蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算.docx

一、蜗杆传动的效率
蜗杆传动的功率损耗一般包括三部分：啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗和溅油损耗。因此，蜗杆传动的总效率为：
η=η1η2η3
其中，η1为啮合效率，η2为轴承效率，η3为溅油损耗效率。在一般情况下，η2η3= 0.95 ~0.97。
对于动力传动，通常只考虑啮合效率η1，其计算公式为：
η1=tanγ/tan（γ+ρv)
式中，γ为蜗杆的导程角，ρv为当量摩擦角。
当量摩擦角ρv与蜗杆和蜗轮的材料、表面粗糙度以及滑动速度vs有关。滑动速度vs可由下式计算：
vs=v1/cosγ
其中，v1为蜗杆的圆周速度，v1=πd1n1/（60×1000)，d1为蜗杆分度圆直径，n1为蜗杆转速。

二、蜗杆传动的润滑
1. 润滑的重要性
良好的润滑对于蜗杆传动至关重要。它可以降低摩擦损耗，提高传动效率，减少磨损和发热，延长蜗杆传动的使用寿命。
2. 润滑剂的选择
一般情况下，蜗杆传动推荐使用黏度较高的润滑油。对于闭式蜗杆传动，常用的润滑油有极压工业齿轮油等。具体的黏度选择需要根据滑动速度、载荷性质等因素确定。在选择润滑油时，还需考虑蜗杆和蜗轮的材料，例如对于青铜蜗轮，应避免使用含活性硫的润滑油，以免腐蚀蜗轮。

3. 润滑方式
油池润滑：当蜗杆圆周速度v1≤10m/s时，通常采用油池润滑。此时，蜗轮浸油深度以能保证其最下面的轮齿全部浸入油中为宜。对于下置蜗杆，浸油深度约为一个齿高；对于上置蜗杆，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。
喷油润滑：当蜗杆圆周速度v1 > 10m/s时，由于油池润滑会因搅油损耗过大而导致油温过高，此时应采用喷油润滑。喷油嘴应位于蜗杆啮入端，喷油压力根据蜗杆圆周速度大小而定，一般为0.1~0.3MPa。

三、蜗杆传动的热平衡计算
1. 热平衡计算的目的
蜗杆传动由于效率较低，工作时会产生大量的热量。如果这些热量不能及时散发出去，会导致油温升高，使润滑油黏度下降，润滑性能恶化，从而加剧磨损，甚至导致胶合失效。热平衡计算的目的就是要保证在连续工作条件下，油温不超过允许值。
2. 热平衡方程
在单位时间内，蜗杆传动产生的热量H1与散发的热量H2相等时，达到热平衡状态。
产生的热量H1=1000P1(1-η)
式中，P1为蜗杆输入功率（kW），η为蜗杆传动的总效率。
散发的热量H2=KsA（t1-t0）
式中，Ks为散热系数，A为散热面积，t1为油温，t0为周围空气温度。
由热平衡方程H1=H2可得：
t1=t0+1000P1(1-η)/KsA
3. 散热措施
如果热平衡计算所得的油温t1超过允许值（一般为60~70℃），可采取以下散热措施：

增加散热面积：合理设计箱体结构，如在箱体上铸出或焊上散热片。
提高散热系数：在蜗杆轴上安装风扇，加强空气流动，可使散热系数提高。
采用冷却装置：如在油池中设置冷却水管，或采用循环油冷却等方式。