第14章 蜗杆传动

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1、第14章蜗杆传动本章要点l了解蜗杆传动的类型和特点l掌握蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算l掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构l掌握蜗杆传动的强度计算l掌握蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算图14-1蜗杆传动在运动转换中，常需要进行空间交错轴之间的运动转换，在要求大传动比的同时，又希望传动机构的结构紧凑，采用蜗杆传动机构则可以满足上述要求。蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图14-1所示。通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。14.1蜗杆传动的类型和特点14.1.1蜗杆传动的类型如图14-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗

2、杆传动（图a），环面蜗杆传动（图b）,和锥面蜗杆传动(图c)。a)b)c)图14-2蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA型）、渐开蜗杆（ZI型）和法面直齿廓蜗杆（ZH型）等几种。如图14-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。２３３图14-3阿基米德蜗杆图14-4渐开线蜗杆如图14-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平

3、面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。14.1.2蜗杆传动的特点(1)传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40(<80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。(2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。　　　　(3)有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。手

4、动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。(4)传动效率低。蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。一般η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅0.4。(5)蜗轮造价较高。为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。由上述特点可知：蜗杆传动适用于传动比大，传递功率不大，两轴空间交错的场合。14.2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算图14-5所示阿基米德蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为主平面（中间平面）。在主平面上蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。为了加工方便，规定主平面的几何参数为标准值。14.2.1蜗杆传动的基本

5、参数1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比蜗杆头数z1,即为蜗杆螺旋线的数目。蜗杆的头数一般取z1=1～6。当传动比大于40或要求自锁时取z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证。２３３图14-5阿基米德蜗杆传动的几何尺寸蜗轮的齿数一般取z2＝27～80。z2过少将产生根切；z2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。蜗杆传动的传动比等于蜗杆与蜗轮转速之比。当蜗杆回转一周时，蜗轮被蜗杆推动转过z1个齿（或z1/z2周），因此传动比为：　　　　　　　　　　（14-1）式中：n1、n2分别为蜗杆和蜗轮的转速（r/

6、min）。在蜗杆传动设计中，传动比的公称值按下列数值选取：5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80为基本传动比应优先选用。z1、z2可根据传动比按表14-1选取。表14-1z1和z2的推荐值i7～89～1314～2425～2728～40>40z143～42～32～31～21z228～3227～5228～7250～8128～80>402.模数m和压力角由于蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，而主平面是蜗杆的轴向平面又是蜗轮的端面（见图14-5），与齿轮传动相同，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模

7、数ma1应等于蜗轮的端面模数mt2；蜗杆的轴向压力角应等于蜗轮的端面压力角；蜗杆分度圆导程角应等于蜗轮分度圆螺旋角，且两者螺旋方向相同。即：２３３3.蜗杆的分度圆直径d1和导程角图14-6分度圆柱展开图如图14-6所示，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端平面的夹角称为蜗杆的导程角。可得：(14-2)式中：pa1为蜗杆轴向齿距(mm)；d1为蜗杆分度圆直径（mm）。蜗杆的螺旋线与螺纹相似也分左旋和右旋，一般多为右旋。对动力传动为提高效率应采用较大的值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传动，应采用<的蜗杆传动，此时蜗杆的头数为1