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第十一章 蜗杆传动,11-1,蜗杆传动概述,11-2,蜗杆传动的类型,11-3,普通蜗杆传动的参数与尺寸,11-4,普通蜗杆传动的承载能力计算,11-5,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,11-6,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,蜗杆传动概述,蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。,蜗杆传动概述,蜗杆传动的主要特点有：,1传动比大，一般为,i,=580，大的可达300以上；,2重合度大，传动平稳，噪声低；,3摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；,4传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。,由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力传输中的应用受到限制。,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。,（,虚拟现实中的蜗杆传动,）,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，,加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。,阿基米德蜗杆渐开线蜗杆,法向直廓蜗杆锥面包络圆柱蜗杆,蜗杆传动的类型,蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形,的车刀切制而成的。,其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；,同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大,(10360),；承载能力和效率较高；可节约有色金属。,普通蜗杆传动的参数与尺寸1,普通蜗杆传动的参数与尺寸,一、模数,m,和压力角,a,蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、,压力角相等，即,m,a1,=,m,t2,=,m,a,a1,=,a,t2,二、蜗杆的分度圆直径,d,1,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标准蜗杆分度圆,直径,d,1,。直径,d,1,与模数,m,的比值(,q,=,d,1,m,)称为蜗杆的直径系数。,三、蜗杆的头数,z,1,较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效,率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通,常蜗杆头数取为1、2、4、6。,(,蜗杆头数与传动效率关系,),详细内容,普通蜗杆传动的参数与尺寸2,普通蜗杆传动的参数与尺寸,四、导程角,g,在,m,和,d,1,为标准值时，,z,1,g,五、传动比,i,六、蜗轮齿数,z,2,蜗轮齿数主要取决于传动比，即,z,2,=,i,z,1,。,z,2,不宜太小（如,z,2,26)，否则将使传动平稳性变差。,z,2,也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。,（,Z,1,与,Z,2,的,荐用值表,）,七、中心距,正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向,相同，且,g,1,b,2,普通蜗杆传动的承载能力计算1,普通蜗杆传动的承载能力计算,一、蜗杆传动的失效形式,蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。,蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式。,二、蜗杆传动的常用材料,三、蜗杆传动的设计准则,蜗杆的刚度计算 防止蜗杆刚度不足引起的失效。,蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算,蜗轮的齿面接触疲劳强度计算,防止齿面过度磨损引起的失效。,传动系统的热平衡计算 防止过热引起的失效。,为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。,高速重载的蜗杆常用15,Cr、20Cr,渗碳淬火，或45钢、40,Cr,淬火。,低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。,蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。,普通蜗杆传动的承载能力计算2,普通蜗杆传动的承载能力计算,四、蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷,F,n,的情况下，可分解出径向载荷,F,r,、周向载荷,F,t,、轴向载荷,F,a,。,蜗杆传动受力方向判断,五、蜗杆传动强度计算,在不计摩擦力时，有以下关系：,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡1,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,一、蜗杆传动的效率,h,1,计及啮合摩擦损耗的效率；,h,2,计及轴承摩擦损耗的效率；,h,3,计及溅油损耗的效率；,h,1,是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：,所以,Z,1,效率与蜗杆头数的大致关系为：,蜗杆头数,总 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95,式中：g,蜗杆的导程角；,v,当量摩擦角。,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,二、蜗杆传动的润滑,润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。,润滑油,润滑油粘度及给油方式,润滑油量,润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。,润滑油,一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润,滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控,制一定的油压。,详细介绍,润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。,对于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1/3。,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡3,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,三、蜗杆传动的热平衡,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。,系统因摩擦功耗产生的热量为：,自然冷却从箱壁散去的热量为：,在热平衡条件下可得：,可用于系统热平衡验算，一般,t,o,7080,可用于结构设计,a,d,箱体表面的散热系数，可取,a,d,(8.1517.45)W/(m,2,)；,S,箱体的可散热面积(m,2,)；,t,0,润滑油的工作温度()；,t,a,环境温度()。,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,四、蜗杆传动的散热措施,当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：,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。,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡5,普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,2. 加冷却管路或散热器冷却。,传动箱内装循环冷却管路,传动箱外装循环冷却器,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计1,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,一、蜗杆的结构,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，可以将轴与蜗杆分开制作。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,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。,虚拟现实中的蜗杆,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计2,圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计,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：,整体式蜗轮,配合式蜗轮,拼铸式蜗轮,螺栓联接式蜗轮,
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