第5章 蜗杆传动机构.doc

第5章 蜗杆传动机构本章主要介绍蜗杆传动的组成、结构、特点、类型和应用、阿基米德蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 在运动转换中，常需要进行空间交错轴之间的运动转换，在要求大传动比的同时，又希望传动机构的结构紧凑，采用蜗杆传动机构则可以满足上述要求图1-1需要在小空间内实现上层X轴到下层Y轴的大传动比传动，所选择的就是蜗杆传动蜗杆传动广泛应用于机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造工业中，其最大传动功率可达750kW，但通常用在50kW以下XYX 图1-1 图1-21.1 蜗杆传动机构概述1.1.1 蜗杆传动的组成蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，如图1-2所示，主要用于传递空间交错的两轴之间的运动和动力，通常轴间交角为90°一般情况下，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件1.1.2 蜗杆传动特点（1）传动平稳 因蜗杆的齿是一条连续的螺旋线，传动连续，因此它的传动平稳，噪声小2）传动比大 单级蜗杆传动在传递动力时，传动比i＝5～80，常用的为i=15～50。

分度传动时i可达1000，与齿轮传动相比则结构紧凑3）具有自锁性 当蜗杆的导程角小于轮齿间的当量摩擦角时，可实现自锁即蜗杆能带动蜗轮旋转，而蜗轮不能带动蜗杆4）传动效率低 蜗杆传动由于齿面间相对滑动速度大，齿面摩擦严重，故在制造精度和传动比相同的条件下，蜗杆传动的效率比齿轮传动低，一般只有0.7~0.8具有自锁功能的蜗杆机构，效率则一般不大于0.55）制造成本高 为了降低摩擦，减小磨损，提高齿面抗胶合能力，蜗轮齿圈常用贵重的铜合金制造，成本较高 1.1.3 蜗杆传动的类型蜗杆传动按照蜗杆的形状不同，可分为圆柱蜗杆传动(图1-3a)、环面蜗杆传动(图1-3b)圆柱蜗杆传动除与图1-3a相同的普通蜗杆传动，还有圆弧齿蜗杆传动(图1-3c) 圆柱蜗杆机构又可按螺旋面的形状，分为阿基米德蜗杆机构和渐开线蜗杆机构等圆柱蜗杆机构加工方便，环面蜗杆机构承载能力较高 c)图1-31.1.4 蜗杆传动的失效形式及设计准则由于蜗杆传动中的蜗杆表面硬度比蜗轮高，所以蜗杆的接触强度、弯曲强度都比蜗轮高；而蜗轮齿的根部是圆环面，弯曲强度也高、很少折断。

蜗杆传动的主要失效形式有胶合、疲劳点蚀和磨损由于蜗杆传动在齿面间有较大的滑动速度，发热量大，若散热不及时，油温升高、粘度下降，油膜破裂，更易发生胶合开式传动中，蜗轮轮齿磨损严重，所以蜗杆传动中，要考虑润滑与散热问题蜗杆轴细长，弯曲变形大，会使啮合区接触不良需要考虑其刚度问题蜗杆传动的设计要求：（1）计算蜗轮接触强度；（2）计算蜗杆传动热平衡，限制工作温度，（3）必要时验算蜗杆轴的刚度1.1.5 蜗杆、蜗轮的材料选择基于蜗杆传动的失效特点，选择蜗杆和蜗轮材料组合时，不但要求有足够的强度，而且要有良好的减摩、耐磨和抗胶合的能力实践表明，较理想的蜗杆副材料是：青铜蜗轮齿圈匹配淬硬磨削的钢制蜗杆1）蜗杆材料对高速重载的传动，蜗杆常用低碳合金钢（如20Cr、20CrMnTi）经渗碳后，表面淬火使硬度达56 ～62HRC，再经磨削对中速中载传动，蜗杆常用45钢、40Cr、35SiMn等，表面经高频淬火使硬度达45～55HRC，再磨削对一般蜗杆可采用45、40等碳钢调质处理（硬度为210～230HBS）2）蜗轮材料常用的蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSnl0Pl，ZCuSn6Zn6Pb3）、铸造铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）及灰铸铁HTl50、HT200等。

锡青铜的抗胶合、减摩及耐磨性能最好，但价格较高，常用于vs≥3m/s的重要传动；铝铁青铜具有足够的强度，并耐冲击，价格便宜，但抗胶合及耐磨性能不如锡青铜，一般用于vs≤6m/s的传动；灰铸铁用于vs≤ 2m／s的不重要场合1.2 蜗杆传动机构的基本参数和尺寸1.2.1 蜗杆机构的正确啮合条件1．中间平面 我们将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面，如图1-4所示在此平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动因此这个下面内的参数均是标准值，计算公式与圆柱齿轮相同图1-42．正确啮合条件 根据齿轮齿条正确啮合条件，蜗杆轴平面上的轴面模数mx1等于蜗轮的端面模数mt2；蜗杆轴平面上的轴面压力角ax1等于蜗轮的端面压力角at2；蜗杆导程角γ等于蜗轮螺旋角β，且旋向相同，即mx1=mt2=ma x1=at2=a （1-1）γ=β1.2.2 基本参数1．蜗杆头数z1 ，蜗轮齿数z2 蜗杆头数z1一般取1、2、4。

头数z1增大，可以提高传动效率，但加工制造难度增 加蜗轮齿数一般取z2 =28~80若z2 <28，传动的平稳性会下降，且易产生根切；若z2 过大，蜗轮的直径d2增大，与之相应的蜗杆长度增加、刚度降低，从而影响啮合的精度2．传动比 （1-2）3．蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q加工蜗轮时，用的是与蜗杆具有相同尺寸的滚刀，因此加工不同尺寸的蜗轮，就需要不同的滚刀为限制滚刀的数量，并使滚刀标准化，对每一标准模数，规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1蜗杆分度圆直径与模数的比值称为蜗杆直径系数，用表示，即 （1-3）模数一定时，q值增大则蜗杆的直径d1增大、刚度提高因此，为保证蜗杆有足够的刚度，小模数蜗杆的q值一般较大4．蜗杆导程角γ （1-4）式中L—螺旋线的导程，L=z1px1= z1πm，其中px1为轴向齿距通常螺旋线的导程角γ= 3.5°～27°，导程角在（3.5°～4.5°）范围内的蜗杆可实现自锁，升角大时传动效率高，但蜗杆加工难度大。

1.2.3 蜗杆传动的基本尺寸计算标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表1-11.2.4 蜗杆传动的结构 　　1．蜗杆的结构如图1-5，一般将蜗杆和轴作成一体，称为蜗杆轴　　2．蜗轮的结构如图1-6，一般为组合式结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或钢图a为组合式过盈联接 这种结构常由青铜齿圈与铸铁轮芯组成，多用于尺寸不大或工作温度变化较小的地方图b为组合式螺栓联接 这种结构装拆方便，多用于尺寸较大或易磨损的场合图c为整体式 主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮图d为拼铸式 将青铜齿圈浇铸在铸铁轮芯上，常用于成批生产的蜗轮图1-5a） b） c） d） 图1-6表1-1 标准普通圆柱蜗杆传动几何尺寸计算公式名 称计 算 公 式蜗 杆蜗 轮齿顶高ha = mha = m齿根高hf = 1.2mhf = 1.2m分度圆直径d1= m qd2= m z2齿顶圆直径da1= m (q +2)da2= m (z2 +2)齿根圆直径df1= m (q –2.4)df2= m (z2 –2.4)顶隙c=0.2m蜗杆轴向齿距蜗轮端面齿距p = mπ蜗杆分度圆柱的导程角蜗轮分度圆上轮齿的螺旋角β=λ中心距a = m（q+z2）/ 2蜗杆螺纹部分长度z1=1、2，b1≥(1l十0．06 z2)mz1=4，b1≥(12．5十0．09 z2)m蜗轮咽喉母圆半径rg2=a- da2/2蜗轮最大外圆直径z1=1、de2≤da2十2mz1=2、de2≤da2十1.5mz1=4、de2≤da2十m蜗轮轮缘宽度z1=1、2，b2≤0.75 da1z1=4，b2≤0.67 da1蜗轮轮齿包角θ =2arcsin(b2/ d1)一般动力传动θ=70°-90°高速动力传动θ=90°-130°分度传动θ=45°-60°表1-2 蜗杆基本参数配置表模数mmm分度圆直径d1mm蜗杆头数z1直径系数qm3q模数mmm分度圆直径d1mm蜗杆头数z1直径系数qm3q118118.000186.3（80）1,2,412.6983 1751.2520116.00031112117.7984 44522.4117.920358（63）1,2,47.8754 0321.6201,2,412.50051801,2,4,610.0005 12028117.50072（100）1,2,412.5006 4002181,2,49.0007210117.5008 96022.41,2,4,611.2009010711,2,47.1007 100(28)1,2,41.000112901,2,4,69.0009 00035.5117.75012（112）111.20011 2002.5(22.4)1,2,48.96010160116.00016 000281,2,4,611.20017512.5（90）1,2,47.2001 062(35.5)1,2,41.2002221121,2,4。