蜗杆传动

tan γ η1 = tan(γ + ρ v )
tan(γ − ρ v ) ′ η1 = tan γ
相对滑动速度： 相对滑动速度：
v1 vs = cos γ
导程角是影响蜗杆传动 效率的主要参数之一， 效率的主要参数之一，η1随 γ 的增大而提高，当 的增大而提高， γ=45°-ρv/2 ° 提示： 提示： 最大。 时，效率 η1 最大。 一般取η2 .η3=0.95~0.96 估算总效率η 总效率η z1=1, z1=2, z1=4 z1=6
蜗轮结构： 蜗轮结构：
整体式蜗轮
配合式蜗轮
拼铸式蜗轮
螺栓联接式蜗轮
13.3 圆柱蜗杆传动的基本参数 和压力角α ● 模数 m 和压力角 中间平面 — 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面 滚刀滚制， 蜗轮加工 — 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆
在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合
在中间平面内 mx1 = mt2 = m αx1 = αt2 = α= 20° °
d1 z1 q= = m tgγ
2）q对传动性能的影响 增大， 增大，即蜗杆刚性提高。又当z 若q增大，则d1增大，即蜗杆刚性提高。又当 1 增大 一定时，若增大q， 减小而使效率降低 减小而使效率降低， 一定时，若增大 ，则γ减小而使效率降低，但自锁性 反之， 增大 则效率提高。因此， 增大， 好；反之，γ增大，则效率提高。因此，对于小模数 的蜗杆，宜选用较大的q值，以保证足够的刚度与强 的蜗杆，宜选用较大的 值 适用于小功率传动及需要自锁的场合； 度，适用于小功率传动及需要自锁的场合；对于大模 数的蜗杆，宜选用较小q值 以保证一定的效率， 数的蜗杆，宜选用较小 值，以保证一定的效率，适 用于较大功率的传动。 用于较大功率的传动。
13.5 蜗杆传动受力分析和效率计算 13.5.1 蜗杆传动中的作用力 2T 2 大小： 大小： Ft 2 = = Fa1 d2
Fa 1 ≈ Ft 2 tan γ = Ft 1
Fr 2 = Fn sin α n ≈ Ft 2 tan γ = Fr 1
方向： 与斜齿类似。 方向： 与斜触疲劳强度计算 以赫兹公式为原始公式，按节点处啮合条件来计算。 以赫兹公式为原始公式，按节点处啮合条件来计算。 校核公式 σ H = Z E Z ρ
K AT2 ≤ [σ H ] 3 a
[σ H ] = Z n Z h σ H lim
S H lim
设计公式
Z E Z ρ S H lim 2 ) a = 3 K AT2 ( ⋅ Z n Z h σ H lim
环面蜗杆传 动 蜗杆传动 锥蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 阿基米德蜗杆传动 法向直廓蜗杆传动
垂直于轴线的剖面， 垂直于轴线的剖面， 为阿基米德螺旋线 通过轴线的剖面， 通过轴线的剖面，为直线
渐开线圆柱蜗杆传动
垂直于轴线的剖面， 垂直于轴线的剖面， 为渐开线 通过轴线的剖面， 通过轴线的剖面， 为凸廓曲线
13.2.3 蜗杆蜗轮的结构 蜗杆制成蜗杆轴: 蜗杆制成蜗杆轴:
4.蜗杆传动变位的特点
为了保持刀具的尺寸不变，只对蜗轮进行变位。 为了保持刀具的尺寸不变，只对蜗轮进行变位。 变位的目的： 变位的目的： （1）凑中心距 （2）凑传动比 ） ）
5.蜗杆传动的失效形式、材料选用及强度计算特点 蜗杆传动的失效形式、 （1）由于采用材料和传动结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强 ）由于采用材料和传动结构上的原因， 度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。 度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。 又因啮合处的相对滑动速度大，所以其主要失效为表面失效， 又因啮合处的相对滑动速度大，所以其主要失效为表面失效， 除点蚀外易产生胶合与磨损。因此， 除点蚀外易产生胶合与磨损。因此，对于蜗杆传动中材料的组 首先要求具有良好的减磨性和抗胶合能力， 合，首先要求具有良好的减磨性和抗胶合能力，同时应具有一 定的强度。通常蜗杆采用碳钢或合金钢； 定的强度。通常蜗杆采用碳钢或合金钢；蜗轮材料则视其传动 中相对滑动速度的高低而定。 中相对滑动速度的高低而定。 （2）只需进行蜗轮轮齿的强度计算，对蜗杆必要时应进行刚 ）只需进行蜗轮轮齿的强度计算， 度校核。 度校核。 一般情况下，蜗轮轮齿很少发生弯曲疲劳折断， 一般情况下，蜗轮轮齿很少发生弯曲疲劳折断，只有当 z2>80~100或开式传动时，才对蜗轮进行弯曲疲劳强度计算。 或开式传动时， 或开式传动时 才对蜗轮进行弯曲疲劳强度计算。 因此，对闭式蜗杆传动，仅按蜗轮齿面接触强度进行设计， 因此，对闭式蜗杆传动，仅按蜗轮齿面接触强度进行设计， 而无需校核蜗轮轮齿的弯曲强度。 而无需校核蜗轮轮齿的弯曲强度。
2.蜗杆传动的正确啮合条件 蜗杆传动的正确啮合条件
m x1 = mt 2 = m
α x1 = α t 2 = α
γ 1 = β2
3.蜗杆的直径系数 1）物理意义
d1 = z1 m tgγ
切制蜗轮时用的是蜗轮滚刀， 切制蜗轮时用的是蜗轮滚刀，其齿形参数和直 径尺寸等要求与该蜗轮配对啮合的蜗杆完全一致。 径尺寸等要求与该蜗轮配对啮合的蜗杆完全一致。 在同一模数时，由于齿数及导程角的变化， 在同一模数时，由于齿数及导程角的变化，将有很 多直径不同的蜗杆可供选择， 多直径不同的蜗杆可供选择，这就要配备很多加工 蜗轮的滚刀。为了减少加工蜗轮滚刀的数目， 蜗轮的滚刀。为了减少加工蜗轮滚刀的数目，便于 刀具的标准化， 定为标准值，即对应每一个m 刀具的标准化，将d1定为标准值，即对应每一个 规定一定数量的d 的比值称为直径系数q。 规定一定数量的 1。d1与m的比值称为直径系数 。 的比值称为直径系数
d1 — d1= mnz1/cosβ
13.3.10 变位系数 配凑中心距 心距改变。 心距改变。 变位前后，蜗轮的齿数不变， 变位前后，蜗轮的齿数不变，而传动中
a′ 1 a′ − a x = − (q + z 2 ) = m 2 x
1 ′ = a + xm = (d 1 + mz 2 + 2 xm ) a 2
变位前后，蜗杆传动中心距不变， 改变传动比 变位前后，蜗杆传动中心距不变， 而蜗轮齿数发生变化。 而蜗轮齿数发生变化。
1 1 ′ = (d 1′ + d 2 ) = [ m (q + 2 x ) + z ′ ] ′ a 2 2 2
a 1 1 ′ ′ x = − (q + z2 ) = − ( z2 − z2 ) m 2 2
设计完成后，需验算η ， 设计完成后， 若与初选值相差太远， 若与初选值相差太远， 再设计。 则需重选η再设计。
η=0.7
η=0.8
η=0.9 η=0.95
13.6 圆柱蜗杆传动的强度计算 闭式动力传动：按接触疲劳强度设计计算， 闭式动力传动：按接触疲劳强度设计计算，确定传动 尺寸，再作弯曲疲劳校核计算，并进行热平衡计算。 尺寸，再作弯曲疲劳校核计算，并进行热平衡计算。 开式传动：按弯曲疲劳强度进行设计计算， 开式传动：按弯曲疲劳强度进行设计计算，确定传动 尺寸。 尺寸。 13.6.1 初选 1/a] 值 初选[d
过滤器
油泵
13.9 蜗杆传动的润滑 13.9.1 润滑油粘度和润滑方法 常采用粘度较大的润滑油。 常采用粘度较大的润滑油。
一般情况下，采用浸油润滑 一般情况下， vs 很大时，采用喷油润滑 很大时，
13.9.2 蜗杆布置和润滑方式 v1 小时，蜗杆下置 小时， 有利于润滑 v1 >10 m/s时蜗杆上置 时蜗杆上置 避免过大的搅油损失
蜗杆传动变位的特点 蜗杆传动变位跟齿条齿轮传动变位类似， 蜗杆传动变位跟齿条齿轮传动变位类似，蜗轮 变位，蜗杆不变。变位后， 变位，蜗杆不变。变位后，蜗轮的分度圆与节圆仍 然重合，只是蜗杆的节线不再与分度线重合。 然重合，只是蜗杆的节线不再与分度线重合。 蜗杆传动变位的目的 为了配凑中心距或提高蜗杆传动的承载能力及传动 效率。 效率。
蜗杆导程角γ与蜗轮螺旋角 与蜗轮螺旋角β之关系 ● 蜗杆导程角 与蜗轮螺旋角 之关系 Σ=90° 时： γ =β ° 且旋向相同
γ β
及分度圆直径d ● 蜗杆直径系数 q 及分度圆直径 1
d1 — 标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化 限制蜗轮滚刀数量， 蜗杆直径系数： 蜗杆直径系数：q = d1 / m q与导程角 之关系： 与导程角γ之关系 与导程角 之关系：
2.在蜗杆轴上装置风扇，进行人工通风，以提高 在蜗杆轴上装置风扇，进行人工通风， 在蜗杆轴上装置风扇 散热系数； 散热系数；
空气流
空气流
3.在箱体油池中装设蛇行冷却水管； 在箱体油池中装设蛇行冷却水管； 在箱体油池中装设蛇行冷却水管
通水
4. 采用压力喷油循环润滑。 采用压力喷油循环润滑。
冷却器
中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2 其他尺寸计算见表13.5 其他尺寸计算见表
普通圆柱蜗杆传动与斜齿圆柱齿轮传动的区别： 普通圆柱蜗杆传动与斜齿圆柱齿轮传动的区别：
齿轮传动 传动比 i — i = d2 / d1 m、α — 、 β— 法面为标准值 β1= - β2 蜗杆传动 i ≠ d2 / d1 中间平面为标准值 γ =β, 旋向相同 d1=mq,且为标准值 且为标准值
13.8.2 冷却方法和计算 热平衡条件： 热平衡条件： 单位时间内发热量H 同时间内的散热量 同时间内的散热量H 单位时间内发热量 1=同时间内的散热量 2
H 1 = 1000 P (1 − η )
H 2= α w A(t1 − t0 )
1000 ( 1 − η ) P1 t1 = + t0 αW A
3. 在箱体油池中装设蛇行冷却水泵； 在箱体油池中装设蛇行冷却水泵； 4.采用压力喷油循环润滑。 采用压力喷油循环润滑。 采用压力喷油循环润滑
提高散热能力的措施： 提高散热能力的措施： 1.合理设计箱体结构，以增大散热面积； 合理设计箱体结构， 合理设计箱体结构 以增大散热面积；