第五章蜗杆传动

3、外冷却压力喷油润滑 4、油池内安装蛇形冷却水管
§9 润滑
一、油粘度与润滑方法 运动粘度: υ40℃↑——抗胶合↑ 润滑方法：
v s 5m / s ：蜗杆下置浸油润滑
5 v s 10m / s ：蜗杆上置浸油（搅油阻力大）
v s 10m / s ：压力喷油润滑,油嘴对着蜗杆啮入端
环面蜗杆：接触齿对数↑，承载↑（1.5~4）倍， η高，但制造安装要求高。 锥蜗杆：啮合齿数多，ε↑，平稳↑，承载↑。 2、按蜗杆头数分 单头蜗杆：i↑，自锁性↑，η↓
多头蜗杆：相反 3、按旋向分 左旋
右旋
一般采用右旋
三、精度等级
动力传动：6~9级
12个等级：
测量分度：5级或以上
§2 失效形式、材料选择和结构 一、失效形式 与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断 ∵vs↑→η↓、发热↑ →主要为：胶合、磨损、点蚀 蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上。
§4 几何计算（略） §5 受力分析与效率计算 一、作用力 忽略Ff ，Fn
F 圆周力：
t2

2T 2 Fa1 d2
轴向力： F
a2

2T1 Ft 1 d1
F 径向力：r 2 Ft 2 tan Fr1
T2 T1 u 1(蜗杆主动)
1 ——啮合效率
Ft 2 2T 2 Fn cos cos n d 2 cos cos n
1 6
即 L h 1500h
7）求d1、z1、z2、m。 三、弯曲强度计算
弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关。
§8 温度计算（热平衡计算） 由于η↓——发热大 易胶合 热平衡计算
即：发热率H1 = 散热率H2
摩擦功耗：Pf P1 (1 )KW 1000P1 (1 ) ∴ H 1 1000P (1 ) ( J / s) 冷却散去的热量：
[ H ] Z n Z h
H lim
S H min
2
校核式
Z E Z S H min 3 K T a A 2 Z n Z h H lim
设计式
参数说明： 1）T2——蜗轮转矩,N · mm 3）ZE——弹性系数 4）Zρ——接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响, 根据 a1 查得。
H 2 W A (t 1 t 0 )
则：
H1 H 2
环境温度t0=20° 箱内工作温度 散热面积 W 表面传热系数， /(m 2 c )
t1 1000 1 (1 ) P t 0 80C W A
油温比t1高15℃左右， ∴ 油温小于100℃。
※ 蜗杆上置：飞溅冷却作用差， 0.8αW 若t1太高，可采取如下措施： 1、加散热片 2、蜗杆轴端装风扇
蜗杆传动概述 失效形式与设计准则
蜗 杆 传 动
材料选择与结构形式 主要参数和几何关系 蜗杆传动受力分析
蜗杆传动的强度计算
蜗杆传动的挠度计算 蜗杆传动的润滑、温度计算
§1 概述
一、特点和应用 外形类似： 螺旋与斜齿轮的传动 从中间平面剖开：
齿轮与齿条的传动
（虚拟现实中的蜗杆传动）
• 小结
• 作业 • 7-1；7-2；7-3；7-7
二、材料 vs↑ 减摩性↑ 、强度↑ 不能都用硬材料 1、蜗轮——指齿冠部分材料：减摩材料 铸锡青铜：vs≥12~26m/s
铸铝青铜：vs≤10m/s，抗胶合能力差
铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合
HT、QT：vs≤2m/s
大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜） 2、蜗杆
材料
碳钢 合金钢
热处理
四、蜗杆分度圆直径d1（中圆直径）
px px
z1 p x z1m z1m tan d1 d1 d1
z1 d1 m tan
πd1
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。 ↓刀具数量 同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制
硬面蜗杆：首选 淬火→磨削
调质蜗杆：缺少磨削设备时 选用。
三、结构
1、蜗杆：与轴一体。车制、铣制。
2、蜗轮 整体式
组合式
齿冠：用贵重耐磨金属(青铜)
轮心：铸铁或铸钢
铸造（浇铸） 过盈
螺栓（铰制孔）
§3 圆柱蜗杆传动的基本参数
一、基本齿廓 中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。
c 0.2m 、 f 0.3m
传递动力时：i=8~100（常用15~50） 传递运动时：i=几百~上千（单头，η↓）
3）结构紧凑、重量轻、噪音小。
4）自锁性能好(用于提升机构) 。
缺点： 1）制造成本高，加工困难。 2）滑动速度vs大。
3）η低。
4）蜗轮需用贵重的减摩材料。
二、分类 1、按蜗杆形状分
圆柱蜗杆
环面蜗杆
锥蜗杆
中间平面：齿条与渐开 线齿轮啮合 ZA型:阿基米德蜗杆 端面：阿基米德螺旋线 圆柱蜗杆 ZI型:渐开线蜗杆 端面：渐开线,较精密传动 (刀具加工 位置不同) ZN型:法向直廓蜗杆
a
a） d 1 ↑—
a
Zρ↓→σH ↓
d a d d1一定时， 1↑—a↓—结构紧凑 a
a一定时，1 ↑—d1↑—↑蜗杆刚度
b） d 1 ↑— η↓ a
5）Zn——转速系数 6）Zh——寿命系数 基本公式 Z h
25000 1.6 Lh
d1为标准值
d1
m 表13.4
五、蜗杆直径系数q d1、m——为标准值
q d1
d m ∴q为导出值,不一定为整数。 1 mq mz 1
m一定时，q↑——d1↑——蜗杆刚度↑ z1一定时， q↑——γ↓——η↓，自锁性↑ ∴ 小m蜗杆→选用大q，保证强度和刚度→适于小P 大m蜗杆→选用小q，保证效率→适于大P 六、蜗杆导程角γ z 1 p x z 1m z 1m z 1 d2 tan d 1 d 1 d1 q u d1
二、蜗杆布置与润滑方式
蜗杆下置：浸入油中深度至少一个牙高，但油面不应 超过轴承最低滚动体的中心。 蜗杆上置：浸入油池的蜗轮深度为（1/6~1/3）r2 蜗杆下置式冷却效果更好。
措施：1）轮齿挖窝：挖去夹角小处，贮油，改善润滑。 2）人工油涵：油楔(大滚刀、移动滚刀)。 3）蜗轮偏位安装：蜗轮偏向啮出端。
1、应用 用于传递交错轴之间的回转运动。 一般：空间垂直 P 750KW（通常＜50KW），Vs 35 m/s （通常＜15 m/s）。 为什么？ 由于 i 大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。 2、特点
优点： 1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。 2）i大
z2 i z1
蜗杆——1、2、4、6 齿轮——z1>17
练习：
Ft2 Fa2 x
Fr1 ⊙Ft1 Fa1
n1
Fa1 x Fa2
Fr1 n1 ·Ft2 Ft1 Fr2
Fr2
n2
右旋
2
n2
已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮
3 Ⅱ
轴Ⅱ为输出，轴Ⅲ转向如图。
4
Ⅲ n4
试：确定各轮转向、旋向及受力。 1. n4→ n3 → n2 → Ft2 → Fa2 2. Fa3 → Fa2 → Ft1 →n1 蜗杆 → 右旋
d
T2 T1 u 1（蜗杆主动）
2）KA——使用系数, （同齿轮传动）
设计时：Βιβλιοθήκη d 1 d 1 a 未知，初选 a 值
Zρ初值
d 1 a
a
Z 与Z 是否接近？
讨论： d 1 ——蜗杆传动的重要参数
3.5 ~ 33
γ↑→η↑
γ↓→η↓
γ↑↑→制造困难
传递动力时:头数z1↑—γ↑—η↑ 七、z1、z2
∴ 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 蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等 z1↑↑——加工困难
z 2 uz 1
（↑传动平稳性，避免根切） 传递动力：z 2 28
方向判定： 1）蜗轮转向
n2
v2 n1
已知：n1、旋向→n2
2）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 Ft 2 Fa1 蜗杆：左、右手定则 蜗轮： a 2 Ft 1 F ∵
左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2→n2
Fa
3）旋向判定
蜗轮与蜗杆旋向相同。
1
Ⅰ
输出
蜗轮右旋
一般取 27
28后：η↑缓慢
γ大时，加工困难
2、η2搅油效率： 2 0.99
3、η3轴承效率： 3 0.99
§6 圆柱蜗杆传动的强度计算
∵蜗轮齿强度低于蜗杆齿 一、接触强度计算
H Z E Z
K A T 2 [ H ] a3
计算针对蜗轮
z 2 100 (z2↑—d2↑—蜗杆轴长↑—刚度↓)
∴
八、i、u
一般取z2=32~80
z1~z2：互质→均匀磨损
n1 d 2 i n2 d1
z2 u z1
蜗杆主动时: u z 2 i n1 z1 n2
九、中心距a
1 m m a (d1 d 2 ) (q z2 ) ( z1 z2 ) 2 2 2
二、模数m 正确啮合条件： x1 Pt 2 P 轴向 端面 ∴ m x 1 mt 2 m —标准值(与齿轮不同,表13.4) mn m mx cos ——蜗杆导程角 三、齿形角 0 刀具基准齿形的齿形角： 0 20