第5章蜗杆传动.pptx

5.1 5.1 概概 述述 一、蜗杆传动的特点及应用一、蜗杆传动的特点及应用 蜗杆传动蜗杆传动是一种在空间交错轴间传递运动的机构。两是一种在空间交错轴间传递运动的机构。两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为轴线交错的夹角可为任意值，常用的为9090。组成：组成：蜗杆：螺旋角很大的斜齿轮，蜗杆：螺旋角很大的斜齿轮，形如螺杆。形如螺杆。蜗轮：蜗轮：特殊的斜齿轮，螺母的特殊的斜齿轮，螺母的一部分一部分。从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺从整体看，蜗杆蜗轮齿面间的相对运动类似于螺旋传动。传动连续平稳、无噪音。旋传动。传动连续平稳、无噪音。因而可直接应用螺旋传动的某些结论（例如因而可直接应用螺旋传动的某些结论（例如传动效传动效率、自锁条件率、自锁条件等等）。等等）。蜗杆传动的主要特点：蜗杆传动的主要特点：2 2重合度大，传动平稳，噪声低；重合度大，传动平稳，噪声低；4 4摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式；5 5传动效率低，具有自锁性时，效率低于传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%40%。由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力传输中的应用受到限制。在动力传输中的应用受到限制。1 1传动比大，一般为传动比大，一般为i=10=10 8080，大的可达，大的可达10001000以上；以上；3 3可以实现自锁；可以实现自锁；其齿面一般是在车床上用直线刀刃的其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱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二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型 环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆圆柱蜗杆传动传动平面二次包络环面蜗杆平面二次包络环面蜗杆 平面包络蜗杆副的形成原理：平面包络蜗杆副的形成原理：平面二次包络环面蜗杆副的形成过程主要包括两次平面二次包络环面蜗杆副的形成过程主要包括两次包络运动包络运动 1.1.第一次包络运动是以一个平面齿蜗轮的齿面为第一次包络运动是以一个平面齿蜗轮的齿面为母面与蜗杆以一定的相对运动，包络出蜗杆的螺旋齿面；母面与蜗杆以一定的相对运动，包络出蜗杆的螺旋齿面；2.2.第二次包络运动是以第一次包络运动形成螺旋第二次包络运动是以第一次包络运动形成螺旋曲面为母面与蜗轮通过共轭运动包络出蜗轮齿面。曲面为母面与蜗轮通过共轭运动包络出蜗轮齿面。平面包络蜗杆副啮合过程有以下特点：平面包络蜗杆副啮合过程有以下特点：1.1.蜗杆轴向齿廓呈弧分布，同时接触齿数：蜗杆轴向齿廓呈弧分布，同时接触齿数：3 37 7个齿。个齿。2.2.蜗杆齿面经硬化处理后精确磨削而成，蜗杆齿面经硬化处理后精确磨削而成，齿面硬度：齿面硬度：HRCHRC 5050，粗糙度，粗糙度RaRa 0.80.8 3.3.加工工艺过程和成形过程完全一致，能加工工艺过程和成形过程完全一致，能够可靠的保证制造精度和啮合的理论状态。够可靠的保证制造精度和啮合的理论状态。4.4.齿面接处面积大于：齿面接处面积大于：70%70%5.5.蜗轮齿面上每时每刻都有两条同时出现的沿齿蜗轮齿面上每时每刻都有两条同时出现的沿齿宽方向不断从两端向中间推进的接触线，而且接触线与宽方向不断从两端向中间推进的接触线，而且接触线与相对速度方向的夹角接近相对速度方向的夹角接近9090度。度。6.6.齿面润滑角度大、动压油膜的形成及保持性好。齿面润滑角度大、动压油膜的形成及保持性好。因以上特点，所以它在当今世界上应用最普遍的五因以上特点，所以它在当今世界上应用最普遍的五种蜗杆运动中，以承载能力最大、传动效率最高、使用种蜗杆运动中，以承载能力最大、传动效率最高、使用寿命最长而越来越受到广大用户的欢迎。寿命最长而越来越受到广大用户的欢迎。缺点：蜗杆轴面或法面齿形均为曲线，制造与之相同齿缺点：蜗杆轴面或法面齿形均为曲线，制造与之相同齿形的滚刀时无法精确刃磨和高效铲磨出切削后角的切削形的滚刀时无法精确刃磨和高效铲磨出切削后角的切削刃来，这就限制了这种传动的大批量生产。刃来，这就限制了这种传动的大批量生产。三、三、蜗杆传动的精度蜗杆传动的精度 GB/T 10089-1988GB/T 10089-1988对普通圆柱蜗杆传动规定了对普通圆柱蜗杆传动规定了1212个精度个精度等级，等级，1 1级最高，级最高，1212级最低，其中级最低，其中6 69 9级应用最广。级应用最广。表表51蜗杆传动常用精度等级蜗杆传动常用精度等级精度等级精度等级36789蜗轮圆周速度蜗轮圆周速度/(m/s)101051.5使用条件使用条件机床的分度机构及机床的分度机构及发动机的调节系统发动机的调节系统等等中等精度中等精度的减速机的减速机不重要不重要的传动的传动装置装置不重要的低速、不重要的低速、手手动或开式传动中动或开式传动中5.2 5.2 普通圆柱蜗杆传动的普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算主要参数和几何尺寸计算 一、一、主要参数主要参数 中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。设计：潘存云中间平面中间平面20在此平面内，蜗轮蜗杆啮合相当于齿轮齿条啮合。在此平面内，蜗轮蜗杆啮合相当于齿轮齿条啮合。1.1.模数模数m m和压力角和压力角 蜗杆：轴向模数蜗杆：轴向模数m mx x1 1（1 1）模数）模数m m蜗轮：端面模数蜗轮：端面模数m mt t2 2相等且为相等且为标准模数标准模数（表（表5 52 2）。）。（2 2）压力角）压力角 ZAZA型蜗杆的轴向压力角为标准压力角，即型蜗杆的轴向压力角为标准压力角，即a ax x=20=20；2.2.蜗杆导程角蜗杆导程角 tgtg 1 1=z=z1 1 p px1x1/d/d1 1 =mz=mz1 1/d/d1 1 dd1 1p px1x1d d1 1 1 1 1 1z z1 1p px1x1 1 13.3.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1和直径系数和直径系数q d1=z1 m/tg 1 1 为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数m规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。定义：定义：直径直径d1与模数与模数m的比值称为蜗杆的直径系数。的比值称为蜗杆的直径系数。蜗杆的蜗杆的分度圆直径分度圆直径d1及直径系数及直径系数q值见表值见表5-25-2。4.4.传动比传动比i 、蜗杆头数、蜗杆头数z z1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z z2 2较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但的传动比，但传动效率传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为取为1 1、2 2、4 4、6 6。蜗轮齿数主要取决于传动比，即蜗轮齿数主要取决于传动比，即z z2 2=iz z1 1。（Z Z1 1与与Z Z2 2的荐用值表的荐用值表）（2 2）蜗杆头数）蜗杆头数z z1 1（3 3）蜗轮齿数）蜗轮齿数z z2 2（1 1）传动比）传动比 i二、蜗杆蜗轮的正确啮合条件二、蜗杆蜗轮的正确啮合条件蜗杆导程角与蜗轮螺旋角蜗杆导程角与蜗轮螺旋角旋向相同。旋向相同。1 1 1 1 2 2 1 1 2 2三、蜗杆传动的变位三、蜗杆传动的变位 变位的目的变位的目的 ：除能适当提高承载能力、传动效率以及避免根切除能适当提高承载能力、传动效率以及避免根切外，通常用于凑配中心距和在中心距外，通常用于凑配中心距和在中心距a a不变时增减蜗不变时增减蜗轮齿数来改变传动比，使之符合标准值或推荐值。轮齿数来改变传动比，使之符合标准值或推荐值。1 1）中心距改变，则）中心距改变，则aaaa，Z Z2 2不变传动比不变传动比i i1212不变不变 。2 2）中心距）中心距a a不变，不变，Z Z2 2改变改变 ,传动比传动比i i1212改变改变 。z z2 2=z z2 2 -2-2x x 变位前：变位前：变位后：变位后：四、蜗杆传动的几何尺寸计算四、蜗杆传动的几何尺寸计算 1.1.分度圆直径分度圆直径蜗杆：蜗杆：d d1 1 只能取标准值。只能取标准值。蜗轮：蜗轮：d d2 2=mz=mz2 22.2.中心距中心距 a=r1+r2=m(q+z2)/212Car1r2普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算名名称称计计算算公公式式蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径齿顶高齿顶高齿根高齿根高顶圆直径顶圆直径根圆直径根圆直径蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距径向间隙径向间隙中心距中心距蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮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)px1=pt2=px=mc=0.2 ma=0.5(d1+d2)m=0.5m(q+z2)3.3.其它几何尺寸其它几何尺寸 5.35.3蜗杆传动的滑动速度和效率蜗杆传动的滑动速度和效率 一、蜗杆传动的滑动速度一、蜗杆传动的滑动速度 （m/sm/s）在润滑良好时，相对滑动速度在润滑良好时，相对滑动速度越大，齿面间越容易形成油膜，越大，齿面间越容易形成油膜，f fv v(r rv v)减小减小,因而因而 1 1就愈高。所以在确就愈高。所以在确定传动方案时，常将蜗杆传动布置定传动方案时，常将蜗杆传动布置在高速级。但如果润滑不良，则会在高速级。但如果润滑不良，则会因摩擦发热严重而发生胶合。因摩擦发热严重而发生胶合。二、蜗杆传动的效率二、蜗杆传动的效率 1 1计及啮合摩擦损耗的效率；计及啮合摩擦损耗的效率；2 2计及轴承摩擦损耗的效率；计及轴承摩擦损耗的效率；3 3计及溅油损耗的效率；计及溅油损耗的效率；1 1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：所以所以 Z Z1 1效率与蜗杆头数的大致关系为：效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头数蜗杆头数总总 效效 率率 0.70 0.80 0.70 0.80 0.90 0.90 0.950.95式中：式中：蜗杆的导程角；蜗杆的导程角；v v当量摩擦角。当量摩擦角。5.4 5.4 蜗杆传动的失效形式和材料选择蜗杆传动的失效形式和材料选择 一、失效形式一、失效形式 主要失效形式：齿面胶合和点蚀。主要失效形式：齿面胶合和点蚀。闭式蜗杆传动：闭式蜗杆传动：蜗杆传动的失效形式有齿面点蚀、磨损、胶合和蜗杆传动的失效形式有齿面点蚀、磨损、胶合和轮齿折断等。轮齿折断等。蜗杆传动的工作齿面间相对滑动速度较大，增大蜗杆传动的工作齿面间相对滑动速度较大，增大了产生齿面胶合和磨损的可能性，尤其在润滑不良、了产生齿面胶合和磨损的可能性，尤其在润滑不良、散热条件不好时，齿面胶合的可能性更大。因此蜗杆散热条件不好时，齿面胶合的可能性更大。因此蜗杆传动的承载能力往往受材料副抗胶合能力的限制。传动的承载能力往往受材料副抗胶合能力的限制。设计准则：以蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计计设计准则：以蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计计算，然后校核轮齿的弯曲疲劳强度。对连续工作的传算，然后校核轮齿的弯曲疲劳强度。对连续工作的传动还必须进行热平衡计算。动还必须进行热平衡计算。1.1.蜗杆蜗杆 通常蜗杆用钢材。通常蜗杆用钢材。高速重载的蜗杆常用高速重载的蜗杆常用15Cr15Cr、20Cr20Cr渗碳淬火，或渗碳淬火，或4545钢、钢、40Cr40Cr淬火。淬火。低速中轻载的蜗杆可用低速中轻载的蜗杆可用4545钢调质。钢调质。二、材料选择二、材料选择 根据蜗杆传动的失效形式，要求蜗杆、蜗轮的材根据蜗杆传动的失效形式，要求蜗杆、蜗轮的材料不仅要有足够的强度，更重要的是有良好的减摩性、料不仅要有足够的强度，更重要的是有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力，且易跑合。故二者应用不同金耐磨性和抗胶合能力，且易跑合。故二者应用不同金属不同硬度的材料。属不同硬度的材料。主要失效形式：齿面磨损和轮齿折断。主要失效形式：齿面磨损和轮齿折断。开式蜗杆传动：开式蜗杆传动：设计准则：只需按齿根弯曲疲劳强度设计计算。设计准则：只需按齿根弯曲疲劳强度设计计算。(2)(2)铸造铝青铜铸造铝青铜如（如（ZCuAl9Fe4Ni4ZCuAl9Fe4Ni4）、）、（ZCuAl8Mn13Fe3Ni2ZCuAl8Mn13Fe3Ni2）等。其强度较高，铸造性能好，）等。其强度较高，铸造性能好，耐冲击，价格便宜，但抗胶合性能较前者差，仅适用耐冲击，价格便宜，但抗胶合性能较前者差，仅适用于速度不高（于速度不高（v vs s6m/s6m/s）的场合。）的场合。(3)(3)灰铸铁有灰铸铁有HT150HT150、HT200HT200等。仅用于相对滑动速度等。仅用于相对滑动速度较低（较低（v vs s2m/s2m/s）的场合。）的场合。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。灰铸铁等。2.2.蜗轮蜗轮 (1)(1)锡青铜如（锡青铜如（ZCuSn10P1ZCuSn10P1）、）、(ZCuSn10Zn2(ZCuSn10Zn2）、）、(ZCuSn5Pb5Zn5(ZCuSn5Pb5Zn5）等。它们的减摩性和抗胶合性能较好，）等。它们的减摩性和抗胶合性能较好，尤以前二者更好，用于相对滑动速度大于尤以前二者更好，用于相对滑动速度大于6m/s6m/s，允许滑，允许滑动速度可达动速度可达25m/s25m/s的较重要的场合。但价格较高。的较重要的场合。但价格较高。5.55.5普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算一、蜗杆传动的受力分析及计算载荷一、蜗杆传动的受力分析及计算载荷1.1.受力分析受力分析F Fr1r1F Fr2r2F Fr1r1F Fr2r2F Fa2a2F Ft1t1F Ft1t1F Fr1r1=-F=-Fr2r2F Ft1t1=-F=-Fa2a2F Fa1a1=-F=-Ft2t2F Fa1a1：主动轮左右手定则。：主动轮左右手定则。n n1 1n n2 2T T2 2n n1 1n n1 1T T1 1F Fa1a1F Fa1a1F Ft2t22.2.计算载荷计算载荷 F Fc c=KF=KFn nK-K-载荷系数载荷系数 K K=K KA AK Kv vK K K KA A工况系数，其意义与齿轮传动相似，由表工况系数，其意义与齿轮传动相似，由表5-75-7查取；查取；K Kv v动载系数。由于蜗杆传动比较平稳，所以动载系数。由于蜗杆传动比较平稳，所以K Kv v较较小，当小，当v2 23m/s3m/s时，取时，取K Kv v=1=1 1.11.1，当，当v2 23m/s3m/s时，取时，取K Kv v=1.1=1.1 1.21.2；K K 载荷分布不均匀系数。当载荷稳定时，由于蜗载荷分布不均匀系数。当载荷稳定时，由于蜗轮材料较软而易于跑合，使偏载现象得到改善时，轮材料较软而易于跑合，使偏载现象得到改善时，K K =1=1；当载荷变化大或有冲击振动，蜗杆变形不固；当载荷变化大或有冲击振动，蜗杆变形不固定，不可能因跑合而使载荷分布均匀时，定，不可能因跑合而使载荷分布均匀时，K K =1.1=1.1 1.31.3。蜗杆刚度大时取小值，反之应取大值。蜗杆刚度大时取小值，反之应取大值。二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度的验算式蜗轮齿面接触疲劳强度的验算式 :齿面接触疲劳强度设计公式齿面接触疲劳强度设计公式:式中式中 s sH H蜗轮齿面的最大接触应力（蜗轮齿面的最大接触应力（MPaMPa）；）；Z ZE E材料的弹性系数。对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗材料的弹性系数。对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆配对时，取杆配对时，取 ;s sH H 蜗轮材料的许用蜗轮材料的许用接触应力接触应力（MPaMPa）。）。二、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算二、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算 蜗轮轮齿齿根弯曲疲劳强度验算式蜗轮轮齿齿根弯曲疲劳强度验算式 ：Y YFaFa2 2蜗轮的齿形系数，按蜗轮的当量齿数蜗轮的齿形系数，按蜗轮的当量齿数由表由表10108 8查取；查取；s sF F 蜗轮的许用弯曲应力（蜗轮的许用弯曲应力（MPaMPa）；）；s sF F=s sF F 0 0 Y YN N；Y YN N为弯曲寿命系数。为弯曲寿命系数。s sF F 0 0 应力循环次数应力循环次数N N=10=106 6时，计入齿根应力修正时，计入齿根应力修正系数后蜗轮的基本许用弯曲应力，由表系数后蜗轮的基本许用弯曲应力，由表10-910-9查取。查取。应力循环次数应力循环次数N N2 2的取值范围为：材料为铸铁时，的取值范围为：材料为铸铁时，10106 6N N2 26106106 6，当其材料为青铜或黄铜时，当其材料为青铜或黄铜时，10106 6N N2 2251025107 7；第七节第七节 圆柱蜗杆的刚度计算圆柱蜗杆的刚度计算 在进行蜗杆刚度校核时，近似地将其视为全长上在进行蜗杆刚度校核时，近似地将其视为全长上具有与其根径等截面的轴，计算其中央截面的挠度具有与其根径等截面的轴，计算其中央截面的挠度y y，应满足如下条件，应满足如下条件 F Ft t1 1、F Fr r1 1分别为蜗杆的圆周力和径向力（分别为蜗杆的圆周力和径向力（N N）；）；蜗杆的支点跨距（蜗杆的支点跨距（mmmm），初步计算时可近似取），初步计算时可近似取 (1.3(1.3 1.5)a1.5)a；E E蜗杆材料弹性模量（蜗杆材料弹性模量（MPaMPa）;y y 许用最大挠度，许用最大挠度，y y=0.001=0.001d d1 1 第八节第八节 蜗杆传动的润滑与热平衡计算蜗杆传动的润滑与热平衡计算 一、蜗杆传动的润滑一、蜗杆传动的润滑 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。齿轮传动的润滑相近。润滑油润滑油润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。和运转条件选用。润滑对蜗杆传动有着特别重要的意义。设计蜗杆传润滑对蜗杆传动有着特别重要的意义。设计蜗杆传动应包括润滑设计，即应合理地用油和选择适当的润滑动应包括润滑设计，即应合理地用油和选择适当的润滑方式。方式。实验证明，当啮合条件、箱体结构、工作环境等一实验证明，当啮合条件、箱体结构、工作环境等一定时，蜗杆传动的承载能力、效率与润滑油的粘度、粘定时，蜗杆传动的承载能力、效率与润滑油的粘度、粘度指数及添加剂有关。度指数及添加剂有关。润滑油粘度及给油方式润滑油粘度及给油方式 润滑油量润滑油量一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，方法包括：油池润滑、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。喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产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，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；当蜗杆上置时，浸油浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的深度约为蜗轮外径的1/31/3。二、热平衡计算二、热平衡计算 为使油温保持在允许范围内，对连续工作的闭式为使油温保持在允许范围内，对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。蜗杆传动要进行热平衡计算。系统因摩擦功耗产生的热量为：系统因摩擦功耗产生的热量为：经箱体散发热量的相当功率经箱体散发热量的相当功率P Pc c为为 在热平衡条件下可得：在热平衡条件下可得：A A有效散热面积（有效散热面积（m m2 2），即内表面能被油浸到或溅），即内表面能被油浸到或溅到，而外表面又能被空气冷却的表面，箱体的凸缘到，而外表面又能被空气冷却的表面，箱体的凸缘及散热片以及散热片以50%50%面积计算；面积计算；K Ks s箱体散热系数（箱体散热系数（W/mW/m2 2）。自然通风时，一般为）。自然通风时，一般为8 8 17W/m17W/m2 2，周围空气流通良好时取大值；，周围空气流通良好时取大值；t t0 0环境温度（环境温度（），通常取），通常取t t0 0=20=20；t t1 1 油池润滑油许用工作温度（油池润滑油许用工作温度（），通常），通常 t t1 1=70=70 9090（）。）。在设计时，在设计时，A A为未知，可按下式粗估需要的散为未知，可按下式粗估需要的散热面积，即热面积，即 蜗杆传动的散热措施：蜗杆传动的散热措施：当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：1.1.加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。以加速空气流通。2.2.加冷却管路或散热器冷却。加冷却管路或散热器冷却。第九节第九节 蜗杆与蜗轮的结构设计蜗杆与蜗轮的结构设计 一、蜗杆的结构一、蜗杆的结构蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一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。与蜗杆分开制作。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加有退刀槽，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。工，但该结构的刚度较前一种差。二、蜗轮的结构二、蜗轮的结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了为了减摩的需要，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，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：形式如下：整体式蜗轮整体式蜗轮配合式蜗轮配合式蜗轮拼铸式蜗轮拼铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮螺栓联接式蜗轮例例10-110-1：设计带式运输机传动方案：设计带式运输机传动方案中的闭式普通圆中的闭式普通圆柱蜗杆传动。已知：电动机（柱蜗杆传动。已知：电动机（Y160M-4Y160M-4）额定功率）额定功率P Peded=11kW=11kW，转速，转速n n1 1=1460r/min=1460r/min，传动比，传动比i i=21=21，单向转，单向转动，载荷轻微冲击，双班制，使用寿命动，载荷轻微冲击，双班制，使用寿命1010年（每年工年（每年工作作250250天）。天）。解解：采用阿基米德蜗杆传动采用阿基米德蜗杆传动 1 1选择材料及热处理方式选择材料及热处理方式 蜗杆选用蜗杆选用4545钢，表面淬火处理，钢，表面淬火处理，HRCHRC4545。蜗轮材料。蜗轮材料选用选用ZCuSn10P1ZCuSn10P1，砂模铸造。，砂模铸造。2 2确定蜗杆头数确定蜗杆头数z z1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z z2 2 由表由表10-2 10-2 取取z z1 1=2=2，则，则z z2 2=iziz1 1=212=42=212=42 3 3按齿面接触强度确定主要参数（由式按齿面接触强度确定主要参数（由式10-1110-11）（1 1）蜗轮传递的转矩）蜗轮传递的转矩T T2 2 由由z z1 12 2，初取，初取=0.80=0.80 查手册：查手册：联联0.990.99，轴承轴承0.990.99（滚动轴承），（滚动轴承），啮啮0.80 0.80（2 2）确定载荷系数）确定载荷系数K K 由表由表10-5 10-5 查得查得K KA A=0.95=0.95，假设，假设v v2 23m/s 3m/s 取取K Kv v=1.0 =1.0 因工作载荷变动较小，蜗轮齿圈材料软，易跑合，因工作载荷变动较小，蜗轮齿圈材料软，易跑合，取取K K=1.0=1.0 则：则：K K=K KA AK Kv vK K=0.951.01.0=0.95=0.951.01.0=0.95（3 3）确定许用接触应力）确定许用接触应力 s sH H s sH H=Z ZN N s sH H 0 0 由表由表10-610-6查得查得 s sH H0 0=200MPa=200MPa N N2 2=60=60anan2 2t t=60169.51025082=1.710=60169.51025082=1.7108 8 因因N N2 2的取值范围为：的取值范围为：2.6102.6105 5N N2 2251025107 7 此处取此处取 N N2 2=2510=25107 7 故故 s sH H=Z ZN N s sH H 0 0=0.67200=134MPa=0.67200=134MPa（4 4）弹性系数）弹性系数 （5 5）确定蜗杆模数）确定蜗杆模数m m和分度圆直径和分度圆直径d d1 1 查表查表10101 1得得m m=10mm=10mm，d d1 1=90mm=90mm 4 4验算蜗轮圆周速度验算蜗轮圆周速度v v2 2、相对滑动速度、相对滑动速度v vs s及总效率及总效率 蜗轮分度圆直径蜗轮分度圆直径 d d2 2=mzmz2 2=1042=420mm=1042=420mm 与原假设相符，取与原假设相符，取K Kv v1.01.0合适。合适。查表查表10104 4得：得：与假设与假设 0.800.80不符。不符。验算：当验算：当 0.8750.875时，时，故原设计所取故原设计所取m m=10mm=10mm、d d1 1=90mm=90mm仍满足要求。仍满足要求。5 5验算蜗轮齿根弯曲强度（由式验算蜗轮齿根弯曲强度（由式10-1210-12）（1 1）上式中）上式中 K K、T T2 2、d d1 1、d d2 2、m m和和 同前同前 （2 2）确定）确定Y YFaFa2 2 查表查表10108 8得得Y YFaFa2 2=1.48=1.48（3 3）确定许用弯曲应力）确定许用弯曲应力 s sF F s sF F=Y YN N s sF F 0 0 由表由表10-910-9查得查得 由前计算可知由前计算可知N N2 2=1.710=1.7108 8，因，因N N2 2的取值范围为的取值范围为10105 5N N2 2251025107 7，故取，故取N N2 2=2510=25107 7 蜗轮轮齿弯曲强度足够。蜗轮轮齿弯曲强度足够。6 6、热平衡计算略（因不是连续工作）、热平衡计算略（因不是连续工作）7 7、主要几何参数、主要几何参数 m m=10mm=10mm，z z1 1=2=2，z z2 2=42=42，=12.53=123148=12.53=123148 d d1 1=90mm=90mm，d d2 2=420mm=420mm，蜗轮喉圆直径蜗轮喉圆直径 d da a2 2=d d2 2+2+2h ha a2 2=420+2110=420+2110440 mm 440 mm 齿顶圆直径齿顶圆直径 d da a1 1=d d1 1+2+2h ha a1 1=90+2110=90+2110110 mm 110 mm d de e2 2=d da a2 2+1.5+1.5m m=440+1.510=440+1.510455 mm 455 mm 齿根圆直径齿根圆直径 d df f1 1=d d1 1-2-2h hf f1 1=90-21.210=90-21.21066 mm 66 mm d df f2 2=d d2 2-2-2h hf f2 2=440-21.210=440-21.210416 mm 416 mm 7 7、结构设计从略。、结构设计从略。例例10-210-2：电炉炼钢车间有一普通圆柱蜗杆减速器。：电炉炼钢车间有一普通圆柱蜗杆减速器。其输入功率其输入功率P P1 1=3kW=3kW，蜗杆头数，蜗杆头数z z1 1=2=2，要求工作时油，要求工作时油温不超过温不超过8080C C，三班制连续工作，试进行该减速器，三班制连续工作，试进行该减速器的热平衡校核计算。该减速器的主要外廓尺寸如图的热平衡校核计算。该减速器的主要外廓尺寸如图所示（忽略凸缘及筋板的散热，近似计算）。所示（忽略凸缘及筋板的散热，近似计算）。解解：由热平衡验算式（：由热平衡验算式（10-1310-13）1 1求箱体的散热面积求箱体的散热面积A A 由例由例10-210-2图所示，其散热面积图所示，其散热面积A A可粗略按下式计算可粗略按下式计算 2.2.效率效率 当当z z1 1=2=2时，可取时，可取=0.8=0.8；3 3散热系数散热系数K KS S 自然通风，此时可取自然通风，此时可取K KS S=12W/m=12W/m2 2；4 4、设环境温度、设环境温度t to o=20=20，已知，已知P P1 1=3kW=3kW 故该蜗杆减速器满足热平衡要求。故该蜗杆减速器满足热平衡要求。它与蜗杆、蜗轮材料性质及组合有关。它与蜗杆、蜗轮材料性质及组合有关。（1 1）当钢蜗杆与）当钢蜗杆与s sB B300MPa300MPa的锡青铜蜗轮相配时，的锡青铜蜗轮相配时，蜗轮齿面的失效形式主要是齿面点蚀，此时蜗轮齿面的失效形式主要是齿面点蚀，此时 s sH H 值与值与应力循环次数有关，由下式确定。应力循环次数有关，由下式确定。式中式中 s sH H0 0 应力循环次数应力循环次数N N2 2=10=107 7时，蜗轮材料的时，蜗轮材料的基本许用接触应力（基本许用接触应力（MPaMPa），由表），由表10-610-6选取。选取。Z ZN N接触寿命系数。接触寿命系数。N N2 2为蜗轮齿面应力循环次数，为蜗轮齿面应力循环次数，N N2 2=60=60anan2 2t t （2 2）当钢蜗杆与铸铁或）当钢蜗杆与铸铁或s sB B300MPa300MPa的无锡青铜蜗轮相的无锡青铜蜗轮相配时，蜗轮齿面的承载能力取决于抗胶合能力，通过配时，蜗轮齿面的承载能力取决于抗胶合能力，通过限制齿面接触应力限制齿面接触应力s sH H的值来防止齿面胶合的发生，因的值来防止齿面胶合的发生，因此要根据抗胶合条件来选取许用接触应力，它和蜗轮此要根据抗胶合条件来选取许用接触应力，它和蜗轮副的材料组合和相对滑动速度副的材料组合和相对滑动速度v vs s有关，而与应力循环次有关，而与应力循环次数数N N2 2无关。无关。s sH H 由表由表10-710-7查取。查取。