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8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸 8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料 8.3 蜗杆传动受力分析及强度计算 8.4 蜗杆传动的效率、润滑 和热平衡计算 8.5 蜗杆和蜗轮的结构 8.6 蜗杆传动的安装与维护. 第 8 章 蜗杆传动. 本章知识导读. 1. 主要内容 本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、强度计算以及热平衡计算。 2. 重点、难点提示 蜗杆传动的主要参数、受力分析及强度计算。 . 蜗杆传动. 8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸. 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮组成。
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8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸 8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料 8.3 蜗杆传动受力分析及强度计算 8.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 8.5 蜗杆和蜗轮的结构 8.6 蜗杆传动的安装与维护 第8章 蜗杆传动
本章知识导读 1.主要内容 本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、强度计算以及热平衡计算。 2.重点、难点提示 蜗杆传动的主要参数、受力分析及强度计算。
8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮组成。 用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。一般用作减速传动，广泛应用于各种机械设备和仪表中。 蜗杆传动
8.1.1 蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动的类型 按蜗杆的形状不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动(a)所示、圆弧面蜗杆传动(b)所示和锥面蜗杆传动(c)所示。
圆柱蜗杆按其齿廓曲线形状的不同，又可分为阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开线蜗杆(ZI型)、法面直廓蜗杆(ZN型)等几种。圆柱蜗杆按其齿廓曲线形状的不同，又可分为阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开线蜗杆(ZI型)、法面直廓蜗杆(ZN型)等几种。 阿基米德蜗杆，其端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向齿廓为直线。它一般在车床上用成型车刀切制。 按螺旋方向不同，蜗杆可分为左旋和右旋。 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
(1)传动比大，结构紧凑。单级蜗杆传动比i=5～80，若只传递运动(如分度机构)，其传动比可达1000。(1)传动比大，结构紧凑。单级蜗杆传动比i=5～80，若只传递运动(如分度机构)，其传动比可达1000。 (2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆齿呈连续的螺旋状，它与蜗轮齿的啮合是连续不断地进行的，同时啮合的齿数较多，故传动平稳，噪声小。 (3)可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。 蜗杆传动特点
(4)传动效率低。因蜗杆传动齿面间存在较大的相对滑动，摩擦损耗大，效率较低。一般为0.7～0.8，具有自锁性的蜗杆传动，效率小于0.5。(4)传动效率低。因蜗杆传动齿面间存在较大的相对滑动，摩擦损耗大，效率较低。一般为0.7～0.8，具有自锁性的蜗杆传动，效率小于0.5。 (5)蜗轮的造价较高。为减轻齿面的磨损及防止胶合，蜗轮一般要采用价格较贵的有色金属制造，因此造价较高。 蜗杆传动特点
8.1.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的剖面称为中间平面。 该平面为蜗杆的轴面或为蜗轮的端面。 在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。因此，该平面内的参数为标准值。
1.蜗杆传动的主要参数及其选择 蜗杆头数z1(齿数)即为蜗杆螺旋线的数目 z1少，效率低，但易得到大的传动比,z1多，效率提高，但加工精度难以保证。 一般取z1=1～4。 (1)蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i
蜗轮齿数z2 蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1。 齿数越多，蜗轮的尺寸越大，蜗杆轴也相应增长而刚度减小，影响啮合精度。故蜗轮齿数不宜多于100。但为避免蜗轮根切，保证传动平稳，蜗轮齿数z2应不少于28。一般取z2=28～80。
传动比 当蜗杆转过一周时，蜗轮将转过z1个齿， 故传动比为i=n1 /n2。n1、n2分别为蜗杆、蜗轮的转速，单位r/min。 表8-1 蜗杆头数Z1与蜗轮齿数的推荐值
(2)模数m和压力角α 蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、 压力角相等，即 ma1= mt2 = m aa1= at2=20°
（3）蜗杆的导程角λ和涡轮的螺旋角 蜗杆的轮齿成螺旋线形状绕于分度圆柱上，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端面的夹角λ称为蜗杆的导程角。
涡轮的螺旋角：左旋和右旋 正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且＝γ
根据啮合传动原理，轴交角为90°的蜗杆传动正确啮合条件为根据啮合传动原理，轴交角为90°的蜗杆传动正确啮合条件为 β为蜗轮的螺旋角，其旋向与λ相同
(4)蜗杆分度圆直径d1和直径系数q 表8-2 在切制蜗轮轮齿时，所用滚刀的直径和齿形参数必须与该蜗轮相啮合的蜗杆一致。 为了限制滚刀的数目以及便于滚刀的标准化，对于每一种模数的蜗杆，国家标准制定了蜗杆分度圆直径d1的标准值，并把d1 与m的比值称为蜗杆直径系数q，即 q=d1/m 当模数m一定时，q值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。
中心距 传动比 i
8.2.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则 8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和 常用材料 蜗杆传动的设计准则是:对闭式蜗杆传动，一般按齿面接触疲劳强度设计，必要时进行齿根弯曲疲劳强度校核。此外，还应做热平衡核算，限制工作温度。 对开式蜗杆传动，通常以保证齿根弯曲疲劳强度作为主要设计准则。当蜗杆直径较小而跨距较大时，还应作蜗杆轴的刚度验算。
蜗杆常用材料 蜗杆一般用碳钢或合金钢制成。 高速重载蜗杆常用低碳合金钢，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度56～62HRC。 中速中载蜗杆可用优质碳素钢或合金结构钢，如45、40Cr等。经表面淬火，表面硬度40～55HRC。 低速或不重要的传动，蜗杆可用45钢经调质处理，表面硬度小于270HBS。 8.2.2 蜗杆传动的常用材料及选择
蜗轮常用材料 蜗轮常用材料为青铜和铸铁。锡青铜耐磨性能及抗胶合性能较好，但价格较贵，常用的有ZCuSn10Pb(铸锡磷青铜)、CuSn5Pb5Zn5(铸锡锌铅青铜)等，用于滑动速度较高的场合。 铝铁青铜的力学性能较好，但抗胶合性略差。常用的有ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（铸铝铁镍青铜）等，用于滑动速度较低的场合。 灰铸铁只用于滑动速度vs≤2m./s的传动中。
8.3 蜗杆传动受力分析及强度计算 8.3.1 蜗杆传动的受力分析 由于蜗杆与蜗轮轴交错90°角，根据作用力与反作用力原理可得
蜗杆蜗轮受力方向的判别方法 一般先确定蜗杆(主动件)的受力方向。 其所受的圆周力Ft1的方向与转向相反，径向力Fr1的方向沿半径指向轴心，轴向力Fa1的方向取决于螺旋线的旋向和蜗杆的转向，按“主动轮左右手法则”来确定。 作用于蜗轮上的力可根据作用力与反作用力原理来确定。
8.3.2 蜗杆传动强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度计算可以参照斜齿轮 的计算方法进行。其校核公式为 K：载荷系数，K=1～1.3。 T2：蜗轮上的转矩，单位N·mm。 ［σH］蜗轮材料的许用接触应力，单位MPa。
8.3.2 蜗杆传动强度计算 蜗轮齿面接触疲劳强度的设计公式为 当蜗轮材料为铝铁青铜或灰铸铁时，其主要的失效形式为胶合，此时进行的接触强度计算是条件性计算。
8.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 8.4.1 蜗杆传动的效率（表8-7） 蜗杆传动的总效率为 η1、η2、η3分别为蜗杆传动的啮合效率、轴承效率和搅油效率。 决定蜗杆传动总效率的是η1，一般取η2 η3 =0.95～96。 效率与蜗杆头数的大致关系为： 闭式传动Z1 １ ２ ４ 总 效 率η0.7 ~0.75 0.75~0.82 0.82~0.92
在闭式蜗杆传动中，润滑方式可分为浸油润滑和压力喷油润滑。在闭式蜗杆传动中，润滑方式可分为浸油润滑和压力喷油润滑。 对于开式传动，则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂进行润滑。 8.4.2 蜗杆传动的润滑
单位时间内产生的发热量Q1为 8.4.3 蜗杆传动的热平衡计算
如果工作温度超过允许的范围，应采取下列措施以增加传动的散热能力:如果工作温度超过允许的范围，应采取下列措施以增加传动的散热能力: (1)在箱体外表面设置散热片，以增加散热面积A。 (2)在蜗杆轴上安装风扇。 (3)在箱体油池内安装蛇形冷却水管，用循环水冷却。 (4)利用循环油冷却。
蜗杆轴 8.5 蜗杆和蜗轮的结构 蜗杆的结构形式 铣制蜗杆是在轴上直接铣出螺旋部分，刚性较好。车制蜗杆，为便于车螺旋部分留有退刀槽，使轴径小于蜗杆根圆直径，削弱了蜗杆的刚度。
根据蜗杆传动的啮合特点，应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线，为此，蜗杆传动安装后，要仔细调整蜗轮的轴向位置，使其定位准确，否则难以正确啮合。根据蜗杆传动的啮合特点，应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线，为此，蜗杆传动安装后，要仔细调整蜗轮的轴向位置，使其定位准确，否则难以正确啮合。 8.6 蜗杆传动的安装与维护 蜗杆传动的安装位置要求 蜗杆传动的维护：蜗杆传动工作一段时间后应测试油温，如果超过油温的允许范围应停机或改善散热条件。还要经常检查蜗轮齿面是否保持完好。润滑对于保证蜗杆传动的正常工作及延长使用期限很重要。
