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1、第四章 蜗杆传动设计,按蜗杆形状分,圆柱蜗杆传动,蜗杆传动的特点：,结构紧凑;工作平稳、噪声小;传动比大,但效率低；制造成本较高,4-1 概述,用于空间交错轴间的传动，通常=90,蜗杆传动的类型：,环面蜗杆传动,锥面蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,圆弧圆柱蜗杆传动,普通圆柱蜗杆传动,阿基米德蜗杆传动,渐开线蜗杆传动,法向直齿廓蜗杆传动,4-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算,一、主要参数,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,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,正确啮合条件：在中间平面内,mx1=mt2=m,x1=t
2、2=20,蜗杆轴面模数,蜗轮端面模数,标准模数,蜗杆轴面压力角,蜗轮端面压力角,蜗杆导程角与蜗轮螺旋角之关系,=90 时：=,且旋向相同,蜗杆直径系数 q 及分度圆直径d1,d1 标准系列值,限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化,蜗杆直径系数：q=d1/m,d1=m q,q与导程角之关系：,齿面间相对滑动速度 vs,由此可见，vs v1、v2,所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。,z1=1 4,蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2 及传动比 i,i=n1/n2=z2/z1,=d2/d1?,d2/d1,但 z1 少，效率低,重载时取 z1 1 要求自锁 z1=1,z1 过多,制造困难,z2=i z1=28 8
3、0,常取 z2=32 63,二、几何尺寸计算,中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2,其他尺寸计算见表6-2,普通圆柱蜗杆传动与齿轮传动的区别：,传动比 i,齿轮传动,蜗杆传动,i=d2/d1,i d2/d1,m、,法面为标准值,中间平面为标准值,1=-2,=,旋向相同,d1,d1=mnz1/cos,d1=mq,且为标准值,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,4-3 蜗杆、蜗轮的材料及结构,蜗 杆,合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr,铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速,蜗 轮,铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载,灰铸铁 H
4、T200 低速轻载,减摩性好,蜗杆结构,蜗轮结构,4-4 蜗杆传动的强度计算,一、失效形式和设计准则,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,设计准则：,闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，,z2 80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度,各力关系：,各力方向：,二、受力分析,Ft、Fr 同斜齿轮,Fa用主动轮左右手定则判断，一般蜗杆主动。,各力大小：,1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原
5、因）,2）中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似斜齿轮,计算载荷：,则 T2=i T1,K T2=i K T1,K=11.4,载荷平稳、vs3m/s时，取小值,三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算,特点：,因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，,其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导,蜗轮齿面接触强度条件,设计式,说明：,m2d1求出后，查表6-1选择合适的 m、d1,如：m2d14800，则 m8、d1 80,四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算,按斜齿轮的方法计算,但蜗轮齿形、载荷分布复杂，只能得出近似解,弯曲强度条件,设计式,YFa 蜗轮齿形系数,按当量齿数 zv=z2/cos3查表6-3,由于齿形的原
6、因，通常蜗轮轮齿的弯曲强度比接触强度大得多，所以只是在受强烈冲击、z2特多或开式传动中计算弯曲强度才有意义。,五、蜗轮材料的许用应力,许用应力与蜗轮材料有关，见表6-4,蜗轮材料为铸锡青铜时：,主要失效形式是疲劳点蚀，HP与 vs 无关,蜗轮材料为铸铝青铜或灰铸铁时：,主要失效形式是齿面胶合，HP与应考虑胶合的影响,胶合失效与 vs 有关，vs HP,估算 vs：,设计后需验算vs，若与估算值相差太远，则重选 vs再设计,4-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算,一、效率,=123,与齿轮传动相同：,啮合效率类似于螺旋副：,230.950.96,故：,设计之初，未知，可按 z1 初选：,由此可
7、知，z1,z1=1 时，=0.70.75,z2=2 时，=0.750.82,z2=4 时，=0.870.92,自锁时，0.5,二、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,v1 4 m/s时蜗杆上置,有利于润滑,避免过大的搅油损失,蜗杆下置,蜗杆上置,三、蜗杆传动的热平衡计算,对象 连续工作的闭式蜗杆传动,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-）W,单位时间内的发热量：,单位时间内的散热量：,H2=Kt A（t-t 0）=Kt A t W,Kt 散热系数,自然方式冷却时 Kt=1017,A 箱体散热面积,箱体暴露在空气中的部分,近似计算：,蜗杆传动中心距,t 0 环境温度,常取 t 0=20,t 温 升,热平衡时：,1000P1（1-）=Kt A t,则热平衡计算式：,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 Kt,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,
