第12章 蜗杆传动

机械设计基础第12章蜗杆传动12.1蜗杆传动的特点和类型12.1.1蜗杆蜗轮的形成轴线交错，减速蜗杆为主动件，旋向相同。12.1.2蜗杆传动的特点1．传动比大4~11z60~82z1000~6002z动力传动时分度传动时12zzi2．传动平稳、噪音小逐渐进入啮合，逐渐退出啮合3．承载能力大蜗轮的分度圆柱面为弧面4．容易实现自锁5．传动效率低5.08.0~7.0能自锁时一般情况当蜗杆的导程角小于蜗杆副的当量摩擦角1.按蜗杆形状分（1）圆柱蜗杆传动（2）环面蜗杆传动（3）锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动12.1.3蜗杆蜗轮机构的分类圆柱蜗杆可分为：（a）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面上是直齿条和渐开线齿轮的啮合，加工时用车刀直接车削在无需磨削加工的情况下广泛应用，必须磨削时需采用特制截面形状的砂轮。（b）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）渐开线蜗杆的端面齿廓为渐开线，与蜗杆基圆柱相切的截面，齿廓是直线。加工时可以像圆柱齿轮一样用滚刀铣切，可用平面砂轮来磨，需要专用机床。（c）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）法向直廓蜗杆的导程角很大，加工时最好使刀具的切削平面在垂直于齿槽中点螺旋线的法平面内。磨削是用直母线的砂轮在普通螺纹磨床上进行。12.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸1．模数蜗杆——轴向模数mX蜗轮——端面模数mt2．压力角20压力角12.2.1蜗杆传动的主要参数和几何尺寸1z2z范围：1~4分度或要求自锁时，取小。否则，取大。避免根切，取最小值为26。3.蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2要求自锁z1=1，提高效率时取z11z2=iz1=28~804．导程角γ1111xzpzmtgdd5．蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数qmdq1q——蜗杆直径系数11zmdtg1dmq令则：6．蜗杆蜗轮传动的几何尺寸计算)(21)(21221zqmdda22dmz其余几何尺寸的计算参照直齿轮，只是取ha*=1，c*=0.2传动比回转方向的判断7.蜗杆蜗轮的传动比及其转动方向的判断蜗轮转动方向由右手螺旋法则确定。1212112122112ddtgdddtgdzzi试确定图a所示传动中蜗轮的转向，及图b所示传动中蜗杆和蜗轮的旋向。8.滑动速度22211cosvvvvs12.2.2蜗杆传动的正确啮合条件12122xtxtmmm12.3蜗杆传动的失效形式、材料和结构12.3.1蜗杆传动的失效形式齿面点蚀—蜗轮材料为铸锡青铜时，此种材料强度稍低齿面胶合—蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时齿面磨损—开式传动或润滑油不清洁轮齿折断—蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷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号钢调质或淬火蜗杆合金钢—20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜ZCuSn10P1—适合高速蜗轮铸铝青铜ZCuAl10Fe3—低速重载灰铸铁HT200—低速轻载减摩性好12.3.2蜗杆传动的材料12.3.3蜗杆和蜗轮的结构12.4蜗杆传动的受力分析各力关系：各力方向：Ft、Fr同斜齿轮Fa—用主动轮左右手定则判断，一般蜗杆主动。21atFF21taFF21rrFF各力大小：1121/2dTFFattgFFFtrr2212221/2dTFFtacoscos/2tnFF注意：用平面图表示Fa1Ft2Ft1Fa2n1●●Fr2Fr1n2n1各力应画在受力点上1212.5.1效率啮合效率类似于螺旋副：)(1tgtg故：)()97.0~95.0(tgtg设计之初，η未知，可按z1初选：由此可知，z1↑→γ↑→η↑z1=1时，η=0.7~0.75z1=2时，η=0.75~0.82z1=4时，η=0.87~0.92自锁时，η0.5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。12.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算12.5.2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v14m/s时蜗杆上置有利于润滑避免过大的搅油损失12.5.3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H1=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=αtA（t-t0）=αtA△tWαt—散热系数自然方式冷却时αt=10~17A—箱体散热面积箱体暴露在空气中的部分近似计算：275.110033.0mmaA蜗杆传动中心距t0—环境温度常取t0=20℃△t—温升热平衡时：APtt)1(10001则热平衡计算式：[]60~70otC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αt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110001tPAt