蜗轮蜗杆设计汇总

蜗轮蜗杆设计

摘要

蜗杆传动从属齿轮传动，在现代工业中应用非常广泛。蜗轮蜗杆包含两个部分：蜗杆和蜗轮，其齿形大多数由直线、平面或者平面上的曲线经过一次或两次展成运动形成。由于蜗轮蜗杆结构性特点，它用于传递空间两相错轴间的运动和动力。蜗杆传动机构多数情况下蜗杆为主动件，蜗轮为被动件。蜗杆传动具有传动比大、体积小、运转平稳、噪音小等特点。在机床制造业中，普通圆柱蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速传动工作台和连续分度机构的唯一传动形式；冶金工业轧机压下机构都采用大型蜗杆传动;煤矿设备中的各种类型的绞车及采煤机组牵引传动;起重运输业中各种提升

设备及无轨电车等都采用蜗杆传动。其他，在精密仪器设备、军工、宇宙观测仪器中，蜗杆传动常用作分度机构、操纵机构、计算机构、测距机构等等，大型天文望远镜、雷达等也离不开蜗杆传动。

关键词：蜗轮蜗杆

目录

第一章蜗杆传动的类型和特点 (88)

1.1 蜗杆传动的类型 (88)

1.2 蜗杆传动的特点 (89)

第二章蜗轮传动的基本参数和几何尺寸计算 (90)

2.1 蜗杆传动的基本参数 (90)

2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 (93)

第三章蜗轮传动的失效形式、设计准则、材料和结构 (94)

3.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则 (94)

3.2 蜗杆、蜗轮的材料和结构 (95)

第四章蜗轮传动的强度计算 (97)

4.1蜗杆传动的受力分析 (97)

4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 (98)

4.3 蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算 (99)

第五章蜗轮传动的效率、润滑和热平衡计算 (100)

5.1蜗杆传动的效率 (100)

5.2 蜗杆传动的润滑 (100)

5.3 蜗杆传动的热平衡计算 (102)

结论 (104)

致谢 (105)

参考文献 (106)

第一章 蜗杆传动的类型和特点

蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图1-1所示。通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。

1.1 蜗杆传动的类型

如图1-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a ），环面蜗杆传动（图b ）,和锥面蜗杆传动(图c)。

圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。

普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA 型）、渐开蜗杆（ZI 型）和法面直齿廓蜗杆（ZH 型）等几种。

如图1-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。

如图1-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。

蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。

a) b) c)

图1-2蜗杆传动的类型

图1-1蜗杆传动

1.2 蜗杆传动的特点

(1)传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40(<80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。

(2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。

(3) 有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。手动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。

(4)传动效率低。蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。一般η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅0.4。

(5)蜗轮造价较高。为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。

由上述特点可知：蜗杆传动适用于传动比大，传递功率不大，两轴空间交错的场合。

图1-3 阿基米德蜗杆

图1-4渐开线蜗杆

第二章蜗轮传动的基本参数和几何尺寸计算图2-1所示阿基米德蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为主平面（中间平面）。在主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。为了加工方便，规定主平面的几何参数为标准值。

2.1 蜗杆传动的基本参数

1.蜗杆头数z

1、蜗轮齿数z

2

和传动比i

蜗杆头数z

1,即为蜗杆螺旋线的数目。蜗杆的头数一般取z

1

=1～6。当传动比大于40

或要求自锁时取z

1

=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证。

蜗轮的齿数一般取z

2＝27～80。z

2

过少将产生根切；z

2

过大，蜗轮直径增大，与之

相应的蜗杆长度增加，刚度减小。

蜗杆传动的传动比i等于蜗杆与蜗轮转速之比。当蜗杆回转一周时，蜗轮被蜗杆推

动转过z

1个齿（或z

1

/z

2

周），因此传动比为：

1

2

2

1

z

z

n

n

i=

=

式中：n1、n2分别为蜗杆和蜗轮的转速（r/min）。

在蜗杆传动设计中，传动比的公称值按下列数值选取：5、7.5、10、12.5、15、20、

25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80为基本传动比应优先选用。z

1、z

2

可根据传动比i按表2-2选取。

图2-1 阿基米德蜗杆传动的几何尺寸