蜗轮蜗杆传动设计.pdf

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1、 1 7 蜗杆传动 和类型 特点和应用 组成：蜗杆、蜗轮（一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件）作用：传递空间交错的两轴之间的运动和动力。通常=90 应用：用在机床、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。最大传递功率为 750Kw，通常用在 50Kw 以下。1）、传动比大。单级时 i=580，一般为 i=1550，分度传动时 i 可达到 1000，结构紧凑。2）、传动平稳、噪声小。3）、自锁性，当蜗杆导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，可实现自锁。4）、蜗杆传动效率较低，其齿面间相对滑动速度大，齿面磨损严重。5）、蜗轮的造价较高。为降低摩擦，减小磨损，提高齿面抗胶合能力，蜗轮常用贵重

2、的铜合金制造。蜗杆传动的类型 照蜗杆的形状不同分为：圆柱蜗杆传动(a)、环面蜗杆传动(b)、锥面蜗杆传动(c)。（a）圆柱蜗杆传动 （c）锥面蜗杆传动 图 7-1 蜗杆传动的类型 、圆柱蜗杆传动 右旋之分。螺杆的常用齿数（头数）z1=14，头数越多，传动效率越高。蜗杆加工由于安装位置不同，产生的螺旋面在相对剖面内的齿廓曲线形状不同。）、阿基米德蜗杆（ZA 蜗杆）米德蜗杆是齿面为阿基米德螺旋面的圆柱蜗杆。通常是在车床上用刃角 0=20的车刀车制而成，切削刃平面通过蜗杆曲线，端面齿廓为阿基米德螺旋线 1、缺点：蜗杆车制简单，精度和表面质量不高，传动精度和传动效率低。头数不宜过多。用：头数较少，载荷

3、较小，低速或不太重要的场合。图 7-2 阿基米德蜗杆 2）、法向直廓蜗杆（ZN 蜗杆）杆加工时，常将车刀的切削刃置于齿槽中线（或 法向剖面内，端面齿廓为延伸渐开线。点：常用端铣刀或小直径盘铣刀切制，加工简便，利于加工多头蜗杆，可以用砂轮磨齿，加工精度和表面质量较高。：用于机场的多头精密蜗杆传动。）、渐开线蜗杆（ZI 蜗杆）杆是齿面为渐开线螺旋面的圆柱蜗杆。用车刀加工时，刀具切削刃平面与基圆相切，端面齿廓为渐开线。缺点：可以用单面砂轮磨齿，制造精度、表面质量、传动精度及传动效率较高。用：用于成批生产和大功率、高速、精密传动，故最常用。1 、环面蜗杆传动特点：（1）、齿轮表面有较好的油膜形成条件，

4、抗胶合的承载能力和效率都较高；（2）、同时接触的齿数较多，承载能力为圆柱蜗杆传动的4 倍；（3）、制造和安装较复杂，对精度要求高；（4）、需要考虑冷却的方式。、锥面蜗杆传动 数多，重合度大，传动平稳，承载能力强；（2）、蜗轮用淬火钢制造，节约有色金属。图 7-6 锥面蜗 图 7-7 蜗轮的主要参数和几何尺寸 蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。在蜗杆传动的设计计算中，均以中间平面上的基本参参数 1、模数 m 和压力角 a 杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴向模数 mx1、压力角 x1 应与蜗轮的端面模数、mx1=mt2=m=t2=20 1 的螺旋角，

5、：螺杆的导程角。表 7-1 圆柱蜗杆的基本尺寸和参数 2、螺杆导程角 杆轴向齿距，px1=m（mm）；为导程角（）。导程角越大，传动效率越高，=55。传动效率高时，常取=1530，采用多头蜗杆。若要 3、蜗杆分度圆直径 d1 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的标准蜗杆分度圆直径 d1。大，其传动效率高，但会使蜗杆的强度、刚度降低。在蜗杆刚度允许的情况下，设计蜗杆传动时，要求传动效率高时，d1 可以选小值，当要求强度和刚度 4、蜗杆的头数 z1、蜗轮齿数 z2 和传动比 i 头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低，可以

6、实现自锁；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆要取决于传动比，即 z2=i z1。z2 不宜太小（如 z228)，否则将使传动平稳性变差。z2 也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮尺寸越大，刚度越小 1 0，常取 3280。z1、z2 之间最好互质，利于磨损均匀。（）5，10*，15，20*，25，30，40*，50，60，70，80*。带*的为基本传动比，优先选用。5、中心距：（）减少箱体类型，有利于标准化、系列化，国标中对一般圆柱蜗杆减速装置 的中心距推荐为：40，50，63，80，100，125，160，（180），200，（225），500。传动何尺寸 表 7-

7、2 蜗杆传动何尺寸 的失效形式、材料和精度.3.1 蜗杆传动的失效形式及设计准则 1、失效形式 疲劳点蚀、胶合、磨损及轮齿折断。间相对滑动速度 vs：（）及散热不良时，闭式传动易出现胶合，但由于蜗轮的材料通常 1 合时，蜗轮表面金属粘到蜗杆的螺旋面上，使、。蜗轮轮齿的磨损严重，尤其在开式传动和润滑油不清洁的闭式传动中。2、计算准则 式蜗轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数 z2 大于 90 时，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效。蜗轮常用材料及热处理 和蜗杆材料要有一

8、定的强度，还要有良好的减摩性、耐摩性和抗胶合能力。蜗杆传动常用青铜（低速时用铸铁）做蜗轮齿圈，与淬硬并磨制的钢制蜗杆相1、蜗杆材料及热处理 一般不重要的蜗杆用 45 钢调质处理；高速、重载但载荷平稳时用碳钢、合金钢，表面淬火处理；高速、重载且载荷变化大时，可采用合金钢渗碳淬火处理。表 7-3 蜗杆材料及热处理 2、蜗轮材料及许用应力 摩性、耐磨性好，抗胶合能力强，但价格高，用于相对滑动速度vs25m/s 的高速重要蜗杆传动中；冲击而且价格便宜，但抗胶合能力和耐磨性不如锡青铜，一般用于vs 10m/s 的蜗杆传动中；s 的低速、轻载、不重要的蜗杆传动中。表 7-3 锡青铜蜗轮的许用应力 1 表

9、7-4 铝铁青铜及铸铁蜗轮的许用应力 传动的精度等级 B 1008988 对普通圆柱蜗杆传动规定了 112 个精度等级 级依次降低，12 级为最低，69 级精度应用最多，6 级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，蜗轮圆周速度 v25m/s，7 级精度用于中等精度的运输/s，8 级精度一般用于一般的动力传动中，蜗轮圆周速度v23m/s，9 级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构，蜗轮圆周速度 v21.5m/s。的强度计算 蜗杆传动的受力分析 力分析与斜齿圆柱齿轮相似，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 下关系：1 图 7-8 蜗杆传动的受力分

10、析 传动的强度计算、蜗轮齿面接触疲劳强度计算 触疲劳强度的校核公式为：（）蜗杆对青铜或铸铁蜗轮(齿圈)配对 度的设计公式为：（）、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 核公式为：（）设计公式为：（）1 的效率、润滑和热平衡计算.5.1 蜗杆传动的效率 （）轮齿啮合齿面间摩擦损失的效率；考虑油的搅动和飞溅损耗时的效率；考虑轴承摩擦损失时的效率；大的因素，可由下式确定：（）程角；jv当量摩擦角。（）关系为：1 z1=1、2 时=传动的润滑 润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。润滑油：润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。润滑载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润

11、滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。润滑油量：润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上的热平衡计算 传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。如果产生的热量不能及时散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润滑状态，从而导 1 因摩擦功耗产生的热量为：（）冷却从箱壁散去的热量为：（）面的散热系数，自然通风良好时：K(14W/(m2)；在没有循环空气流动的场所：K W/(m2)；的可散热面积(m2)；A=A1+,A1 指箱体外壁与空气接触而内壁能被油飞溅到的箱

12、壳面积，A2 指箱体的散热片面积。油的工作温度()；t2环境温度()，一般取 20 。（）热平衡验算，一般 t190 度 t1 超过了t1,则首先考虑在不增大箱体尺寸的前提下，设法增加散热面积。如不能满足要求可用下列强制措施解决。1）在蜗杆轴端装设风扇；2）采用循环压力喷油冷却；3）在箱体油池内装蛇形官。轮的结构 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，如图7-10 所示。图 7-9 无退刀槽时螺旋部分的加 图 7-10 有退刀槽时螺旋部分的加工 的结构 1 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 图 7-11 蜗轮的结构