第十章蜗杆运动与螺旋传动Word文档格式.docx

1、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。图10-5阿基米德蜗杆 图10-6渐开线蜗杆如图10-6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。第二节：普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数 m压力角a、蜗杆头数Z1、

2、蜗轮齿数Z2和传动比i等。进行蜗杆传动的设计时，首先要正确地选择参数。1.模数m和压力角和齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数。为保证轮齿的正确 啮合，蜗杆的轴向模数 ma1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 ，且两者螺旋方向相同。即：al t22.蜗杆的分度圆直径 di和导程角如图10-7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。可得：+ ZiPal Zimtg Y - （10-1）d1 d1式中：pai为蜗杆轴向齿距（mm）; di为蜗杆分度圆直径（mm ）

3、。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 值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传动，应采用 40Z143423121Z228 3227 5228 7250 8128 80表10-2蜗杆基本参数（工 =90 0）（摘自GB/T10085-88）模数m（mm）分度圆直径d1（mm）蜗杆头数直径系数q2 m d1 （mm）31818.0006.3（80）r 1,2, 412.69831751.252016.00031.2511217.778444522.417.920358（63）1,2, 47.87540321.612.50051.280M, 2

4、, 4, 610.00053762817.50071.68（100）64002（18）9.0007214089601,2, 4, 611.20089.610（71）7.1007100（28）14.00090900035.517.750142（112）112002.5（22.4）8.9601601600017512.5（90）7.20014062（35.5）14.200221.91750045281（140）218753.158.8892782003125011.27352167.0002867214.286447.58.7503584056556（180）11.25046080.5）50425

5、015.6256400064056000（50）8008.000711136（224）896005（40）100031515.7501260005012502511250012.60015751250002250（280）1750007. 9361985400250000632500注：表中模数和分度圆直径仅列出了第一系列的较常用数据。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:a 2（d1 d2） （ 10-4）规定标准中心距为 40、50、63、80、100、125、160、（ 180）、200、（ 225）、250、（280）、31

6、5、（ 355）、400、（450）、500。在蜗杆传动设计时中心距应按上述标准圆整。二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表10-3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=1.2 md1= mqd2= m Z2齿顶圆直径da仁 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 = 0.2 m蜗杆轴向齿距蜗轮端面齿距Pa1= Pt2= JI m蜗杆分度圆导程角 蜗轮分度圆螺旋角arctan（z /q）中心距a 芳（q Z2

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 4 da2蜗轮外圆直径Z1=1, de2 da2+2 mz1=2、3, de2 da2+1.5 mZ1=46, de2 da2+ m蜗轮轮缘宽度Z1=1、2 b 0.75da1 z仁 46, b 0.67 da1第三节：蜗杆传动的失效形式、材料及结构一、 蜗杆传动的失效形式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。

8、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 发生在蜗轮轮齿上。 在闭式传动中，蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；在开式传动中，主 要失效形式是磨损。二、 蜗杆、蜗轮的材料1.蜗杆材料蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。对高速重载传动常用 15Cr、20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度5662HRC,须经磨削。对中速中载传动，蜗杆材料可用45、40Cr、35SiMn 等，表面淬火，表面硬度 4555HRC，须要磨削。对速度不高，载荷不大的蜗杆，材料可用45钢调质或正火处理，调质硬度 220270HBS。2.蜗轮材料蜗轮材料可参考相对滑动速度 Vs来选择。铸造锡青铜抗胶合性、

9、耐磨性好，易加工，允许的滑动速度 vs高，但强度较低，价格较贵。一般 ZCuSn10P1允许滑动速度可 25m/s,ZCuSn5Pb5Zn5常用于vs 1.7时才采用蜗杆齿圈套装在轴上的型式）。车制蜗杆需有退刀槽，d=df -（24）mm，故刚性较差（图a）；铳削 蜗杆无退刀槽时d可大于df（图b），刚性较好。2.蜗轮的结构蜗轮结构分为整体式和组合式两种，如图 10-9所示。图a）所示的整体式蜗轮用于铸铁蜗轮及直径小于100mm的青铜蜗轮。图b）、c）、d）均为组合式结构，其中图 b）为齿圈式蜗轮，轮芯用铸铁或铸钢制造，齿圈用青铜材料，两者采用过盈配合（ H7/S6或H7/r6），并沿配合面安

10、装46个紧定螺钉，该结构用于中等尺寸而且工作温度变化较小的场合。图 c）为螺栓式蜗轮，齿圈和轮芯用普通螺栓或铰制孔螺栓连接，常用于尺寸较大的蜗轮。图 d）为镶铸式蜗轮，将青铜轮缘铸在铸铁轮芯上然后切齿，适用于中等尺寸批量生产的蜗轮。b）c）d）图10-9蜗轮结构第四节：蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算啮合效率n 1是总效率的主要部分,tan1 tan（ v）通常取n 2n 3= 0.950.97,故有:1 2 3 （ 10-5 ）蜗杆为主动件时啮合效率按螺旋传动公式求出：（0.950-97）ianr） 为蜗杆螺旋升角（导程角）；V为当量摩擦角，（10-6）表10-4当量摩擦系数fv和当量摩擦角

11、p v蜗轮材料锡青铜铝青铜灰铸铁蜗杆齿面硬度 45HRC45HRC滑动速度vs （m/s）:fvpvp v0.010.1106o17 /0.1206o51 /0.18010o12,0.01810o12 /0.19010o45 0.050.090o5 090.1005o43,0.1407o58，0.1609o05 /0.100.0804o34 /5o09 /0.1307o24/7o24，7o58 /0.250.0653o43 /0.0754o17，5o43/0.500.0553o09 /3o43,5o09/5o43 /1.000.0452o35 /0.0704o00 /1.500.0402o17

12、 /0.0502o52,2.000.0352o00 /2o35,2.500.0301o43 /2o17,3.000.0281o36 /4.000.0241o22 /0.0311o47，5.000.0221o16 /0.0291o40 /8.001o02 /0.0261o29，1o43，10.00.0160o55 /1o22，15.00.0140o48 /0.0201o09 /24.00.0130o45 /对于硬度45HRC的蜗杆，p V值系指RaV 0.321.25卩m，经跑合并充分润滑的情况。 在初步计算时，蜗杆的传动效率可近似取下列数值：表10-5蜗杆的传动效率选择闭式传动6n0.70.7

13、50.750.820.820.920.860.95开式传动n = 0.600.70、蜗杆传动的润滑开式传动则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。闭式蜗杆传动用油池润滑，在vsW 5m/s时常采用蜗杆下置式， 浸油深度约为一个齿高， 但油面不得超过蜗杆轴承的最低滚 动体中心，润滑对蜗杆传动特别重要，因为润滑不良时， 蜗杆传动的效率将显著降低， 并会导致剧烈的磨损和胶合。 通常采用粘度较大的润滑油， 为提高其抗胶合能力， 可加入油性添加剂以提高油膜的刚度，但青铜蜗轮不允许采用活性大的油性添加剂，以免被腐蚀。闭式蜗杆传动的润滑油粘度和润滑方法可参考表 10-6选择。表10-6蜗杆传动的润滑油粘度及

14、润滑方法滑动速度vs （m/s）5 1010 1515 25工作条件重载中载运动粘度u 4oc （mm 2/s）68032022015010068润滑方法浸 油浸油 或喷油喷油润滑，油压（MPa）0.070.20.3三、蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动效率低，发热量大，若产生的热量不能及时散逸，将使油温升高，油粘度下 降，油膜破坏，磨损加剧，甚至产生胶合破坏。因此对连续工作的蜗杆传动应进行热平衡计 算。在单位时间内，蜗杆传动由于摩擦损耗产生的热量为：Q 1000R（1 ） WP1蜗杆传动的输入功率（KW）； n蜗杆传动的效率。自然冷却时单位时间内经箱体外壁散逸到周围空气中的热量为：Q2 Ks A（

15、t1 t） WKs为散热系数，可取 Ks=（817）W/m2 C，通风良好时取大值； A为散热面积（m2）;t1为箱体内的油温，一般取许用油温 t1 =6080C，最高不超过 90C； t0为周围空气的温度，通常取to=2O C。按热平衡条件Qi= Q2,可得工作条件下的油温为:A。在蜗杆轴上装风扇（图 10-10a）,提高散热系数，此时 Ks 2028W/m2 C。加冷却装置。在箱体油池内装蛇形冷却管（图 10-10b）,或用循环油冷却（图10-10C）。图10-11螺旋千斤顶第五节：螺旋传动简介一、螺旋传动的组成、特点和应用螺旋传动由螺杆、 螺母和机架组成，主要用于把回转运动变为直线运动，

16、 同时传递运动和动力。运动准确性高，且有很大的减速比；工作平稳、无噪声，可以传递很大的轴向力。螺旋 机构的结构简单，制造方便，螺旋传动在各种机械产品上，如仪器仪表、工装夹具、测量工具等方面得到广泛应用。、螺旋传动的分类1.螺旋传动按其用途和受力情况分为如下三类。（1） 传力螺旋。它主要用来传递轴向力， 要求用较小的力矩转动螺杆（或螺母）而使螺母（或螺杆）产生直线移动和 较大的轴向力，例如：螺旋千斤顶（图 10-11 ）和螺旋压力机的螺旋等。（2） 传导螺旋。它主要用来传递轴向力，要求具有较高 的传动精度，例如车床刀架和进给机构的螺旋等。（3） 调整螺旋。它主要用来调整和固定零件或工件的相 互位

17、置，不经常传动，受力也不大，如车床尾座和卡盘头的 螺旋等。这些螺旋传动一般采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形 螺纹，其主要特点是结构简单， 运转平稳无噪声，便于制造, 易于自锁，但传动效率较低，摩擦和磨损较大等。2.螺旋传动按其螺旋副的摩擦情况来分类（ 1）滑动螺旋滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。 滑动螺旋通常采用梯形螺纹 和锯齿形螺纹， 其中梯形螺纹应用最广， 锯齿形螺纹用于单面受力。 矩形螺纹由于工艺性较 差强度较低等原因应用很少 ; 对于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。一般螺纹升程和摩擦系数都不大， 因此虽然轴向力F相当大，而转矩T则相当小。传力螺旋就是

18、利用这种工作原理获得机械增益的。 升程越小则机械增益的效果越显著。 滑动螺旋 传动的效率低，一般为 3040%,能够自锁。而且磨损大、寿命短，还可能出现爬行等现 象。（2）滚动螺旋用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动, 又称滚珠丝杠传动。 滚动体通常为滚珠,也有用滚子的。滚动螺旋传动的摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精 度和轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差, 但远比滑动螺旋传动为好。 滚动螺旋传动的效率一 般在 90%以上。它不自锁,具有传动的可逆性；但结构复杂,制造精度要求高,抗冲击性 能差。 它已广泛地应用于机床、 飞机、船舶和汽车等要求高精度或高效率的场合。 滚动螺旋 传动的结构型式,按滚珠循环方式分外循环和内循环。外循环的导路为一导管 , 将螺母中几圈滚珠联成一个封闭循环。内循环用反向器,一个螺母上通常有 24个反向器,将螺母中滚珠分别联成 2 4 个封闭循环,每圈滚珠只在本圈内运动。外