蜗杆传动概述

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第六章蜗杆传动§6-1蜗杆传动概述

1按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动蜗杆传动的特点：结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大但效率低；制造成本较高§6-1概述用于空间交错轴间的传动，通常Σ=90°蜗杆传动的类型：环面蜗杆传动锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动

2ZA型:阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线ZI型:渐开线蜗杆端面：渐开线,较精密传动ZN型:法向直廓蜗杆(刀具加工位置不同)圆柱蜗杆

3§6-2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数1.模数m和压力角α中间平面—包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合在中间平面内为标准值mx1=mt2=mαx1=αt2=α=20°

42、蜗杆分度圆直径d1、导程角γ及直径系数q↓刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值πd1pxpx加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和γ的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀。d1m表6-1§6-2蜗杆传动主要参数与几何尺寸计算γ

5●蜗杆直径系数qd1、m——为标准值∴q为导出值,不一定为整数。m一定时，q↑——d1↑——蜗杆刚度↑

6z1=1~43.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及传动比ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?≠d2/d1但z1少，效率低z1过多,制造困难z2=iz1=28~80常取z2=32~63传递动力时:头数z1↑—γ↑—η↑∴采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用单头蜗杆

7三.蜗杆传动的正确啮合条件1=2蜗杆传动的正确啮合条件1=2O1O1O2O2β2二、几何尺寸计算中心距a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸计算见表6-2

8材料要求：减摩性好、耐摩、抗胶合、足够的强度碳钢—45号钢调质或淬火§6-3蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗杆合金钢—20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜ZCuSn10P1—适合高速蜗轮铸铝青铜ZCuAl9Fe3—低速重载灰铸铁HT200—低速轻载减摩性好

9蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。蜗杆结构

10为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：整体式蜗轮齿圈式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮观看涡轮照片蜗轮结构

11一、受力分析与计算载荷1.受力分析圆周力：轴向力：(蜗杆主动)——啮合效率忽略Ff，Fn径向力：§6-4蜗杆传动受力分析与强度计算

12方向判定：2）蜗轮转向1）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：※运用：Fa1（左、右手定则）Ft2蜗轮转向

13已知：n1、旋向→n2

14练习：已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，Ⅲ轴为输出，轴Ⅲ转向如图，欲使Ⅱ轴上轴向力相抵消一部分。试：确定各轮转向、旋向。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa12.Fa3→Fa2→Ft1→n1蜗轮右旋n4输出ⅢⅠⅡ1234蜗杆右旋→

15二、滑动速度和失效形式设蜗杆的圆周速度为V1，蜗轮的圆周速度为V2，V1与V2呈90°，则齿廓间产生的相对滑动速度由于VS比蜗杆圆周速度还大，故引起较严重的磨损和发热。蜗杆传动受力分析与强度计算1、滑动速度VS2.计算载荷：KT2=ηiKT1K=1~1.4d1d2211v1vsv2载荷平稳、vs≤3m/s时，取小值

162、失效形式和设计准则齿面点蚀齿面胶合齿面磨损由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度设计准则：闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，开式蜗杆传动——主要是控制因磨损而引起的蜗轮轮齿的折断，按齿根弯曲疲劳强度条件设计计算或校核计算。

171）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点：因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导

18蜗轮齿面接触强度条件——设计式——说明：计算蜗轮齿面强度，且效率低，故用蜗轮转矩，T2=ηiT1m、d1相互关联，故设计时计算m2d1，m2d1求出后，查表6-1选择合适的m、d1如：m2d1≥4800，则m＝8、d1＝80

19§6-5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、效率η=η1η2η3与齿轮传动相同：啮合效率类似于螺旋副：η2η3≈0.95~0.96故：设计之初，η未知，可按z1初选：由此可知，z1↑→γ↑→η↑z1=1时，η=0.7~0.75z2=2时，η=0.75~0.82z2=4时，η=0.87~0.92自锁时，η<0.5提示：设计完成后，需验算η，若与初选值相差太远，则需重选η再设计。

20二、润滑一般情况下，采用浸油润滑vs很大时，采用喷油润滑v1小时，蜗杆下置v1>4m/s时蜗杆上置有利于润滑避免过大的搅油损失蜗杆下置蜗杆上置三、蜗杆传动的热平衡计算对象—连续工作的闭式蜗杆传动t油温时间t—热平衡时的油温目的—控制油温，防止胶合热平衡时，单位时间内：发热量=散热量

21H1=P1-P2=1000P1（1-η）W单位时间内的发热量：单位时间内的散热量：H2=KtA（t-t0）=KtA△tWKt—散热系数自然方式冷却时Kt=10~17A—箱体散热面积箱体暴露在空气中的部分近似计算：蜗杆传动中心距t0—环境温度常取t0=20℃△t—温升

22热平衡时：1000P1（1-η）=KtA△t则热平衡计算式：℃若△t＞[△t]，则采取措施提高散热能力：在箱壳外表面加铸散热片以增加散热面积A蜗杆轴端装风扇加速空气流通以增大散热系数Kt同时沿气流方向配置散热片箱体油池内放置蛇形冷却水管喷油润滑循环冷却自然通风时竖直布置

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2411.6蜗杆传动的强度计算

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