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14.1蜗杆传动的类型和特点图14-1蜗杆传动第14章蜗杆传动本章要点了解蜗杆传动的类型和特点掌握蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构掌握蜗杆传动的强度计算掌握蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算在运动转换中，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蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力如图14-1所示通常两轴交错角为90°，蜗杆为主动件14.1.1蜗杆传动的类型如图14-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a）,环面蜗杆传动（图b）,和锥面蜗杆传动（图c）a)b）c）图14-2蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA型）、渐开蜗杆（ZI型）和法面直齿廓蜗杆（ZH型）等几种如图14-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线该蜗杆轴向齿廓为直线,端面齿廓为阿基米德螺旋线阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。

1—1图14-3阿基米德蜗杆图14-4渐开线蜗杆如图14-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动14.1.2蜗杆传动的特点传动比大，结构紧凑单级传动比一般为10〜40(<80),只传动运动时(如分度机构)，传动比可达10001) 传动平稳，噪声小由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小2) 有自锁性当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态手动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求3) 传动效率低蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低般n=0.7〜0.9,具有自锁性能的蜗杆效率仅0.44) 蜗轮造价较高为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高由上述特点可知：蜗杆传动适用于传动比大，传递功率不大，两轴空间交错的场合14.2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算图14-5所示阿基米德蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为主平面(中间平面)。

在主平面上蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合为了加工方便，规定主平面的几何参数为标准值1. 14.2.1蜗杆传动的基本参数蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2和传动比iZ1=1〜6当传动比大于40蜗杆头数Z1,即为蜗杆螺旋线的数目蜗杆的头数一般取或要求自锁时取Z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证图14-5阿基米德蜗杆传动的几何尺寸蜗轮的齿数一般取Z2=27〜80Z2过少将产生根切；Z2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小蜗杆传动的传动比i等于蜗杆与蜗轮转速之比当蜗杆回转一周时，蜗轮被蜗杆推动转过Z1个齿（或Z1/Z2周），因此传动比为：i式中：n「n2分别为蜗杆和蜗轮的转速（n1Z2Z1r/min)14-1)在蜗杆传动设计中，传动比的公称值按下列数值选取：5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80其中10、20、40、80为基本传动比应优先选用z?可根据传动比i按表14-1选取表14-1Zi和Z2的推荐值i7〜89〜1314〜2425〜2728〜40>40Z143〜42〜32〜31〜21Z228〜3227〜5228〜7250〜8128〜80>402. 模数m和压力角■■由于蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，而主平面是蜗杆的轴向平面又是蜗轮的端面（见图14-5）,与齿轮传动相同，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数m&应等于蜗轮的端面模数mt2;蜗杆的轴向压力角:-a1应等于蜗轮的端面压力角〉t2；蜗杆分度圆导程角应等于蜗轮分度圆螺旋角1,且两者螺旋方向相同。

即：:-alt2蜗杆的分度圆直径di和导程角1如图14-6所示，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端平面的夹角称为蜗杆的导程角值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传可得：4ZiPaiZimtgy==——(14-2)兀didi式中：Pai为蜗杆轴向齿距(mm)；di为蜗杆分度圆直径(mm)蜗杆的螺旋线与螺纹相似也分左旋和右旋，一般多为右旋对动力传动为提高效率应采用较大的动，应采用<330“的蜗杆传动，此时蜗杆的头数为i由式i4-2得:di=mmq(i4-3)tg式中：q=旦称为蜗杆的直径系数，当m—定时，q值增大，则蜗杆直径di增大，蜗杆的tg*刚度提高小模数蜗杆一般有较大的q值，以使蜗杆有足够的刚度蜗杆与蜗轮正确啮合，加工蜗轮的滚刀直径和齿形参数必须与相应的蜗杆相同，为限制蜗轮滚刀的数量，di亦标准化di与m有一定的匹配如表i4-2所示表i4-2蜗杆基本参数(工=90o)(摘自GB/Ti0085-88)模数m(mm)分度圆直径di(mm)蜗杆头数Zi直径系数q2.mdi(mm)3模数m(mm)分度圆直径di(mm)蜗杆头数Zi直径系数q2.mdi(mm)3ii8ii8.000i86.3(80)i,2,4i2.6983i75i.2520ii6.0003i.25ii2ii7.778444522.4ii7.920358(63)i,2,47.8754032i.620i,2,i2.5005i.280i,2,4,6i0.000537628ii7.5007i.68(i00)i,2,4i2.50064002(i8)i,2,49.00072i40ii7.500896022.4i,2,4,6ii.20089.6i0(7i)i,2,47.i007i00(28)i,2,4i4.000ii290i,2,4,69.000900035.5ii7.750i42(ii2)i,2,4ii.200ii2002.5(22.4)i,2,48.960i40i60ii6.000i600028i,2,4,61ii.200i75i2.5(90)i,2,47.200i4062(35.5)i,2,4i4.20022i.9ii2i,2,48.960i7500145ii8.00028i(i40)i,2,4ii.2002i875]3.i5(28)i,2,48.889278200ii6.0003i25035.51,2,4,611.2735216(112)1,2,47.00028672451,2,414.286447.51401,2,48.7503584056117.778556(180)1,2,411.250460804(31.5)1,2,47.875504250115.62564000401,2,4,6110.00064020(140)1,2,47.00056000(50)1,2,412.5008001601,2,48.0006400071117.7501136(224)1,2,411.200896005(40)1,2,48.0001000315115.750126000501,2,4,6:10.000125025(180)1,2,47.200112500(63)1,2,412.60015752001,2,48.00012500090118.0002250(280)1,2,411.2001750006.3(50)1,2,47.9361985400116.000250000631,2,4,6110.0002500注：①表中模数和分度圆直径仅列出了第一系列的较常用数据。

②括号内的数字尽可能不用4.中心距a蜗杆传动中，当蜗杆节圆与蜗轮分度圆重合时称为标准传动，其中心距为：1ap©d2）（14-4）规定标准中心距为40、50、63、80、100、125、160、（180）、200、（225）、250、（280）、315、（355）、400、（450）、500在蜗杆传动设计时中心距应按上述标准圆整14.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算标准阿基米德蜗杆传动主要几何尺寸计算公式如表14-3所示表14-3阿基米德蜗杆传动的几何尺寸计算名称计算公式蜗杆蜗轮齿顶高和齿根高ha1=ha2=m，hf1=hf2=1.2m分度圆直径d1=mqd2=mZ2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=C.2m蜗杆轴向齿距蜗轮端面齿距Pa1=Pt2=员m蜗杆分度圆导程角蜗轮分度圆螺旋角Y=arctan(z/q)p=y中心距宁7）蜗杆螺纹部分长度蜗轮齿顶圆弧半径Z1=1、2,L>(11+0.06Z2)mZ1=3、4,L>(12.5+0.09Z2)mra2=a-殳da2蜗轮外圆直径Z1=1,de2^da2+2mZ1=2、3,de2^da2+1.5mz1=4~6,de2wda2+m蜗轮轮缘宽度Z1=1、2b<0.75da1Z1=4~6,b<0.67dai14.3蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构14.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则1.齿面相对滑动速度Vs图14-7蜗杆传动滑动速度图14-8滑动速度Vs的概略值蜗杆传动中蜗杆的螺旋面和蜗轮齿面之间有较大的相对滑动。

滑动速度Vs沿蜗杆螺旋线的切线方向如图14-7所示，V1为蜗杆的圆周速度，V2为蜗轮的圆周速度，作速度三角形得：—22V1Vs=「1V2(14-5)cos「较大的滑动速度Vs，对齿面的润滑情况、齿面的失效形式及传动效率都有很大的影响，其概略值如图14-8所示2.轮齿的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相似，有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损和胶合等，但由于蜗杆、蜗轮的齿廓间相对滑动速度较大、发热量大而效率低，因此传动的主要失效形式为胶合、磨损和点蚀由于蜗杆的齿是连续的螺旋线，且蜗杆的强度高于蜗轮，因而失效多发生。