第五讲：蜗杆传动

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,*,*,*,第五讲：蜗杆传动,教学内容：,1,、蜗杆传动概述,2,、蜗杆传动的主要参数和啮合条件,3,、蜗杆传动的应用特点,教学要求：掌握蜗杆传动在机械设备中的应用,教学方法：理论联系实际，通过实例深入浅出讲解，达到学以致用。,一、蜗杆传动概述,1,、蜗杆传动的组成：蜗杆传动由蜗杆和涡轮组成，通常由蜗杆（主动件）带动涡轮（从动件）转动，并传动运动和动力。蜗杆与涡轮在空间一般交错,90,。蜗杆与涡轮都是一种特殊结构的斜齿轮。,蜗杆结构：蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。,涡轮结构：涡轮常采用组合结构，连接方式有铸造连接、过盈连接和螺栓连接。,2,、蜗杆传动的分类,1,）按蜗杆头数分：有单头蜗杆和多头蜗杆。,2,）按蜗杆螺旋线方向分：有左旋蜗杆和右旋蜗杆。,3,）按蜗杆形状分：有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。,3,、蜗杆传动回转方向的判定 ：蜗轮的回转方向不仅与蜗杆的回转方向有关，且与蜗杆轮齿的螺旋方向有关。,蜗轮回转方向的判定方法：蜗杆右旋时用右手，左旋时用左手。半握拳，四指指向蜗杆回转方向，蜗轮的回转方向与大拇指指向相反。,4,、蜗杆传动的传动比：,i=n,1,/n,2,=z,2,/z,1,当蜗轮齿数不变时，蜗杆头数少则传动比大，但蜗杆的导程角小，蜗杆传动效率低。蜗杆头数多，传动效率高，但加工越困难。蜗杆传动用于分度机构时，一般采用单头蜗杆，用于动力传动时，取,2,至,3,个；当传递功率较大时，为提高传动效率，可取,4,。,5,、,蜗杆传动的特点,传动比大；传动平稳，噪声小；容易实现自锁。承载能力大；蜗轮的分度圆柱面由直线变为弧线，使蜗杆与蜗轮的啮合呈线接触，同时进入啮合的齿数较多，因此与点接触的交错轴斜齿轮传动相比，承载能力大；传动效率低。蜗杆副啮合区滑动速度很大，摩擦损失大，因此传动效率低。,二、蜗杆传动的主要参数和啮合条件,1,、蜗杆传动的中间平面：通过蜗杆轴线并与涡轮轴线垂直的平面称为中间平面。在蜗杆传动中，其几何尺寸的计算均以中间平面为准。,2,、蜗杆传动的主要参数,1,）模数,m,：蜗杆的模数是指轴向模数，蜗轮的模数是指端面模数，蜗轮的端面模数等于其配对蜗杆的轴向模数。,2,）齿形角,：,对于阿基米德蜗杆，齿形角是蜗杆的轴向齿形角（,20,）,3,）蜗杆直径系数,q,：是为蜗杆尺寸计算专门规定的一个参数。,q=d,1,/m,。,4,）分度圆柱导程角,5,）轴向齿距,p,x,：轴平面上，蜗杆相邻的两同侧齿廓间的轴向距离。,6,）蜗杆头数,z,1,和涡轮齿数,z,2,：,7,）中心距,a,蜗杆轴线与蜗轮轴线间的距离。,3,、蜗杆传动的正确啮合条件,1,）在中间平面内，蜗杆的轴向模数和蜗轮端面模数相等，即,m,x1,=m,t2,=m,。,2,）在中间平面内，蜗杆的轴向齿形角和蜗轮的端面齿形角相等，,x1,=,t2,=,。,3,）蜗杆分度圆柱面导程角和蜗轮分度圆柱面螺旋角相等，且旋向一致，即,1,=,2,。,三、蜗杆传动的应用特点,1,、蜗杆与涡轮材料的选择；,2,）蜗杆传动的润滑与散热。,第五讲：蜗杆传动,一、蜗杆传动的组成：,蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮和机架组成的传动装置，用于传递空间两交错轴间的运动和动力。一般蜗杆与蜗轮的轴线在空间互相垂直交错成,90,。通常情况下在传动中蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。,蜗杆传动类似于螺旋传动。按螺旋,(,蜗杆的螺旋齿,),的方向，蜗杆有右旋和左旋之分，一般多用右旋蜗杆，特殊情况下才用左旋。蜗杆上只有一条螺纹线的称单头蜗杆，有两条以上螺纹线的称为多头蜗杆，通常蜗杆的头数,z1=1,、,2,、,4,。,二、蜗杆传动的类型,根据蜗杆的形状可分为：,圆柱,蜗杆传动,和,环面,蜗杆传动,。,圆柱,蜗杆按螺旋面形状的不同可分为,渐开线蜗杆,和,阿基米德蜗杆,。由于阿基米德蜗杆加工方便，所以应用广泛。,三、蜗杆传动的特点,和用途,1.,传动比大。,i=10-40,最大可达,80,。,若只传递运动，传动比可达,1000,。,2.,传动平稳、噪声小。,3.,可制成具有自锁性的蜗杆。,4.,效率较低。,=0.7,0.8,。,5.,蜗轮造价较高。,蜗杆传动主要用于传动比较大,，结构要求紧凑的场合；或用于需要传动具有自锁性能的场合。,四、蜗杆传动的基本参数,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。,在,中间平面内，普通圆柱蜗杆传动相当于齿轮与齿条的啮合传动，所以设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准，并沿用圆柱齿轮传动的计算关系。,蜗杆传动几何参数,1.,蜗杆传动的基本参数,（,1,）模数和压力角 如图所示，在中间平面内，蜗杆和蜗轮的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。为加工方便，规定在中间平面内的几何参数应是标准值。所以，蜗杆的轴向模数和蜗轮的端面模数应相等，并为标准值，分别用,mx1,和,mt2,表示，即,mx1=mt2=m,。同时，蜗杆的压力角,x1,，等于蜗轮的端面压力角,t2,，并为标准值，即,x1=,t2=,=20,。,（,2,）蜗杆分度圆直径和导程角,设,z1,为蜗杆的头数，,为蜗杆的导程角,(,所谓导程角是指圆柱螺旋线的切线与端平面之间所夹的锐角,),。,px1,为蜗杆的轴向齿距，,d1,为分度圆直径，,mx1,为轴向模数，,由上式可知，当标准模数一定时，如果导程角不同，则直径不同的蜗杆，就需用不同的滚刀去切制蜗轮，经济性差。为了减少蜗轮滚刀数目，便于刀具标准化，国家标准将蜗杆分度圆直径的尺寸加以限制，相互间对应关系可查表。,z1px1,称为蜗杆的导程。所谓导程是指在圆柱蜗杆的轴平面上，同一条螺纹的两个相邻的同侧齿廓之间的轴向距离。在分度圆柱上，导程角和导程的关系为：,蜗轮轮齿和斜齿轮相似，轮齿的旋向与轴线之间的夹角称螺旋并用,表示。并规定蜗杆分度圆柱面上的导程角应等于蜗轮分度圆柱面上的螺旋角，且两者的螺旋方向必须相同。即,=,。,蜗杆展开图,3,）蜗杆头数、蜗轮齿数和传动比,一般推荐,z1=1,4,，最多为,6,。单头蜗杆容易切削，导程角小，自锁性好，效率低。蜗杆头数越多，加工越困难，分度误差越大。在传动中，蜗轮齿数不宜过多，否则将使结构不紧凑。对于动力传动，一般推荐,z2=29,70,，为了避免根切现象，取,z227,，通常蜗轮齿数按传动比来确定，,z2=iz1,。,蜗杆传动比是蜗杆转速与蜗轮转速之比，也等于蜗轮齿数与蜗杆头数之比，即：,五、 蜗杆传动的传动比和旋转方向,1,蜗杆传动的传动比,在蜗杆传动中，是用蜗杆带动蜗轮传递运动和动力的。设蜗杆的头数为,z,1,，其转速为,n,1,，蜗轮的齿数为,z,2,，转速为,n,2,。因为蜗杆每转过一周，便有,z,1,个齿经过,C,点，故每分钟将有,z,1,n,1,个齿经过,C,点。同样，蜗轮每转一周有,z,2,个齿经过,C,点，所以每分钟将有,z,2,n,2,个齿经过,C,点。在每分钟的啮合传动过程中，两者必然相等，即,z,1,n,1,=z,2,n,2,故传动比为：,一般分度机构中多用,z1=1,。当传递功率较大时，为提高效率，可取,z1=4,。作为动力传动，通常取,z1=2,、,4,。,蜗轮齿数,z2,，可根据传动比,i,和蜗杆头数,z1,决定，即,z2=i.z1,。为了避免根切，当,z1=1,时，,z2min=18,；当,z11,时，,z2min=27,。,2,蜗杆传动旋转方向的判定,(1),蜗杆、蜗轮的螺旋方向可用右手法则判定，其判定方法同斜齿轮的旋向判定。,(2),蜗轮的旋转方向，不仅与蜗杆的旋转方向有关，而且还与蜗杆的螺旋方向有关。蜗轮旋转方向的判定方法如下：当蜗杆是右旋（或左旋）时，伸出右手（或左手）半握拳，用四指顺着蜗杆的旋转方向，蜗轮的旋转方向与大拇指指向相反。,蜗杆传动示意图,蜗轮旋转方向的判定,六、 蜗杆传动的应用特点,(1),传动平稳，噪声小。由于蜗杆的齿为连续不断的螺旋形齿，在与蜗轮啮合时，是逐渐进入和退出啮合的，同时啮合的齿数又较多，因此蜗杆传动比齿轮传动平稳、噪声小。,(2),传动比大，而且准确。蜗杆的头数,1,6,，远小于蜗轮的齿数，在一般传动中，,i=10,80,，在分度机构中可达,600,1000,。这样大的传动比，如用齿轮传动则需要采用多级传动。由此可见，在较大传动比时，蜗杆传动具有结构紧凑的特点。此外，蜗杆传动和齿轮传动一样能保证传动比的准确性。,(3),承载能力较大。蜗杆与蜗轮啮合时呈线接触，同时进入啮合的齿数较多，与点接触的交错轴斜齿轮传动相比，承载能力大。,(4),能够自锁。当蜗杆的导程角小于材料的当量摩擦角时，则蜗杆传动便可以自锁。此时，只能用蜗杆带动蜗轮，而不能用蜗轮带动蜗杆。,(5),效率低。蜗杆传动中，蜗轮齿沿蜗杆齿的螺旋线方向滑动速度大，摩擦较大，所以传动效率较齿轮传动和带传动都低。一般效率为,0.7,0.9,，具有自锁性的蜗杆传动效率约为,0.4,。由于蜗杆传动效率较低，摩擦产生的热量较大，所以要求工作时要有良好的润滑和冷却。,(6),成本较高。为了减少摩擦，提高效率和使用寿命，蜗轮往往要用价格较贵的青铜等减摩材料。,七、蜗杆传动的正确啮合条件,蜗杆传动的失效形式,1.,蜗杆传动的正确啮合条件,因为中间平面为蜗杆的轴面、蜗轮的端面，所以蜗杆传动的正确啮合条件为：,m,x1,=m,t2,=m,x1,=,t2,=,=,式中：,m,x1,、,x1,分别为蜗杆的轴面模数和轴面压力角；,m,t2,、,t2,分别为蜗轮的端面模数和端面压力角；,为蜗杆的导程角；,为蜗轮的螺旋角。,2,蜗杆传动的失效形式,由于蜗轮材料的强度往往低于蜗杆材料的强度，所以失效大多发生在蜗轮轮齿上。蜗杆传动的失效形式有点蚀、胶合、磨损和折断。蜗杆传动在工作时，齿面间相对滑动速度大，摩擦和发热严重，所以主要失效形式为齿面胶合、磨损和齿面点蚀。实践表明，在闭式传动中，蜗轮的失效形式主要是胶合与点蚀；在开式传动中，失效形式主要是磨损；当过载时，会发生轮齿折断现象。,3.,蜗杆和蜗轮的材料,根据蜗杆传动的失效形式可知，蜗杆蜗轮的材料除满足强度外，更应具备良好的减摩性和耐磨性。蜗杆多采用调质钢、渗碳钢和表面淬火钢制造。常经热处理提高齿面硬度，增加耐磨性。蜗轮材料选择要考虑齿面相对滑动速度。对于高速而重要的蜗杆传动，蜗轮常用铸锡青铜；当滑动速度较低时，可选用价格较低的铝青铜；低速和不重要的传动可采用铸铁材料。,