机械设计基础第7章

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1、第7章蜗杆传动蜗杆传动主要是由蜗杆和蜗轮组成的。蜗杆类似于螺杆，蜗轮类似于一个具有凹形轮缘的斜齿轮，通常蜗杆与蜗轮的轴线在空间交错成90°、属于空间机构，如图7.1所示。一般情况下，传动中蜗杆为主动件，蜗轮是从动件。蜗杆传动广泛用于各种机器和仪表中的减速装置。7.1蜗杆传动的特点和类型7.1.1蜗杆传动的特点、应用蜗杆传动与齿轮传动相比，具有以下特点。（1）传动比大。在动力传动中，单级蜗杆传动比i=5～80；在传递运动时，如机床的分度机构，传动比i可达1000。由于传动比大，因而结构很紧凑。（2）传动平稳。由于蜗杆传动属于啮合

2、传动，蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮逐渐进入和退出啮合，且同时啮合的齿数对较多，故传动平稳、噪声低。（3）可制成具有自锁性的蜗杆。所谓“自锁性”，即蜗杆为主动件时能驱动蜗轮，反过来蜗轮不能驱动蜗杆。自锁性的蜗杆常用于需要反向自锁的起重设备，以保证安全生产。（4）传动效率低。蜗杆传动的摩擦损失大，所以其传动效率较低，一般为0.7～0.9；对具有自锁性的蜗杆传动，效率低于0.5。（5）制造成本较高。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常用贵重的铜合金制造，蜗杆则多采取淬硬后磨削工艺，因此制造成本较高。（6）不能实现互换。由于蜗轮是用与其匹配的蜗杆

3、滚刀加工的，因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换的。蜗杆传动适用于传动比大、传递功率不大且不作长期连续运转的场合。7.1.2蜗杆传动的类型按蜗杆分度曲面形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动（如图7.2（a）所示）和环面蜗杆传动（如图7.2（b）所示）。圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。按普通圆柱蜗杆螺旋面的形状可分为阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆。7.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸如图7.3所示，蜗杆轴线和连心线（蜗杆轴线与蜗轮轴线的公垂线）构成的平面，称为中间平面。蜗杆传动在中间平面上，就相当

4、于齿条与齿轮的啮合传动。因此，在设计蜗杆传动时，规定中间平面上的参数（如模数、压力角等）和尺寸（如齿顶圆、分度圆等）为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。图7.3普通圆柱蜗杆传动7.2.1蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆分度圆直径d1、蜗杆头数z1、蜗杆分度圆导程角γ等。进行蜗杆传动的设计时，首先就要正确地选择这些主要参数。7.2.2蜗杆传动的几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸及其计算公式如图7.4所示图7.4阿基米德蜗杆传动的几何尺寸7.2.3蜗杆和蜗轮的结构1.蜗杆的结构蜗杆一般与轴做成一体

5、，称为蜗杆轴，如图7.5所示。按蜗杆螺旋部分加工方法的不同，蜗杆可分为车制蜗杆和铣制蜗杆。图7.5.（a）所示为车制蜗杆，车削螺旋部分要有退刀槽，因而削弱了蜗杆轴的刚度。图7.5（b）所示为铣制蜗杆，在轴上直接铣出螺旋部分，无退刀槽，因而蜗杆轴的刚度好。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将蜗杆与轴分开制作。2.蜗轮的结构蜗轮可制成整体式或装配式，对于尺寸较大的蜗轮，为了节省价格较贵的有色金属，大多数蜗轮做成装配式，常见的蜗轮结构形式有以下几种。1）齿圈压配式2）螺栓连接式3）整体浇铸式4）拼铸式7.3蜗杆传动的设计7.3.1齿面

6、间的滑动速度如图7.6所示，蜗杆和蜗轮啮合时，齿面间有较大的相对滑动。相对滑动速度的大小及方向取决于蜗杆与蜗轮的圆周速度v1及v2，其大小为7.3.2蜗杆传动的失效形式在蜗杆传动中，由于蜗杆为连续的螺旋齿，且所选材料的强度比蜗轮高得多，因此失效总是发生在强度较低的蜗轮上。蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似，有胶合、磨损、点蚀几种情况，有时也出现蜗轮轮齿齿根折断的情况。由于蜗杆传动轮齿齿间滑动的速度较大，摩擦发热量大，使润滑油的粘度降低，所以更容易出现的失效形式是胶合和磨损。闭式蜗杆传动多因齿面胶合或点蚀而失效；开式蜗杆传动多因

7、齿面磨损和轮齿折断而失效。7.3.3蜗杆传动的设计准则由于目前对胶合和磨损的计算尚无成熟的方法，故仍按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行条件性计算，只在许用应力数值中适当考虑胶合和磨损的影响。对于闭式蜗杆传动,应按齿面接触疲劳强度进行设计，按齿根弯曲疲劳强度校核并进行热平衡验算。对于开式蜗杆传动于只按齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗杆通常为细长轴，过大的弯曲变形将导致啮合区接触不良，因此，当蜗杆轴支承跨距较大时，还应进行蜗杆轴的刚度计算。7.3.4蜗杆传动的材料1.蜗杆的材料蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造。高速重载且载荷变化较

8、大的条件下常用20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，58～63HRC；高速重载且载荷稳定的条件下常用45、40Cr等，经表面淬火，45～55HRC；对于不重要的传动及低速中载的蜗杆，可采用45钢调质，220～250HBS。2.蜗轮的材料蜗轮的常用材料为青铜和铸铁。锡青铜，