第5章蜗杆传动机构

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1、第5章蜗杆传动机构本章主要介绍蜗杆传动的组成、结构、特点、类型和应用、阿基米徳蜗杆传动的主要参数和儿何尺寸。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，乂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。图1・1需要在小空间内实现上层X轴到下层Y轴的人传动比传动，所选择的就是蜗杆传动。蜗杆传动广泛应用于机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造工业中，其最人传动功率可达750kW,但通常川在50kW以F。图1-1图1-21.1蜗杆传动机构概述1.1.1蜗杆传动的组成蜗杆传动主耍由蜗杆和蜗伦组成，如图1・

2、2所示，主耍用于传递空间交错的两轴Z间的运动和动力，通常轴间交角为90。。一般情况下，蜗杆为主动件，蜗伦为从动件。1.1.2蜗杆传动特点（1）传动平稳因蜗杆的齿是一•条连续的螺旋线，传动连续，因此它的传动平稳，噪声小。（2）传动比大单级蜗杆传动在传递动力时，传动比7=5〜80,常用的为7=15〜50。分度传动时/可达1000,与齿轮传动相比则结构紧凑。（3）具冇自锁性当蜗杆的导程角小于轮齿间的当量摩擦角时，可实现自锁。即蜗杆能带动蜗轮旋转，而蜗轮不能带动蜗杆。（4）传动效率低蜗杆传动由于齿血间相对滑动速度大，齿面摩擦严重，故在制造精度和传动比相同的条件下

3、，蜗杆传动的效率比齿轮传动低，一般只冇0.7〜0.8。具冇自锁功能的蜗杆机构，效率则-•般不大于0.5。（5）制造成木高为了降低摩擦，减小磨损，提高齿而抗胶合能力，蜗伦齿圈常用贵重的铜合金制造，成本较高。1.1.3蜗杆传动的类型蜗杆传动按照蜗杆的形状不同，可分为圆柱蜗杆传动（图l-3a）.环而蜗杆传动（图l-3b）0圆柱蜗杆传动除与图相同的普通蜗杆传动，还冇闘弧齿蜗杆传动（图l-3c）o圆柱蜗杆机构乂可按螺旋面的形状，分为阿基米徳蜗杆机构和渐开线蜗杆机构等。圆柱蜗杆机构加工方便，环而蜗杆机构承载能力较高。1丄4蜗杆传动的失效形式及设计准则由于蜗杆传动中的

4、蜗杆表而硬度比蜗轮高，所以蜗杆的接触强度、弯曲强度都比蜗轮髙；而蜗轮齿的根部是圆坏面，弯Illi强度也高、很少折断。蜗杆传动的主要失效形式有胶合、疲劳点蚀和屛损。由于蜗杆传动在齿面间有较大的滑动速度，发热量大，若散热不及时，油温升高、粘度下降，汕膜破裂，更易发牛胶合。开式传动屮，蜗轮轮齿磨损严重，所以蜗杆传动屮，耍考虑润滑与散热问题。蜗杆轴细长，弯Illi变形大，会使啮合区接触不良。需耍考虑其刚度问题。蜗杆传动的设计要求：（1）计算蜗轮接触强度；（2）计算蜗杆传动热平衡，限制工作温度，（3）必要时验算蜗杆轴的刚度。1.1.5蜗杆、蜗轮的材料选择基于蜗杆传

5、动的失效特点，选择蜗杆和蜗轮材料组合时，不但要求冇足够的强度，而且要有良好的减摩、耐磨和抗胶合的能力。实践表明，较理想的蜗杆副材料是：青铜蜗轮齿圈医配淬硬磨削的钢制蜗杆。（1）蜗杆材料对高速重载的传动，蜗杆常用低碳合金钢（如20Cr、20CrMnTi）经渗碳后，表面淬火使便度达56〜62HRC,再经磨削。对中速中载传动,蜗杆常用45钢、40Cr、35SiMn等，表面经高频淬火使硬度达45〜55HRC，再磨削。对一般蜗杆可采用45、40等碳钢调质处理（硬度为210〜230HBS）o（2）蜗轮材料常用的蜗伦材料为铸造锡青铜（ZCuSnlOPl,ZCuSn6Z

6、n6Pb3）、铸造铝铁青铜（ZCuA110Fc3）及灰铸铁HT150、HT200等。锡青铜的抗胶合、减摩及耐幣性能最好，但价格较高，常用于vs>3m/s的重耍传动；铝铁青铜具有足够的强度，并耐冲击，价格便宜，但抗胶合及耐懒性能不如锡青铜，一般用于M6m/s的传动；灰铸铁用于vs<2m/s的不重要场合。1.2蜗杆传动机构的基本参数和尺寸1.2.1蜗杆机构的正确啮合条件1.中间平面我们将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面，如图1・4所示。在此平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。因此这个下面内的参数均是标准值，计算公式与圆柱齿轮相同。瓯1-41.

7、正确啮合条件根据齿轮齿条匸确啮合条件，蜗杆轴平面上的轴面模数g等于蜗轮的端(1-1)面模数"2；蜗杆轴平面上的轴而压力角等于蜗轮的端面压力角心2；蜗杆导程角卩等于蜗轮螺旋角0，且旋向相同，即mKi=m{2=m、a^a^a>y=P1.2.2基本参数1.蜗杆头数习,蜗轮齿数Z2蜗杆头数召一般取1、2、4。头数可增大，可以捉高传动效率，但加工制造难度增加。蜗轮齿数一般取辺=28-80o若辺＜28,传动的平稳性会下降，且易产生根切；若Z2过大,蜗伦的直径〃2增大，与Z相应的蜗杆长度增加、刚度降低，从而影响啮合的精度。2.传动比(1-2)3.蜗杆分度圆直径/和蜗杆

8、直径系数q加工蜗轮时，用的是与蜗杆具有相同尺寸的滚刀，因此加工不同尺寸的蜗轮，就