第七章 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,*,第七章 蜗杆传动,7-1,蜗杆传动的类型和特点,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,7-3,蜗杆传动的失效形式、材料及结构,7-4,蜗杆传动的强度计算,7-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,7-1,蜗杆传动的类型和特点,7-1-1,蜗杆传动的类型,蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，用于传递交错轴间的运动和动力，如,图,7-1,所示，通常两轴交错角为,90,蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。,根据蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为圆柱面蜗杆传动,图,7-2(a,),环面蜗杆传动,图,7-2(b),和锥蜗杆传动,图,7-2(c),圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。,根据普通圆柱蜗杆螺旋面形状的不同，可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆和锥面包络蜗杆等四种，其中阿基米德蜗杆由于加工方便，应用最为广泛。,下,-,页,返回,7-1,蜗杆传动的类型和特点,7-1-2,蜗杆传动的特点,(1),结构紧凑、传动比大,(2),传动平稳、噪声小。,(3),具有自锁性。,(4),传动效率低。,(5),制造成本高。,上,-,页,返回,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,7-2-1,基本参数,1.,模数,m,和压力角,蜗轮蜗杆啮合时，蜗杆的轴向齿距应与蜗轮端面分度圆齿距相等即在中间平面上蜗杆的轴向模数和轴向压力角应分别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，亦取标准值,(,标准模数值，见,表,7-1,),。由于两轴线相交，蜗杆分度圆上的导程角应与蜗轮分度圆上的螺旋角月大小相等且旋向相同，即蜗杆传动的正确啮合条件为,:,下,-,页,返回,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,2.,传动比,i,、蜗杆头数,z,1,和蜗轮齿数,z,2,蜗杆传动的传动比,i,为主动的蜗杆,(,蜗轮,),角速度与从动蜗轮,(,蜗杆,),角速度的比值，通常蜗杆为主动件，即,式中,n,1,和,n,2,分别为蜗杆和蜗轮的转速，,r/min,在蜗杆传动中，蜗杆每分钟转过的齿数应等于蜗轮每分钟转过的齿数，即,上,-,页,下,-,页,返回,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,故,但应注意，蜗杆传动比,L,不等于蜗轮和蜗杆分度圆直径之比。,3.,蜗杆导程角,蜗杆螺旋线有左、右旋之分，,-,般多为右旋。按照螺纹形成原理，如,图,7-6,所示，蜗杆分度圆上的导程角,为,:,上,-,页,下,-,页,返回,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,导程角的大小与传动效率有关，导程角越大传动效率越高,4.,蜗杆分度圆直径,d,1,，蜗杆直径系数,q,为保证蜗杆传动的正确啮合，切制蜗轮的滚刀直径及齿形参数与相应的蜗杆基本相同。,蜗杆分度圆直径不仅与模数有关，而且还与头数和导程角有关，加工同,-,模数的蜗轮要求准备多把蜗轮滚刀，给刀具的制造带来了困难，也不经济。为了减少滚刀规格，并使刀具标准化，国家标准规定蜗杆分度圆直径,d.,为标准值，见,表,7-1,上,-,页,下,-,页,返回,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,蜗杆分度圆直径与模数的比值称为蜗杆直径系数，用,q,表示，即,式中,:d,1,和,m,均为标准值，导出的,q,不,-,定为整数。,上,-,页,下,-,页,返回,7-2,蜗杆传动的基木参数与几何尺寸,5.,中心距,a,标准蜗杆传动中心距为,:,7-2-2,蜗杆传动的几何尺寸,标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸的计算公式见,表,7-3,上,-,页,返回,7-3,蜗杆传动的失效形式、材料及结构,7-3-1,齿面滑动速度,v,s,如,图,7-7,所示，蜗杆和蜗轮啮合时，齿面间有较大的相对滑动速度。滑动速度,v,s,的大小为,:,7-3-2,失效形式,蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似，,-,般情况下，失效总发生在强度较弱的蜗轮上。由于蜗杆传动齿面间相对滑动速度较大，摩擦产生的热量多，故闭式蜗杆传动的主要失效形式是点蚀和胶合。开式传动的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。,下,-,页,返回,7-3,蜗杆传动的失效形式、材料及结构,7-3-3,蜗轮、蜗杆常用材料,针对蜗杆传动的失效形式，要求蜗杆和蜗轮的材料不仅要具有足够的强度，更要有良好的耐磨性、减磨性和抗胶合能力。,1.,蜗杆材料,蜗杆,-,般用碳钢或合金钢制造。,2.,蜗轮材料,蜗轮常用青铜和铸铁制造。,7-3-4,蜗杆和蜗轮的结构,蜗杆通常与轴做成,-,体，称为蜗杆轴。常见的蜗杆轴结构如,图,7-8,所示，其中图,7-8(a), 7-8(b),的结构既可车制也,上,-,页,下,-,页,返回,7-3,蜗杆传动的失效形式、材料及结构,可铣制，但刚度较其他两种差，图,7-8(c),的结构由于齿根圆直径小于相邻轴段直径，只能铣削。,蜗轮常见的结构有整体式和组合式两种。铸铁蜗轮和小尺寸青铜蜗轮常采用整体式结构，如,图,7 -9,所示。较大尺寸的蜗轮，为了节省有色金属，常采用青铜齿圈和铸铁轮芯的组合结构。,图,7-10(a),所示是在铸铁轮芯上加铸青铜齿圈，然后切齿，常用于成批制造的蜗轮,;,图,7-10(b),所示是过盈配合将齿圈装在铸铁的轮芯上，为了增加联接的可靠性，常在结合缝处拧上螺钉，螺钉孔中心线要偏向铸铁,-,边，以易于钻孔,;,图,7-10(c),所示为当蜗轮直径较大时，齿圈和轮芯可采用绞制孔用螺栓联接。,上,-,页,返回,7-4,蜗杆传动的强度计算,7-4-1,蜗杆传动的受力分析,1.,轮旋转方向的判定,蜗轮旋转方向按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方向应用左、右手定则判定。如,图,7-11(a),所示，当蜗杆为右旋，顺时针方向旋转,(,沿轴线向左看,),时，则用右手，四个拇指顺着蜗杆转向握起来，大拇指沿蜗杆轴线所指的相反方向即为蜗轮上节点速度方向，因此蜗轮逆时针方向旋转。当蜗杆左旋时，则用左手按相同方法判定蜗轮转向，如图,7-11(b),所示。,2.,轮齿上的作用力,如,图,7-12,所示的蜗杆传动，以蜗杆为主动件，作用在齿,下,-,页,返回,7-4,蜗杆传动的强度计算,面上的法向力式，可以分解成三个相互垂直的分力,:,切向力,F,t,、轴向力,F,a,和径向力,F,r,。力的大小为,蜗杆切向力和蜗轮轴向力是,-,对作用力与反作用力因为蜗杆为主动件，所以其切向力的方向与蜗杆受力点的圆周速度方向相反。,上,-,页,下,-,页,返回,7-4,蜗杆传动的强度计算,蜗杆轴向力和蜗轮切向力是,-,对作用力与反作用力,蜗杆轴向力的方向可用主动轮左、右手定则来判断。从动件蜗轮切向力,F,的方向与蜗轮受力点的圆周速度方向相同，据此可以判断蜗轮的转动方向。,蜗杆和蜗轮的径向力方向从作用点指向各自的轮心。,7-4-2,蜗杆传动的强度计算,蜗轮轮齿面的接触疲劳强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹应力公式为基础，按蜗杆传动在节点处的啮合条件来计算蜗轮轮齿面的接触应力。经推导，对钢制蜗杆与青铜或铸铁蜗轮,.,蜗轮街面的解除疲劳强度验算公式为,:,上,-,页,下,-,页,返回,7-4,蜗杆传动的强度计算,上式代入,d,2,=z,2,m,整理后得蜗轮齿面接触疲劳强度的设计计算公式,:,蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力，大都超过齿面疲劳点蚀和热平衡计算素所限定的承载能力。只有在少数情况,上,-,页,下,-,页,返回,7-4,蜗杆传动的强度计算,下，在受强烈冲击或重载的蜗杆传动或蜗轮采用脆性材料时，蜗轮轮齿的弯曲变形直接影响其运动精度或轮齿折断，计算弯曲强度是必须的。需要计算时可参考有关资料。,上,-,页,返回,7-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,7-5-1,蜗杆传动的效率,闭式蜗杆传动的总效率包含三部分,:,考虑轮齿啮合齿面间摩擦损耗的效率,;,考虑轴承摩擦损耗的效率,;,考虑浸入油池中的零件搅动润滑油损耗的效率。其中主要是考虑轮齿齿面摩擦损失的效率，其大小可近似地用螺旋传动的效率公式计算。后两项功率算是不大，其效率,-,般为,0. 950. 97,。当蜗杆主动时，蜗杆传动的总效率为,下,-,页,返回,7-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,7-5-2,蜗杆传动的润滑,为了提高蜗杆传动的效率，降低齿面的工作温度，避免胶合和减少磨损，对蜗杆传动进行良好的润滑是很重要的。,闭式蜗杆传动的润滑油钻度和给油方法，,-,般可根据蜗轮蜗杆的相对滑动速度、载荷类型等参考,表,7-8,选择。开式传动则采用钻度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。对于青铜蜗轮，不允许采用抗胶合能力强的活性润滑油，以免腐蚀青铜齿面。,对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，在搅油损失不致过大的情况下，应使油池保持适当的油量，以利于蜗杆传动的散热。,-,般情况下置式蜗杆传动的浸油深度为蜗杆的,-,个齿高，上,上,-,页,下,-,页,返回,7-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,置式蜗杆传动的浸油深度约为蜗轮外径的,1/3,。,7-5-3,蜗杆传动的热平衡,由于蜗杆传动的效率低，发热量大，若不及时散热，会使润滑油温度升高、钻度降低、油膜破坏而引起润滑失效，导致齿面胶合并加剧磨损。因此对闭式传动应进行热平衡计算，将润滑油的温度控制在许可的范围内。,由于功率损耗，在单位时间内产生的热量为,经箱体在单位时间内散发到空气中去的热量为,上,-,页,下,-,页,返回,7-5,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,由此得热平衡条件式,:,如果润滑油的工作温度超过许用工作温度，可采用下列降温措施,:,增加散热面积。箱体上铸出或焊上散热片。,提高传热系数。蜗杆轴上装风扇强迫通风,(,图,7-13,(a),加冷却装置。在箱体油池内装设蛇形冷却水管,(,图,7-13(b),，或用循环压力喷油冷却,(,图,7-13(c),上,-,页,返回,图,7-1,蜗杆传动,返回,图,7-2,蜗杆传动的类型,返回,图,7-6,蜗杆导程角,返回,图,7-8,蜗杆轴的结构,返回,图,7-7,蜗杆传动的滑动速度,返回,图,7-9,整体式蜗轮,返,回,图,7-10,组合式蜗轮,返回,图,7-11,确定蜗轮的旋转方向,返回,图,7-12,蜗杆传动的受力分析,返回,图,7-13,蜗杆传动的散热方法,返回,表,7-1,蜗杆基本参数,返回,表,7 -3,标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸,返回,表,7 -3,标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸,返回,表,7-8,蜗杆传动的润滑油载度及润滑方法,返回,