蜗杆传动特点

表11 - 1 蜗杆、 蜗轮配对材料
表11 - 2 铸锡青铜蜗轮许用应力［σH ］
表11 - 3铸铝青铜及铸铁蜗轮许用应力［σH］
11.3.2、常用材料 由蜗杆传动的失效分析可知, 蜗杆、 蜗轮的材料 要具有优良的减摩性、 耐磨性和抗胶合性能, 并具有 足够的强度。 常用的蜗轮材料有: 铸锡青铜 ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5, 适用于滑动速度较高的 重要传动； 铸铝青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和 ZCuAl10Fe3, 其抗胶合能力虽比锡青铜差, 但强度较 高, 价格便宜, 一般用于滑动速度小于10 m/s的场合； 滑动速度小于2 m/s时 , 可用灰铸铁。 蜗杆材料主要 为碳钢和合金钢。 为了防止变形, 常对蜗轮进行时效 处理。 常用的蜗杆、 蜗轮配对材料见表11 - 1。 蜗轮 常用材料的许用接触应力见表11 - 2和表11 - 3。
设计公式：
500 m d 1 z KT2 2 H
2
2
式中, K为载荷系数, K=(1.1~1.4)， 载荷平稳、 滑 动速度vs≤3 m/s、 传动精度高时取小值； ［σH］ 为蜗轮许用接触应力, 单位为MPa, 见表11 - 2和表 11 - 3； m为模数, 单位为mm； z2为蜗轮齿数。
蜗杆传动的受力分析
11.4.2. 强度计算 1) 蜗轮齿面接触强度的计算 蜗杆传动可以近似地看作齿条与斜齿轮 的啮合传动, 因此以赫兹可推出齿面接触疲劳强度 的校核公式和设计公式。 校核公式:
KT2 KT2 H 500 500 2 2 H 2 d1d 2 m d1d 2

d2
P
n2 Fr2 Fa2 Ft2
Fa2
F a1

圆 柱 面
Ft2 Ft1
Fr2 Ft1
F a1
Fa1
Fr1
Ft1 n1
分
度
d1
P n1 (b) (c)
(a)
图 11 - 3 蜗杆传动受力分析
力的大小计算如下:
2T2 Fa1 Ft 2 d2 Ft1 Fr 2 Ft 2 t an 2T1 Ft1 Fa 2 d1
蜗杆蜗轮受力方向的判定规律与斜齿圆柱齿轮
相同。 主动蜗杆上的切向力Ft1是阻力, 其方向 与蜗杆转动方向相反, 从动蜗轮切向力Ft2与其
回转方向相同； 两径向力Fr1和Fr2分别指向
各自的轮心； 轴向力Fa1的方向根据蜗杆的螺 旋线旋向和回转方向, 应用左、 右手定则来确
定。
n
Fn
n2

Fr1 Ft1 P n1 d1
2. 蜗杆传动的热平衡计算 由于蜗杆传动相对滑动速度大, 发热量大, 若 不及时散热, 则会导致润滑不良而使轮齿磨损加剧, 甚至产生胶合, 因此, 对闭式蜗杆传动应进行热平衡 计算。 蜗杆传动转化为热能所消耗的功率Ps为 Ps=1000(1-η)P1 (11 - 1) 经箱体散发热量的相当功率Pc为 Pc=ksA(t1-t0) (11 2)
图 11 - 4 蜗杆传动的散热方法 (1) 风扇冷却; (2) 冷却水管冷却; (3) 压力喷油润滑
第11章 蜗杆传动 11.1蜗杆传动的类型和特点 11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.3蜗杆传动的失效形式及材料选择 11.4蜗杆传动的强度计算 11.5蜗杆传动的效率与热平衡计算
11.1蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动用来传递空间两交错轴 之间的运动和动力，一般两轴交角 为90°，如图11-1所示。蜗杆传动 由蜗杆与蜗轮组成。一般为蜗杆主 动、蜗轮从动，具有自锁性，作减 速运动。蜗杆传动广泛应用与各种 机械和仪器设备之中。
达到平衡时, Ps=Pc, 因此可得到热平衡时润滑油 的工作温度t1的计算公式:
1000P 1 (1 ) ts t0 t1 ks A
普通蜗杆传动的箱体散热面积A, 可用下式估算：
a A 0.33 100
1.75
式中, a为中心距, 单位为mm。
3. 散热措施 如果润滑油的工作温度超过许用值, 则可采用 下述冷却措施: (1) 增加散热面积。 合理设计箱体结构, 在箱 体上铸出或焊上散热片。 (2) 提高表面传热系数。 在蜗杆轴上装置风扇, 或在箱体池内装设蛇形冷却水管, 或用循环油冷却, 如 图11 - 4所示。
5、蜗轮的造价较高。
蜗杆传动的特点和应用
11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.2.1蜗杆传动的主要参数及其选择
规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。
1.模数和压力角 蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内 的参数和几何关系为标准。 在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当 于渐开线齿轮与齿条的啮合。
2) 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度的计算 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力, 大都超过齿面点蚀和热平衡计算所限制的承载能 力, 因此, 一般不进行弯曲强度计算。 只有在少数 情况下, 如在强烈冲击的传动中或蜗轮采用脆性材 料时, 计算其弯曲强度才有意义。 需要计算时可参 考有关书籍。
11.5蜗杆传动的效率与热平衡计算 11.5.1. 蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率包括三部分: 轮齿 啮合摩擦损失效率、 轴承摩擦损失效率及零件 搅动润滑油飞溅损失效率。 其中最主要的是啮 合摩擦损失效率, 其大小可近似用螺旋传动的 效率公式计算。 后两项功率损失不大, 其效率 一般为0.95~0.97。
n1 n2 n2 n1 n2 n1 n2
n1
(a)
(b)
图 11 - 2 蜗轮旋转方向的判定
左、右手定则。
2) 轮齿上的作用力 蜗杆传动轮齿上的作用力和斜齿轮相似。 为简化计算, 通常不考虑摩擦力的影响, 蜗杆传动 的受力情况如图11 - 3所示。 图中Fn分解为三个相 互垂直的分力: 切向力Ft、 径向力Fr、 轴向力 Fa。 由于蜗杆与蜗轮轴交角为90°, 因此根据作用力与 反作用力原理, 蜗杆切向力Ft1与蜗轮轴向力Fa2、 蜗轮切向力Ft2与蜗杆轴向力Fa1、 蜗杆径向力F r1与蜗轮径向力Fr2各为一对大小相等、 方向相反 的作用力与反作用力。
图11-1 蜗杆传动
11.1.1蜗杆传动的类型
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
11.1.2蜗杆传动 的特点 1、蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。 一般传动比 i=10-40，最大可达80。若只传递运 动（如分度运动），其传动比可达1000。 2、传动平稳、噪音小。 3、可制成具有自锁性的蜗杆。 4、蜗杆传动的主要缺点是效率较低。
11.4蜗杆传动的强度计算
11.4.1蜗杆传动的受力分析
1、蜗轮转向的确定 如图11 - 2(a)所示, 当蜗杆为右旋, 顺时针方向 旋转(沿轴线向左看)时, 用右手, 四指顺着蜗 杆转向握起来, 大拇指沿蜗杆轴线所指的相 反方向即为蜗轮上节点速度方向, 因此蜗轮 逆时针方向旋转； 当蜗杆为左旋时, 则用左 手按相同方法判定蜗轮转向, 如图11 - 2 (b)所 示。
因此, 蜗杆主动时, 蜗杆传动的总效率为
tan (0.95 ~ 0.97) tan( v )
式中, γ为蜗杆导程角； ρv为当量摩擦角, 可 根据滑 动速度vs由表11 - 3查取。
表11 - 3 蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角ρv
表11 - 4 蜗杆传动的总效率 η
1
= 1 、 2
11.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算
11.3蜗杆传动的失效形式及材料选择
11.3.1、蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似。 由于材 料和结构的原因, 蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗 轮轮齿的强度, 所以失效常发生在蜗轮轮齿上。 蜗轮传动中由于蜗杆与蜗轮齿面间的相对 滑动速度较大, 效率低, 摩擦发热大, 因此其主要失 效形式是蜗轮齿面的胶合、 点蚀和磨损。
2.蜗杆分度圆直径d1及蜗杆直径系数q
3.蜗杆分度圆螺旋导程角 Z1、q已知时，导程角即为定值。 4.蜗杆的头数Z1和蜗轮的齿数Z2 可参考表。 5.蜗杆传动传动比i i=n1/n2=Z2/Z1 6.蜗杆传动的中心距a a=(d1+d2)/2=m(q+Z2)/2
2 ） 引 入 该 参 数 是 为 了 限 制 切 制 蜗 轮 时 所 需 要 的 滚 刀 数 目 ， 提 高 生 产 的 经 济 性 。 通 常 取 z