蜗轮蜗杆传动解析.pptx

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1、会计学1蜗轮蜗杆传动解析蜗轮蜗杆传动解析第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型uu蜗杆传动是由蜗杆传动是由蜗杆传动是由蜗杆传动是由蜗杆蜗杆蜗杆蜗杆和和和和蜗轮蜗轮蜗轮蜗轮组成的，用于传递空间交错两组成的，用于传递空间交错两组成的，用于传递空间交错两组成的，用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为轴之间的运动和动力。交错角一般为轴之间的运动和动力。交错角一般为轴之间的运动和动力。交错角一般为9090。传动中一般。传动中一般。传动中一般。传动中一般蜗蜗蜗蜗杆是主动件杆是主动件杆是主动件杆是主动件，蜗轮是从动件。，蜗轮是从动件。，蜗轮是从动件。，蜗轮是从动件。第1页/共43

2、页1传动比大，一般传动比大，一般 i=1080，最大可达，最大可达1000；2重合度大，传动平稳，噪声低；重合度大，传动平稳，噪声低；4 蜗杆传动的主要缺点蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低；齿面的相对滑动速度大，效率低；主要用于中小功率，间断工作的场合。主要用于中小功率，间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点：3结构紧凑，可实现反行程自锁；结构紧凑，可实现反行程自锁；5.蜗轮的造价较高。蜗轮的造价较高。第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第2页/共43页其齿面一般是在车床上

3、用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆的齿廓形状不同。蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；重合度大；承载能力和效率较高。重合度大；承载能力和效率较高。阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）蜗杆）渐开线蜗杆渐开线蜗杆 （ZI蜗杆）蜗杆）法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆）普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动二、蜗杆传动的类型本章主要介绍普通圆

4、柱蜗杆及其设计。本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。三、蜗杆传动的精度等级分为分为12个精度等级，个精度等级，常用常用59级。级。第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第3页/共43页uu蜗杆分左旋和右旋。蜗杆分左旋和右旋。蜗杆分左旋和右旋。蜗杆分左旋和右旋。左左旋旋右右旋旋u蜗杆还有单头和多头之分。蜗杆还有单头和多头之分。第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第4页/共43页圆柱蜗杆环面蜗杆 普通圆柱蜗杆（按刀具位置不同）阿基米德蜗杆延伸渐开线（法向直廓）蜗杆渐开线蜗杆圆锥蜗杆蜗杆的类型蜗杆的类型第5页/共43页圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动 环面蜗杆环面蜗杆 锥蜗杆

5、锥蜗杆 按蜗杆的外形分类按蜗杆的外形分类第6页/共43页阿基米德螺线阿基米德蜗杆(ZA)轴面-直线延伸渐开线蜗杆(ZI)延伸渐开线 加工：刀具平面垂直于螺线法面-直线特点：端面-延伸渐开线第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第7页/共43页渐开线基圆渐开线蜗杆(ZI)加工：刀刃与蜗杆的基圆柱相切特点：端面-渐开线 后两种蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿基米德蜗杆。第一节第一节 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型第8页/共43页第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动

6、的主要参数和几何尺寸一、圆柱蜗杆传动的主要参数一、圆柱蜗杆传动的主要参数:1.模数模数m和压力角和压力角主平面=1中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。第9页/共43页v由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮齿，所以齿，所以ZA蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。当于渐开线齿轮与齿条的啮合。中间平面中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。是是蜗杆的轴面蜗杆的轴面是是蜗轮的端面蜗轮的端面v 蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在

7、中间平面（主平面）内确定。蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面（主平面）内确定。BLp主主平平面面第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第10页/共43页第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。u蜗轮蜗杆正确啮合条件是蜗轮蜗杆正确啮合条件是：蜗杆的轴面模数蜗杆的轴面模数 mma a1 1和轴面压力角和轴面压力角 a a1

8、 1应分别等于蜗轮的端面模数应分别等于蜗轮的端面模数mmt t2 2和端面压力角和端面压力角 t t2 2，即即 ma1=mt2=m a1=t2=u模数模数m的标准值，见表的标准值，见表12-1；压力角标准值为；压力角标准值为20，ZAZA蜗杆取轴向压力角为标准值，蜗杆取轴向压力角为标准值，ZIZI蜗杆取法向压力角为标准值。蜗杆取法向压力角为标准值。u如图上图所示，如图上图所示，齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱(或或称为中圆柱称为中圆柱)。蜗杆分度圆。蜗杆分度圆(中圆中圆)直径用直径用d1表示，其值见表表示，其值见表12-1。蜗轮分度圆直径以。蜗轮分

9、度圆直径以d2表示。表示。第11页/共43页v在两轴交错角为在两轴交错角为9090的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角导程角 应与蜗轮分度圆上的螺旋角应与蜗轮分度圆上的螺旋角 大小相等旋向相同大小相等旋向相同，即即 =2.传动比传动比i、蜗杆头数、蜗杆头数z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z2v设蜗杆头数为设蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为，蜗轮齿数为z2，当蜗杆转一周时，蜗轮，当蜗杆转一周时，蜗轮转过转过 z1 个齿个齿(z1/z2周周)。因此，其传动比为。因此，其传动比为 vz1g g效率效率，但加工困难。，但加工困难。vz1 传动比传动比 i，但传动效率，但传动效率。(蜗杆

10、头数与传动效率关系)v常取常取，z11，2，4，6。可根据传动比可根据传动比，参考表参考表 12-2中的中的荐用值选取。荐用值选取。第二节第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第12页/共43页uuz z2=2=i zi z1 1。如如如如 z z2 2太小，将使传动平稳性变差。如太小，将使传动平稳性变差。如太小，将使传动平稳性变差。如太小，将使传动平稳性变差。如 z z2 2太大，蜗轮太大，蜗轮太大，蜗轮太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯

11、曲刚度。直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。uu一般取一般取一般取一般取 z z2 232328080。（Z Z1 1与与Z Z2 2的荐用值表：的荐用值表：12-212-2）3.3.蜗杆直径系数蜗杆直径系数蜗杆直径系数蜗杆直径系数q q和导程角和导程角和导程角和导程角 uu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，国家标准对每一标准模数规定了一定数目了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模

12、数规定了一定数目了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目了限制滚刀的数目，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的标准蜗杆分度圆直径的标准蜗杆分度圆直径的标准蜗杆分度圆直径d d1 1（参见表（参见表（参见表（参见表12-112-1）。）。）。）。uu直径直径直径直径d d1 1与模数与模数与模数与模数mm的比值称为蜗杆的直径系数的比值称为蜗杆的直径系数的比值称为蜗杆的直径系数的比值称为蜗杆的直径系数q q。即：。即：。即：。即：是导出值是导出值d1=q mz1mu当模数当模数m一定时，一定时，q值增大则蜗杆直径值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因增大，

13、蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的此，对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。值，以保证蜗杆有足够的刚度。第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第13页/共43页第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸如图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为如图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线螺旋线。但制造困难自锁性好第14页/共43页4.4.齿面间滑

14、动速度齿面间滑动速度齿面间滑动速度齿面间滑动速度vsvsuu蜗杆传动即使在节点蜗杆传动即使在节点蜗杆传动即使在节点蜗杆传动即使在节点C C C C处啮合，处啮合，处啮合，处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动，齿廓之间也有较大的相对滑动，齿廓之间也有较大的相对滑动，齿廓之间也有较大的相对滑动，滑动速度滑动速度滑动速度滑动速度vsvsvsvs 沿蜗杆螺旋线方向。沿蜗杆螺旋线方向。沿蜗杆螺旋线方向。沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆周速度为设蜗杆圆周速度为设蜗杆圆周速度为设蜗杆圆周速度为v v v v l l l l、蜗轮圆周、蜗轮圆周、蜗轮圆周、蜗轮圆周速度为速度为速度为速度为v v v v 2 2 2 2

15、，由图，由图，由图，由图12-612-612-612-6可得可得可得可得u滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传动效率等都有很大影响。滑动速度的大小，对齿面的润滑情况、齿面失效形式、发热以及传动效率等都有很大影响。第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第15页/共43页5.5.中心距中心距中心距中心距a a当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距当蜗杆节圆与分度圆重

16、合时称为标准传动，其中心距计算式为计算式为计算式为计算式为 a a=0.5(=0.5(d d1+1+d d2)=0.52)=0.5mm(q q+z z2)(12-4)2)(12-4)注意：注意：注意：注意：a a0.50.5mm(z z1+1+z z2)2)。中心距的常用值见表。中心距的常用值见表。中心距的常用值见表。中心距的常用值见表12-312-3注注注注。二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算u设计蜗杆传动时，一般是先根据传动的功用和传动比的要求，选择蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，然后再按强度计算确定模数m和蜗杆分度圆直径d1(或q)，再根据表12-3计算出蜗杆、蜗轮

17、的几何尺寸(两轴交错角为90、标准传动)。第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第16页/共43页表表12-3 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸计算标准中心距标准中心距径向间隙径向间隙蜗轮螺旋角蜗轮螺旋角蜗杆导程角蜗杆导程角齿根圆直径齿根圆直径齿顶圆直径齿顶圆直径齿根高齿根高齿顶高齿顶高分度圆直径分度圆直径蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆计算公式计算公式符号符号名称名称第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第二节圆

18、柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸第17页/共43页蜗轮的转向蜗轮的转向左右手法：左旋左手，右旋右手，四指转向 1，拇指反向；即为v2。第18页/共43页第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸寸寸寸例例12-1 12-1 在带传动和蜗杆传动组成的传动系统中，初步在带传动和蜗杆传动组成的传动系统中，初步计算后取蜗杆模数计算后取蜗杆模数 m=4mmm=4mm、头数、头数 z1=2z1=2、分度圆直径、分度圆直径d1 d1=40mm=40mm，蜗轮齿数，蜗轮齿数 z2=39z2=39，试计算蜗杆直

19、径系数，试计算蜗杆直径系数q q、导、导程角程角及蜗杆传动中心距及蜗杆传动中心距 a a。解解(1)(1)蜗杆直径系数蜗杆直径系数 =40/4=10=40/4=10(2)(2)导程角导程角 由式（由式（12-212-2）得）得 =2/10=0.2=2/10=0.2 =11.3099(111836“)=11.3099(111836“)(3)(3)传动中心距传动中心距 a=0.5(=0.5(q+z2)=0.54(10+39)=98mm =0.54(10+39)=98mm第19页/共43页第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺第二

20、节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸寸寸寸讨论讨论 也可将蜗轮齿数改为也可将蜗轮齿数改为z2=40z2=40，即中心距圆整为，即中心距圆整为 a=0.54(10+40)=100mma=0.54(10+40)=100mm。由此引起的传动比的。由此引起的传动比的变化可在传动系统内部作适当调整。变化可在传动系统内部作适当调整。如果是单件生产又允许采用非标准中心距，就取如果是单件生产又允许采用非标准中心距，就取 a=98mma=98mm。在不改变传动比的情况下，若想将中心距圆整为在不改变传动比的情况下，若想将中心距圆整为 a=100mma=100mm，就只能采用变位传动了。方法是在切制蜗轮时将，就只能采

21、用变位传动了。方法是在切制蜗轮时将滚刀外移滚刀外移2mm2mm，即将滚刀与被切蜗轮的中心距由，即将滚刀与被切蜗轮的中心距由98mm98mm增加到增加到100mm100mm。有关变位蜗杆传动的计算，参见机械设计手册。有关变位蜗杆传动的计算，参见机械设计手册。第20页/共43页第三节第三节第三节第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结蜗杆传动的失效形式、材料和结蜗杆传动的失效形式、材料和结蜗杆传动的失效形式、材料和结构构构构n n 一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1.1.主要失效形式：主要失效形式：主要失效形

22、式：主要失效形式：胶合、磨损、点蚀等。胶合、磨损、点蚀等。胶合、磨损、点蚀等。胶合、磨损、点蚀等。在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。2.2.设计准

23、则设计准则设计准则设计准则按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。热平衡计算。通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。闭式传动：闭式传动：开式传动：开式传动：第21页/共43页3.3.常用材料常用材料常用材料常用材料由于蜗杆传动的特点，由于蜗杆传动的特点，由于蜗杆传动的特点，由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强蜗杆副的材料不仅要求有足够的强蜗杆副的材料不仅要求有足够的强蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合

24、性能度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此。为此。为此。为此常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。蜗杆蜗杆蜗杆蜗杆的常用材料为的常用材料为的常用材料为的常用材料为碳钢和合金钢碳钢和合金钢碳钢和合金钢碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用。高速重载的蜗杆常用。高速重载的蜗杆常用。高速重载的蜗杆常用15Cr15Cr、20Cr20Cr渗碳淬

25、火，或渗碳淬火，或渗碳淬火，或渗碳淬火，或4545钢、钢、钢、钢、40Cr40Cr淬火。低速中轻载的淬火。低速中轻载的淬火。低速中轻载的淬火。低速中轻载的蜗杆可用蜗杆可用蜗杆可用蜗杆可用4545钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。适用于齿面滑动速度适用于齿面滑动速度 较高的传动。较高的传动。锡青铜：锡青铜：铝青铜铝青铜：灰铸铁灰铸铁：蜗轮蜗轮常用材料有常用材料有：vs 8 m/s 的场合的场合。（抗胶合能力差抗胶合能力差）vs 2 m/s 的场合。的场合。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差抗胶合能力强

26、，抗点蚀能力差）第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构构构构第22页/共43页二、蜗杆和蜗轮的结构二、蜗杆和蜗轮的结构二、蜗杆和蜗轮的结构二、蜗杆和蜗轮的结构 由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作

27、。轴），当蜗杆的直径较大时，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无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制铣制的办法。的办法。有退刀槽，螺旋部分有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工可用车制，也可用铣制加工，但该结构，但该结构 的刚度的刚度 较前一种差。较前一种差。第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构构构构第23页/共43页组合式蜗轮 为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了

28、节省铜材，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，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，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：轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构构构构第24页/共43页

29、第四节第四节圆柱蜗杆传动的受力分析圆柱蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿所受蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿所受蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿所受蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿所受法向力法向力法向力法向力F Fn n可分解为：径向力可分解为：径向力可分解为：径向力可分解为：径向力F Fr r、周向力、周向力、周向力、周向力F Ft t、轴向力、轴向力、轴向力、轴向力F Fa a。1.力的大小力的大小u当两轴交错角为当两轴交错角为90时，时，各力大小为：各力大小为：式中：式中：T2=T1i，为蜗杆传动的效率。为蜗杆传动的效率。第25页

30、/共43页2.2.力的方向力的方向力的方向力的方向当蜗杆主动时，各力方向判断如下：当蜗杆主动时，各力方向判断如下：当蜗杆主动时，各力方向判断如下：当蜗杆主动时，各力方向判断如下：蜗杆上的圆周力蜗杆上的圆周力蜗杆上的圆周力蜗杆上的圆周力 FtFt1 1的方向与蜗杆转向相反。的方向与蜗杆转向相反。的方向与蜗杆转向相反。的方向与蜗杆转向相反。蜗杆上的轴向力蜗杆上的轴向力蜗杆上的轴向力蜗杆上的轴向力 FaFa1 1的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋向和蜗杆转向，用（左）右手定则判断。向和蜗杆转向，用（左）右手定则判断。向和蜗

31、杆转向，用（左）右手定则判断。向和蜗杆转向，用（左）右手定则判断。蜗轮上的圆周力蜗轮上的圆周力蜗轮上的圆周力蜗轮上的圆周力 FtFt2 2 的方向与蜗轮的转向相同（与蜗的方向与蜗轮的转向相同（与蜗的方向与蜗轮的转向相同（与蜗的方向与蜗轮的转向相同（与蜗杆上的轴向力杆上的轴向力杆上的轴向力杆上的轴向力 FaFa1 1的方向相反）。的方向相反）。的方向相反）。的方向相反）。蜗轮上的轴向力蜗轮上的轴向力蜗轮上的轴向力蜗轮上的轴向力 FaFa2 2 的方向与蜗杆上的圆周力的方向与蜗杆上的圆周力的方向与蜗杆上的圆周力的方向与蜗杆上的圆周力 FtFt1 1的的的的方向相反。方向相反。方向相反。方向相反。蜗

32、杆和蜗轮上的径向力蜗杆和蜗轮上的径向力蜗杆和蜗轮上的径向力蜗杆和蜗轮上的径向力 FrFr1 1、FrFr2 2的方向分别指向各自的方向分别指向各自的方向分别指向各自的方向分别指向各自的轴心。的轴心。的轴心。的轴心。第四节圆柱蜗杆传动的受力分析第四节圆柱蜗杆传动的受力分析第26页/共43页主动轮（蜗杆）：左旋用左手 右旋用右手 四指-方向 拇指-Fa1方向从动轮（蜗轮）：Ft2与Fa1反向，由此确定其转向。第四节圆柱蜗杆传动的受力分析第四节圆柱蜗杆传动的受力分析第27页/共43页第四节圆柱蜗杆传动的受力分析第四节圆柱蜗杆传动的受力分析例例1 1：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗：标

33、出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。n112n221n2Ft2Fa1Ft1Fa2n112Ft1Fa2n2Ft2Fa1n1Ft2Fa1Ft1Fa2径向力径向力Fr 的方向：略的方向：略第28页/共43页第五节第五节圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算uu蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据胶合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据，因而胶

34、合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据，因而胶合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据，因而胶合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据，因而通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动的承载能力，而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨的承载能力，而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨的承载能力，而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨的承载能力，而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨损失效因素的影响，故其强度计算公式是条件性的。损失效因素的影响，故其强度计算公式是条件性的。损失

35、效因素的影响，故其强度计算公式是条件性的。损失效因素的影响，故其强度计算公式是条件性的。uu由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因而失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮而失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮而失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮而失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮轮齿进行强度计算。轮齿进行强度计算。轮齿进行强度计算。轮齿进行强度计算。第31页/共43页第五节第五节圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强

36、度计算n n 1.1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算uu目的：防止目的：防止目的：防止目的：防止“点蚀点蚀点蚀点蚀”和和和和“胶合胶合胶合胶合”失效。失效。失效。失效。uu强度条件：强度条件：强度条件：强度条件：HH HHuu以蜗杆蜗轮节点为计算点，计算齿面接触应力以蜗杆蜗轮节点为计算点，计算齿面接触应力以蜗杆蜗轮节点为计算点，计算齿面接触应力以蜗杆蜗轮节点为计算点，计算齿面接触应力 HH 。uu校核公式校核公式校核公式校核公式:u设计公式：设计公式：上两式上两式 中中KA 为载荷系数，一般取为载荷系数，一般取KA=1.11.3

37、。当载荷平稳，蜗。当载荷平稳，蜗轮圆周速度轮圆周速度 v23m/s和和 7级精度以上时，取小值，否则取大值。级精度以上时，取小值，否则取大值。第32页/共43页当蜗轮材料为锡青铜时，其材料具有良好的抗胶合能力当蜗轮材料为锡青铜时，其材料具有良好的抗胶合能力,蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。因此，许用接触应力与应力循环次数蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。因此，许用接触应力与应力循环次数N N、材料及相对滑动速度、材料及相对滑动速度v v2 2有关。可按表有关。可按表12-4 12-4 选择。选择。当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁

38、时，材料的强度较高，抗点蚀能力强，蜗轮的损坏形式主要是胶合，其承载能力取决于其抗胶合能力，与应力循环次数无关，因此，许用接触应力可从表当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时，材料的强度较高，抗点蚀能力强，蜗轮的损坏形式主要是胶合，其承载能力取决于其抗胶合能力，与应力循环次数无关，因此，许用接触应力可从表12-512-5查取。查取。2.2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的：防止目的：防止“疲劳断齿疲劳断齿”。第五节第五节圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算第33页/共43页u强度条件：强度条件：FFu校核公式校核公式：u设计公式设计公式：第五节第五节圆柱蜗杆传动的强度计算

39、圆柱蜗杆传动的强度计算第34页/共43页3.3.蜗杆的刚度计算蜗杆的刚度计算:蜗杆较细长，支承距离大，若受力后产生的挠度过蜗杆较细长，支承距离大，若受力后产生的挠度过大，则会影响正常的啮合传动。蜗杆产生的挠度应小于大，则会影响正常的啮合传动。蜗杆产生的挠度应小于许用挠度。许用挠度。由切向力和径向力产生的挠度分别为：由切向力和径向力产生的挠度分别为：合成总挠度为：合成总挠度为：第五节第五节圆柱蜗杆传动的强度计算圆柱蜗杆传动的强度计算第35页/共43页第六节第六节第六节第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计圆柱蜗杆传动的效率、润

40、滑和热平衡计算算算算n n 一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率一、蜗杆传动的效率与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其总效率为体内润滑油的油阻损耗。其总效率为体内润滑油的油阻损耗。其总效率为体内润滑油的油阻损耗。其总效率为 =

41、1 1 2 2 3 3其中最主要的是啮合效率，当蜗杆主动时，啮合效率其中最主要的是啮合效率，当蜗杆主动时，啮合效率其中最主要的是啮合效率，当蜗杆主动时，啮合效率其中最主要的是啮合效率，当蜗杆主动时，啮合效率可按螺旋传动的效率公式求出。可按螺旋传动的效率公式求出。可按螺旋传动的效率公式求出。可按螺旋传动的效率公式求出。第36页/共43页式中：式中：式中：式中：为蜗杆导程角；为蜗杆导程角；为蜗杆导程角；为蜗杆导程角；为当量摩擦角，为当量摩擦角，为当量摩擦角，为当量摩擦角，=arctg=arctgf f。当。当。当。当量摩擦系数量摩擦系数量摩擦系数量摩擦系数 f f主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动

42、速主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度等有关度等有关度等有关度等有关(见表见表见表见表12-7)12-7)。因此考虑因此考虑 23后，蜗杆传动的总效率为后，蜗杆传动的总效率为所以所以 z1估计蜗杆传动的总效率时，可取下列数值：估计蜗杆传动的总效率时，可取下列数值：闭式传动闭式传动 z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92开式传动开式传动 z1=1、2 =0.600.70 第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计

43、第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算算算算第37页/共43页n n二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑二、蜗杆传动的润滑目的：减摩、散热。目的：减摩、散热。目的：减摩、散热。目的：减摩、散热。润滑油的粘度和给油方法可参照表润滑油的粘度和给油方法可参照表润滑油的粘度和给油方法可参照表润滑油的粘度和给油方法可参照表11-511-5选取。选取。选取。选取。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一

44、个齿高；蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/61/3。给油方法：给油方法：油池润滑：油池润滑：喷油润滑喷油润滑为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度v24m/s时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式传动，由蜗轮带油润滑。时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式传动，由蜗轮带油润滑。第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算算算算第38页/共43

45、页润滑方式的选择：润滑方式的选择：当当v vs s 510 m/s 510 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。失，下置式蜗杆不宜浸油过深。当当v vs s 1015 m/s 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。时，采用压力喷油润滑。当当v v1 1 4 m/s 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。时，采用蜗杆在上的结构。第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算算算算第39页/共43页n n 三、蜗杆传动

46、的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计现胶合。因此对连

47、续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。算。算。算。热平衡：热平衡：热平衡：热平衡：在单位时间内，在单位时间内，在单位时间内，在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量摩擦产生的热量等与散发的热量摩擦产生的热量等与散发的热量摩擦产生的热量等与散发的热量。在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油温温温温t t()和周围空气温度和周围空气温度和周围空气温度和周围空气温度 t t0(0()之差不

48、超过允许值之差不超过允许值之差不超过允许值之差不超过允许值式中：式中：t温度差，温度差，t=t-t0;第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算算算算第40页/共43页P P11蜗杆传递功率，单位为蜗杆传递功率，单位为蜗杆传递功率，单位为蜗杆传递功率，单位为 kW;kW;t t表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一般取般取般取般取 t t=1017W/(m2=10

49、17W/(m2)；AA散热面积，单位为散热面积，单位为散热面积，单位为散热面积，单位为 m2 m2，指箱体外壁与空气接，指箱体外壁与空气接，指箱体外壁与空气接，指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散触而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散触而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散触而内壁被油飞溅到的箱壳面积，对于箱体上的散热片，其散热面积按热片，其散热面积按热片，其散热面积按热片，其散热面积按50%50%计算；计算；计算；计算；t t温差允许值，一般为温差允许值，一般为温差允许值，一般为温差允许值，一般为 60706070。并应使油。并应使油。并应使油。并应使油温

50、温温温 t t(=t=t0+0+t t)小于小于小于小于 90 90。如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：增加散热面积增加散热面积增加散热面积增加散热面积 合理设计箱体结构，铸出或焊合理设计箱体结构，铸出或焊合理设计箱体结构，铸出或焊合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片。上散热片。上散热片。上散热片。第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算算算算第41页