机械设计：蜗轮蜗杆

第12章 蜗杆传动§12-1 蜗杆传动的特点和类型§12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸§12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构§12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析§12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算§12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算设计：潘存云§12-1 蜗杆传动的特点和类型作用： 用于传递交错轴之间的回转运动和动力。蜗杆主动、蜗轮从动。90°形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且1很 大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。11所得齿轮称为:蜗杆。而啮合件称为:蜗轮。蜗杆设计：潘存云22蜗轮设计：潘存云改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为线接触。点接触优点： 传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：i=1000, 通常i=880缺点： 传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。线接触设计：潘存云设计：潘存云类型按螺旋面形 状分：阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆环面蜗杆按形状分有：圆柱蜗杆环面蜗杆设计：潘存云设计：潘存云圆柱蜗杆渐开线蜗杆阿基米德蜗杆设计：潘存云 阿基米德螺线渐开线基圆2设计：潘存云d蜗杆旋向：左旋、右旋(常用)11精度等级： 对于一般动力传动，按如下等级制造：v140蜗杆头数z1 4 2 2、1 1蜗轮齿数z2 2852 2854 2880 >40将分度圆柱展开得： = z1 px1/d1 = mz1/d1 tg1=l/d1 4. 蜗杆的导程角d1lpx11 d1115.蜗杆直径系数q加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相同，为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值，并与模数相配。q 为蜗杆: 定义： q=d1/m一般取: q=818。tg1 = px z1 /d1 = z1 / q于是有： d1 = mq可由表121计算得到。 直径系数 见下页= mz1 / d1m11.251.62d1182022.420 28(18) 22.4 (28) 35.5m2.53.154d1(22.4) 28 (35.5) 45(28) 35.5 (45) 56(31.5)m456.3d140 (50) 71(40) 50 (63) 90(50) 63m6.3810d1(80) 112(63) 80 (100) 140(71) 90 表121 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm20 q=12.5 28 q=17.51.6设计：潘存云1 p2vS112p由相对运动原理可知:v2 = v1 + vS 6.齿面间滑动速度vS及蜗轮转向的确定= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作速度向量图，得:v2 = v1 tg蜗轮的转向:v222CWtt v1v2设计：潘存云设计：潘存云11 12p 12p右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速 度vp2的方向与拇指指向相同。用手势确定蜗轮的转向：左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。22v2v2模型验证因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一 种实用且简便的转向判别方法：7.中心距a = r1+r2= m(q +z2)/2ar1r2二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i , z1 z2 计算求得 m、d1 计算几何尺寸表 12-3 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名 称计 算 公 式蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶圆直径 根圆直径 蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙 中心距蜗 杆蜗 轮 d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px= mc=0.2 m a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)§12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择 主要失效形式： 胶合、点蚀、磨损。材料蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。材料牌号选择： 高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火5662HRC)或 40Cr 42SiMn 45 (表面淬火4555HRC)一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220250HBS) 蜗轮材料： vS >12 m/s时 ZCuSn10P1锡青铜制造。 vS 45 其他情况 HRC>45 滑动速度 vs m/s f f f 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.18 10.2 0.10 0.08 4.57 0.09 5.14 0.13 7.4 0.50 0.055 3.15 0.065 3.72 0.09 5.14 1.00 0.045 2.58 0.055 3.15 0.07 4 2.00 0.035 2 0.045 2.58 0.055 3.15 3.00 0.028 1.6 0.035 2 0.045 2.58 4.00 0.024 1.37 0.031 1.78 0.04 2.29 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03 0.026 1.49 0.03 1.72 10.0 0.016 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74 对动力传动，宜采用多头蜗杆 蜗杆加工困难 过大当> 28 时，效率增加很少。当 时，蜗杆具有自锁性，但效率很低。 252.5512.50.51 1015 m/s时，采用压力喷油润滑。当v1> 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。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 蜗杆传动必须进行热平衡计算 对闭式传动，热量由箱体散逸，要求箱体与环境温差：t =iA1000P1(1-)tg tt=( t-t0 )-温度差； P1-蜗杆传递的功率；i-表面散热系数；一般取：i=1017 W/(m2 )A-散热面积, m2, 指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热面积按50%计算。设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云t-温差许用值，一般取： t=6070 要求油温：t = t0+ t <90 不能满足要求时，可采取冷却措施：1）增加散热面积-加散热片；2）提高表面传热系数-加风扇、冷却水管、循环油冷却。油泵冷 却 器冷 却 水本 章 重 点(1) 熟悉蜗杆传动的特点。(2) 了解蜗杆传动的类型、应用、材料和结构。(3) 掌握普通圆柱蜗杆的主要参数和几何尺寸计算。