失效蜗杆传动的失效(sh xio)(sh xio)形式形式蜗杆传动的失效特点：相对滑移速度很大，摩擦磨损严重。为使啮合有良好的减摩和耐磨蜗杆传动的失效特点：相对滑移速度很大，摩擦磨损严重。为使啮合有良好的减摩和耐磨性：性：材料：蜗杆材料：蜗杆钢钢 蜗轮蜗轮减摩材料如青铜、铸铁等。减摩材料如青铜、铸铁等。 传动失效表现传动失效表现(bioxin)(bioxin)蜗轮轮齿失效：蜗轮轮齿失效：主要失效形式：主要失效形式：蜗蜗轮轮 齿面点蚀齿面点蚀齿面接触应力H 循环作用引起，通常只出现在蜗轮轮齿上。d1d2 2 1 1v1vsv2 齿面胶合齿面胶合由于蜗杆蜗轮齿面间的相对滑动速度较大，效率低发热量大，使润滑油粘度因温度升高而下降，润滑条件变坏，容易发生胶合。高速重载的主要失效形式。齿面磨损齿面磨损比齿轮严重的多，注意润滑油清洁，加强密封。提高蜗杆齿面光洁度。轮齿折断轮齿折断疲劳折断或过载折断。第37页/共81页第三十八页，共81页。蜗杆传动的设计(shj)准则 在开式传动中多发生齿面磨损(m sn)和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。 在闭式传动中，蜗杆副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，按齿根弯曲疲劳强度进行校核。 此外，对于闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。还需校核蜗杆的刚度。第38页/共81页第三十九页，共81页。蜗轮齿圈采用蜗轮齿圈采用(ciyng)(ciyng)青铜：减摩、耐磨性、抗胶青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。合。蜗杆采用蜗杆采用(ciyng)(ciyng)碳素钢或合金钢：表面光洁、碳素钢或合金钢：表面光洁、硬度高。硬度高。常用常用(chn yn)(chn yn)材材料料 蜗轮、蜗杆的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要蜗轮、蜗杆的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要具有良好的减摩和耐磨性能。具有良好的减摩和耐磨性能。 蜗轮材料蜗轮材料 看教材表看教材表13.213.2第39页/共81页第四十页，共81页。 15Cr、20Cr 渗碳渗碳(shn tn)淬火淬火 55 62 HRC 一般传动一般传动(chundng)(chundng)： 40 40、 45 45 调质处理调质处理 220 250 220 250 HBSHBS 蜗杆材料蜗杆材料(cilio) (cilio) 表表13.3 13.3 40、45、40Cr 表面淬火表面淬火 45 55 HRC高速重载传动高速重载传动硬面蜗杆调制蜗杆 当缺乏磨削设备时、受短时冲击载荷的蜗杆、不重要的场合可采用调制蜗杆。第40页/共81页第四十一页，共81页。圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆和蜗轮的蜗杆和蜗轮的结构结构一、蜗杆的结构一、蜗杆的结构(jigu)蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时部分的直径较大时(蜗杆根圆直径蜗杆根圆直径df1与轴径与轴径d的的比值比值df1/d 1.7时），可以将轴时），可以将轴与蜗杆分开制作。与蜗杆分开制作。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度 较前一种差。较前一种差。 第41页/共81页第四十二页，共81页。二、蜗轮的结构二、蜗轮的结构(jigu)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大时，采用组合式蜗轮结构(jigu)，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构用蜗轮的结构(jigu)形式如下：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 过盈联接+骑缝螺钉。防高温下第42页/共81页第四十三页，共81页。(如d2 28 常限制常限制(xinzh)： Z2 80 2. 2. 蜗轮的齿数蜗轮的齿数Z2Z2不能太少不能太少Z2不能太多不能太多：m弯曲弯曲(wnq)强强度度 d2蜗杆长度蜗杆长度蜗杆的刚度蜗杆的刚度Z2，d2(=m Z2) 不变时不变时Z2，m不变时不变时通常取：通常取：Z2=28 80保证足够的啮合区：保证足够的啮合区：动力传动，保证足够的弯曲强度：动力传动，保证足够的弯曲强度：Z2=28 80 第50页/共81页第五十一页，共81页。z1z2 = -传动比传动比 : : -d1d2 d1= m q , d2= m z2z1= q tan= d1 /m tann2n1i = -n2n1i = -z1z2 = -= -d2 / md1 /m tan= -d2d1 tan传动比传动比 i 和齿数比和齿数比u教材(jioci)P264传动比的公称值，用于系列化生产。第51页/共81页第五十二页，共81页。中心中心(zhngxn)距距a 教材(jioci)P264有推荐值，用于系列化生产，自行设计时不一定遵循。第52页/共81页第五十三页，共81页。第53页/共81页第五十四页，共81页。蜗杆传动的变位蜗杆传动的变位(bin wi) (bin wi) （自学）（自学）变位变位(bin wi)目的目的 变位实现变位实现 利用利用(lyng)(lyng)蜗轮加工刀具相对于蜗轮毛坯的蜗轮加工刀具相对于蜗轮毛坯的径向径向 位移来实现。位移来实现。(1) 配凑中心距配凑中心距 (2) 改变传动比改变传动比 蜗轮变位，蜗杆不变位蜗轮变位，蜗杆不变位 变位后蜗轮分度圆与节圆仍然重合，但蜗杆变位后蜗轮分度圆与节圆仍然重合，但蜗杆 在主平面上的节线不再与分度线重合。在主平面上的节线不再与分度线重合。 第54页/共81页第五十五页，共81页。变位的方法：如前所述，圆柱蜗杆传动具有齿轮、齿条变位的方法：如前所述，圆柱蜗杆传动具有齿轮、齿条一样的性质，其变位与之相同，也是在切削时把刀具移一样的性质，其变位与之相同，也是在切削时把刀具移位位(y wi)(y wi)。切制蜗轮的刀具和蜗杆相同，无论蜗轮变位。切制蜗轮的刀具和蜗杆相同，无论蜗轮变位与否，刀具并不改变，故变位后蜗杆的参数几何尺寸不与否，刀具并不改变，故变位后蜗杆的参数几何尺寸不变，只引起了蜗轮齿形的变化。其次蜗杆加工和装配的变，只引起了蜗轮齿形的变化。其次蜗杆加工和装配的啮合节圆柱改变了，不再和分度圆柱重合，而蜗轮节圆啮合节圆柱改变了，不再和分度圆柱重合，而蜗轮节圆永远和分度圆重合。永远和分度圆重合。第55页/共81页第五十六页，共81页。1）中心距改变）中心距改变 ，aa 22ZZ ad1d1d2=d2=mz2O2P分度线节线蜗杆中心线d2=d2=mz2O2Pd1=d1分度线(节线)蜗杆中心线d2=d2=mz2O2P节线分度线蜗杆中心线d1d1aaaaaa(a)(b)(c)a传动比传动比i12不变！不变！第56页/共81页第五十七页，共81页。2）中心距不变）中心距不变 ，22ZZ aa 传动比传动比i12改变改变(gibin)！第57页/共81页第五十八页，共81页。第58页/共81页第五十九页，共81页。第59页/共81页第六十页，共81页。第60页/共81页第六十一页，共81页。蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相似(xin s)，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。 第61页/共81页第六十二页，共81页。蜗杆传动受力方向(fngxing)判断 各力方向各力方向(fngxing)(fngxing)的判断的判断 作用在主动轮和从动轮上的对应力大小相等作用在主动轮和从动轮上的对应力大小相等(xingdng)(xingdng)，方向相反。，方向相反。蜗杆所受圆周力F Ft1t1方向与它的转向相反，蜗轮所受圆周力F Ft2 t2 方向与它的转向相同；蜗杆轴向力F Fa1a1的方向由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定。对于右旋蜗杆，用右手判断；对于左旋蜗杆，用左手判断。径向力 F Fr r 的方向均指向各自的轴心 。 第62页/共81页第六十三页，共81页。第63页/共81页第六十四页，共81页。普通普通(ptng)(ptng)蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动的效率与齿轮闭式蜗杆传动的效率与齿轮(chln)传动的类似传动的类似h h1计及啮合摩擦损耗的效率，即传动啮合效率；计及啮合摩擦损耗的效率，即传动啮合效率；h h3计及轴承摩擦损耗的效率；计及轴承摩擦损耗的效率；h h2计及搅油和溅油损耗的效率；计及搅油和溅油损耗的效率；h h1是对总效率影响最大的因素，可近似地按螺旋副的效率计算是对总效率影响最大的因素，可近似地按螺旋副的效率计算（蜗杆主动时）：（蜗杆主动时）：所以所以 Z1式中：式中： 蜗杆的导程角；蜗杆的导程角； v当量摩擦角。当量摩擦角。 由表由表13.6知，知， v的影响因素。的影响因素。 v越大，啮合效率越低。越大，啮合效率越低。第64页/共81页第六十五页，共81页。导程角越大，啮合效率(xio l)越高。但加工越困难。实际上一般g27.第65页/共81页第六十六页，共81页。1）在计算）在计算(j sun)蜗杆传动啮合效率蜗杆传动啮合效率时，需要用到当量摩擦角时，需要用到当量摩擦角v,其值可通过先求出相对滑动速度其值可通过先求出相对滑动速度vs(vs=v1/cos），然后再查教材），然后再查教材P268表表13.；）使用时，要区分蜗杆传动总效率）使用时，要区分蜗杆传动总效率和啮合效率和啮合效率，前者用于功率，前者用于功率(gngl)计算或热平衡计算，后者用于载荷计算；计算或热平衡计算，后者用于载荷计算；）应了解影响蜗杆传动的各种因素及啮合效率）应了解影响蜗杆传动的各种因素及啮合效率的近似计算（如查的近似计算（如查P269图图13.10），），vs不仅影响润滑油膜的形成、摩擦系数和啮合效率不仅影响润滑油膜的形成、摩擦系数和啮合效率，也影响蜗轮材料的选择，应予注意（当采用合适的润滑油并充分润滑时，也影响蜗轮材料的选择，应予注意（当采用合适的润滑油并充分润滑时， vs的提高有利于油膜的形成，从而使摩擦系数下降）；的提高有利于油膜的形成，从而使摩擦系数下降）；）设计之初，为近似地求出蜗轮轴上的转矩）设计之初，为近似地求出蜗轮轴上的转矩T2， 值可按如下估取值可按如下估取： 蜗杆头数蜗杆头数 总总 效效 率率 0.70 0.80 0.90 0.95第66页/共81页第六十七页，共81页。3.00 0.028 136 0.035 2 0.045 235 4.00 0.024 122 0.031 147 0.04 217 5.00 0.022 116 0.029 140 0.035 2 8.00 0.018 102 0.026 129 0.03 143 10.0 0.016 055 0.024 122 15.0 0.014 048 0.020 109 24.0 0.013 045蜗杆齿面硬度蜗杆齿面硬度 45HRC 其他情况其他情况 45HRC 45HRC 其他情况其他情况滑动速度滑动速度 v v v v v v v v v v 0.01 0.11 6 17 0.12 651 0.18 1012 0.18 1012 0.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 343 0.09 509 0.09 509 0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 5092.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs m/s蜗轮齿圈材料蜗轮齿圈材料 锡锡 青青 铜铜 无锡青铜无锡青铜 灰灰 铸铸 铁铁普通圆柱蜗杆传动的普通圆柱蜗杆传动的 vs、v 、 v 值值第67页/共81页第六十八页，共81页。13.6强度强度(qingd)计算计算蜗杆传动的失效蜗杆传动的失效(sh xio)形式形式 如前所述，蜗杆传动的失效形式和齿轮传动一样，也有如前所述，蜗杆传动的失效形式和齿轮传动一样，也有点蚀（齿面接触疲劳破坏）、齿点蚀（齿面接触疲劳破坏）、齿根折断、齿面胶合及磨损根折断、齿面胶合及磨损等。而且等。而且总是发生在蜗轮总是发生在蜗轮上。一般只需对蜗轮进行承载能上。一般只需对蜗轮进行承载能力计算。力计算。此外，此外，系统过热、蜗杆刚度不足系统过热、蜗杆刚度不足也是重要的失效形式。也是重要的失效形式。蜗杆传动的设计准则蜗杆传动的设计准则 对于对于闭式闭式传动，按蜗轮的齿面传动，按蜗轮的齿面接触接触疲劳强度进行疲劳强度进行设计设计计算以防止点蚀和胶合；蜗轮计算以防止点蚀和胶合；蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度校核以防止轮齿折断；轮齿的弯曲疲劳强度校核以防止轮齿折断； 对于对于开式开式传动，传动，只按只按蜗轮轮齿的蜗轮轮齿的弯曲弯曲疲劳强度进行设计计算，疲劳强度进行设计计算，毋须毋须进行齿面进行齿面接接触触疲劳强度的校核计算；疲劳强度的校核计算；另外，另外，1）闭式传动系统的）闭式传动系统的热平衡计算热平衡计算 防止过热引起的失效。防止过热引起的失效。 2）蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算 防止蜗杆刚度不足引起的失效。防止蜗杆刚度不足引起的失效。第68页/共81页第六十九页，共81页。中心距中心距a在蜗杆传动中是最基本的尺寸在蜗杆传动中是最基本的尺寸(ch cun)，其大小决定了传动的承，其大小决定了传动的承载能力和传动的外廓尺寸载能力和传动的外廓尺寸(ch cun)；蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1d1和中心距和中心距a a 的比值的比值(bzh)(bzh)d1/ad1/a是蜗杆传动的重要参数，是蜗杆传动的重要参数，其大小将影响传动的工作性能，如：齿面接触疲劳强度、蜗杆轴的刚度、传动的其大小将影响传动的工作性能，如：齿面接触疲劳强度、蜗杆轴的刚度、传动的啮合效率和传动的工作温度等；啮合效率和传动的工作温度等；初选初选(ch xun)d1/a值值采用德国的研究成果，见教材P269。看习题册P196例13.6第69页/共81页第七十页，共81页。蜗轮的齿面接触蜗轮的齿面接触(jich)疲劳强度计算疲劳强度计算和齿轮传动相似，也是以赫兹接触应力计算公式（和齿轮传动相似，也是以赫兹接触应力计算公式（ ）为基础，将其中）为基础，将其中的单位载荷的单位载荷(zi h)p和综合曲率半径和综合曲率半径 等以蜗杆传动中的相应参数表示，推导出蜗等以蜗杆传动中的相应参数表示，推导出蜗轮齿面接触疲劳强度计算公式。轮齿面接触疲劳强度计算公式。 但因蜗杆传动中啮合情况以及力的分布比较复杂，所以要推导出精确的公式但因蜗杆传动中啮合情况以及力的分布比较复杂，所以要推导出精确的公式(gngsh)是很复杂的。现用的方法是将蜗杆与蜗轮近似地看作直线齿廓斜齿条与圆是很复杂的。现用的方法是将蜗杆与蜗轮近似地看作直线齿廓斜齿条与圆柱斜齿轮的啮合。这样就可效仿推导圆柱斜齿轮齿面接触疲劳强度计算公式柱斜齿轮的啮合。这样就可效仿推导圆柱斜齿轮齿面接触疲劳强度计算公式(gngsh)的方法来推导蜗轮齿面接触疲劳强度的计算公式的方法来推导蜗轮齿面接触疲劳强度的计算公式(gngsh)。第70页/共81页第七十一页，共81页。1212,LKFppZnEH式中，K载荷系数;Fn啮合面上的正压力;L接触线总长度1、2节点处的曲率半径。推导推导(tudo)出的校核计算公式见：出的校核计算公式见：P270（13.14） 蜗杆传动工作时，在啮合点面上蜗杆传动工作时，在啮合点面上(min shn)产生的最大接触应力的计算公产生的最大接触应力的计算公式为：式为：H=ZnZh Hlim/SH推导推导(tudo)出的设计计算公式见：出的设计计算公式见：P270（13.1）第71页/共81页第七十二页，共81页。 式中：式中：T蜗轮转矩，蜗轮转矩，Nmm.若载荷不变，则若载荷不变，则T可取名义转矩可取名义转矩 ；若载荷随时；若载荷随时间变化，则间变化，则T 应取平均转矩应取平均转矩T2mT2m=(T2iti)/(ti),T2i为在时间为在时间ti内的蜗轮转矩；内的蜗轮转矩；KA使用使用(shyng)系数（同齿轮传动）；系数（同齿轮传动）；Z弹性系数，根据蜗杆副材料由弹性系数，根据蜗杆副材料由P260表表13.2查出；查出；Z考虑齿面曲率和接触线长度对考虑齿面曲率和接触线长度对H影响的接触系数，由沿啮合线的赫兹应力影响的接触系数，由沿啮合线的赫兹应力(yngl)平均值得来，可根据齿形和平均值得来，可根据齿形和d1/a值由值由P271图图13.2查出；查出；Zn转速转速(zhun s)系数系数.转速转速(zhun s)不变时，不变时，Zn=(n2/8+1) -1/8; 转速转速(zhun s)变化时变化时,Zn=(Z2niti)/(ti)1/2, Zni=(n2i/8+1) -1/8Zh 寿命系数，寿命系数，Zh=(25000/Lh)1/61.6，式中，式中Lh为载荷不变时的寿命时数，为载荷不变时的寿命时数，h.因寿命不宜过短，故规定因寿命不宜过短，故规定Zh一般应小于一般应小于1.6，即，即Lh应大于应大于100h.第72页/共81页第七十三页，共81页。第73页/共81页第七十四页，共81页。13.6.3 13.6.3 蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算（P272）蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度取决于轮齿模数的大小，由于轮齿齿形比蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度取决于轮齿模数的大小，由于轮齿齿形比较复杂，且在平行于中间平面的不同平面上的齿厚也不同，距离中间较复杂，且在平行于中间平面的不同平面上的齿厚也不同，距离中间平面越远，齿越厚。因此蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度难于精确计算，只平面越远，齿越厚。因此蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度难于精确计算，只好进行好进行(jnxng)条件性的简化计算按斜齿圆柱齿轮来计算，但其强条件性的简化计算按斜齿圆柱齿轮来计算，但其强度比斜齿的高约度比斜齿的高约0。校核计算公式如下：。校核计算公式如下：F= F lim/sF (sF 取1.4）式中式中 F lim 蜗轮齿根弯曲蜗轮齿根弯曲(wnq)疲劳极限，见疲劳极限，见P260表表13.2；b2蜗轮宽度，蜗轮宽度，b2 2m0.5+sqrt(q+1); d2蜗轮分度圆直径，蜗轮分度圆直径， d2 mZ2第74页/共81页第七十五页，共81页。13.7 蜗杆轴的刚度计算蜗杆轴的刚度计算(j sun)（挠度计算（挠度计算(j sun)）（）（P272）当蜗杆轴的啮合当蜗杆轴的啮合(nih)部位受力后，将使轴产生挠曲。挠曲量过大势必影响部位受力后，将使轴产生挠曲。挠曲量过大势必影响啮合啮合(nih)状况，从而造成局部偏载甚至导致干涉。状况，从而造成局部偏载甚至导致干涉。蜗杆轴的挠曲主要是由圆周力蜗杆轴的挠曲主要是由圆周力Ft1和径向力和径向力Fr1造成造成(zo chn)的，的，轴向力轴向力Fa1可以忽略不计。可以忽略不计。假设轴两端为自由支承，则由于假设轴两端为自由支承，则由于Ft1和和Fr1的作用，在轴的啮合部的作用，在轴的啮合部位所引起的挠曲量分别为：位所引起的挠曲量分别为：t1=Ft1l3/(48EI), r1 =Fr1l3/(48EI)两者合成，得蜗杆轴的最大挠曲量应满足下列条件：两者合成，得蜗杆轴的最大挠曲量应满足下列条件：=sqrt(2t1+ 2r1 )式中式中I蜗杆轴中间截面的惯性矩，蜗杆轴中间截面的惯性矩，I=d41/64;l两支承间的距离，两支承间的距离，初步计算时可取初步计算时可取l0.9d2； 许用最大挠度，淬火蜗杆取许用最大挠度，淬火蜗杆取0.004m，调，调质蜗杆取质蜗杆取0.01m, m为模数。为模数。计算目的：计算目的：防止弹性变形过大而造成蜗杆蜗轮不能正确啮合，加剧齿面磨损。防止弹性变形过大而造成蜗杆蜗轮不能正确啮合，加剧齿面磨损。 第75页/共81页第七十六页，共81页。13.8 蜗杆传动的热平衡蜗杆传动的热平衡（P272-P273）由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。如果产生的热量不能及时如果产生的热量不能及时(jsh)散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润滑状态，从而导致系统进一步恶化。滑状态，从而导致系统进一步恶化。单位时间内，系统因摩擦功耗单位时间内，系统因摩擦功耗(n ho)产生的热量为：产生的热量为：单位时间内，箱壁靠自然冷却散去的热量为：单位时间内，箱壁靠自然冷却散去的热量为：在热平衡条件下可得：在热平衡条件下可得：可用于可用于系统热平衡验算系统热平衡验算，一般一般t180 可用于可用于结构设计结构设计w箱体表面的散热系数，可取箱体表面的散热系数，可取 d (1218)W/(m2)；A 箱体的可散热面积箱体的可散热面积(m2),指箱体外表能被空气冷却指箱体外表能被空气冷却, ,而内壁又能被油飞溅到的而内壁又能被油飞溅到的外壁面积外壁面积；t1润滑油的工作温度润滑油的工作温度()；t0环境温度环境温度(通常取通常取20)。 第76页/共81页第七十七页，共81页。3 3）若蜗杆上置，则飞溅冷却）若蜗杆上置，则飞溅冷却(lngqu)(lngqu)作用较差，故表面传热系数作用较差，故表面传热系数ww应乘以应乘以.8.8；2 2）散热肋布置良好的固定式蜗杆减速器，则散热面积）散热肋布置良好的固定式蜗杆减速器，则散热面积(min j)(min j)按下式估算：按下式估算：9 910-5a1.88 m210-5a1.88 m2式中：式中：a a为传动中心距，为传动中心距，mmmm第77页/共81页第七十八页，共81页。蜗杆传动的散热措施蜗杆传动的散热措施(cush)当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用(ciyng)以下措施：以下措施：1. 加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。 第78页/共81页第七十九页，共81页。2. 加冷却加冷却(lngqu)管路或散热器冷却管路或散热器冷却(lngqu)。传动传动(chundng)箱内装循环冷却管路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 第79页/共81页第八十页，共81页。第80页/共81页第八十一页，共81页。