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1、第12章 蜗杆传动,121 蜗杆传动的特点及类型,一、蜗杆传动的主要特点有：1传动比大，一般为i=8-80，大的可达1000以上；,2重合度大，传动平稳，噪声低；,3摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；,4传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。,主要用于运动传递，而在动力传输中的应用受到限制。,1、按蜗杆形式分类,二、蜗杆传动的类型,圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动,锥面蜗杆传动,普通圆柱,圆弧圆柱,普通圆柱蜗杆传动可分为：,2、按螺旋面形状分类,三、普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择,国家标准对蜗杆、蜗轮传动规定了12个精度等级，1级精度最高，12级最低。,普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以6
2、-9级应用得最多。,8级精度常用于只有短时工作的低速传动v3m/s,6级精度可用于蜗轮圆周速度v5m/s的场合；,7级精度常用于v7.5m/s的动力传动；,9级精度常用于v1.5m/s,122 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸,中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面,在中间平面内相当于齿条与齿轮的啮合,一、主要参数,1、模数 m 和压力角,正确啮合条件：在中间平面内,mx1=mt2=m,x1=t2=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,z1=1 4,2、传动比 i、蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2,i=n1/n2=z2/z1,=d2/d1?,d2/d1,但
3、 z1 少，效率低,重载时取 z1=2,4，要求自锁 z1=1,z1 过多，制造困难,z2=i z1=28 80,常取 z2=32 63,蜗杆传动的效率=1.2.3,1啮合效率。,v当量摩擦角，可根据滑动速度vs选取，,蜗杆分度圆导程角；,z1=1,z1=2,z1=4 z1=6=0.7=0.8=0.9=0.95,估算总效率,3搅油效率。,2轴承效率。,3、蜗杆直径系数 q 及导程角,由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，便于刀具标准化，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。,直径d1与模数m的比值(q=d1m)称为蜗杆的直径系数,蜗杆导
4、程角与蜗轮螺旋角之关系,=90时：,=且旋向相同,q与导程角之关系：,d1越小，导程角越大，传动效率越高。,4、齿面间相对滑动速度 vs,由此可见，vs v1、v2,较大的VS引起：,1、易发生齿面磨损和胶合,2、如润滑条件良好,有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率,二、几何尺寸计算,其他尺寸计算见表12-3,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,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
5、,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,123 蜗杆传动的失效形式、材料和结构,一、失效形式,蜗杆的刚度计算 防止蜗杆刚度不足引起的失效。,蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算 防止齿面过度磨损引起的失效。,传动系统的热平衡计算 防止过热引起的失效。,蜗杆,高速重载,低速中载,中碳钢+调质,蜗轮,vs3 m/s 重要传动,铸造锡青铜,vs4 m/s 一般传动,铸造铝铁青铜,vs2 m/s 不重要传动,灰铸铁,低碳合金钢+渗碳淬火,中碳钢或中碳合金钢+表面淬火,要求：减摩性
6、好、耐摩、抗胶合、足够的强度,二、材料,三、蜗杆和蜗轮的结构,1、蜗杆的结构,蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。,无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。,有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。,2、蜗轮的结构,为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：,蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同，轮齿在受到法向载荷Fn的情况下，可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。,124
7、蜗杆传动受力分析,各力关系,各力方向,Fa用主动轮左右手定则判断一般蜗杆主动。,Fr 指向各自的轮心。,Ft 蜗杆上Ft与其啮合点速度方向相反；蜗轮上的Ft与其啮合点运动方向相同；,Fa1,Ft2,Ft1,n1,Fr2,Fr1,n2,n1,各力应画在受力点上,125 蜗杆传动的润滑及热平衡计算,一、蜗杆传动的润滑,目的：1）提高效率；,2）降低温升，防止磨损和胶合,1、润滑油粘度表11-5,2、给油方法 Vs1015m/s，压力喷油润滑,二、蜗杆传动热平衡计算,润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。,效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降,原因,设蜗杆传动功率为P（K W）,效率为,蜗杆传动单位时间的发热量为,自然冷却方式，单位时间散热量为,t 箱体表面散热系数,A箱体散热面积,t 油的工作温度,t0环境温度,达到热平衡时,可得到热平衡时的温度,使用中，油温应小于90，否则采取以下措施：,1、加散热片以增大散热面积,2、蜗杆轴端加风扇，强制风冷却,3、在传动箱内安装循环冷却管路,
