12.1重点内容提要 12.1.1教学基本要求 1.了解蜗杆传动的特点、类型及主要失效形式。 2.掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算。 3.掌握普通蜗杆蜗轮的常用材料、结构形式及润滑方式。 4.掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析，设计准则及圆柱蜗杆传动强度计算。 5.了解蜗杆传动中的效率计算和热平衡计算的意义和方法。 12.1.2蜗杆传动的特点及类型，及主要失效形式 蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，它用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两交错轴角为 90°。传动中一般蜗杆是主动件。 1.蜗杆传动的特点：传动比很大、结构紧凑、传动平稳、噪声小，但传动效率低、磨损大、成本高。 2.蜗杆传动的类型 (1)阿基米德蜗杆：在包含轴线的截面内为侧边呈直线的齿条，而在垂直于蜗杆轴线的截面内为阿基米 德螺旋线。 (2)渐开线蜗杆：在垂直于蜗杆轴线的截面内为渐开线，在包含蜗杆轴线的截面内为凸廓线。 3.蜗杆传动的主要失效形式 蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损。这主要是因为蜗杆传动两构件间相对滑动速度很大而 引起的。 12.1.3蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 蜗杆传动的主要参数有以下四组： 1.模数和压力角： 2.传动比i、蜗杆头数马1和蜗轮齿数乙1； 蜗杆直径系数生和导程騙广 4.中心距《 其几何尺寸计算的要点及要注意的事项有： 1.蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算都是在中间平面上进行的。中间平面是通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮 轴线的平面，蜗杆传动在中间平面上相当于齿轮齿条传动。 2.蜗杆头数推荐选取弓=1,2，4。头数越多，传动效率越高，但蜗杆加工困难；头数少，传动比 大，但传动效率低：单头蜗杆可以自锁。 3.需要特别注意的是：蜗杆传动传动比1=4/%，=名，/名≠d,/d;中心距a=05mg+名，)≠05m名+2，)， 4,蜗杆号程角Y:绍=m%/d=名/9。导程角Y越大，蜗杆传动的效率越高。 5,蜗杆直径系数9的3引入是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径标准化。M一定时， 生越大， 则蜗杆轴的刚度及强度相应增大；乙一定时，9越小，则丫越大，传动效率越高
12.1 重点内容提要 12.1.1 教学基本要求 1.了解蜗杆传动的特点、类型及主要失效形式。 2.掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算。 3.掌握普通蜗杆蜗轮的常用材料、结构形式及润滑方式。 4.掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析，设计准则及圆柱蜗杆传动强度计算。 5.了解蜗杆传动中的效率计算和热平衡计算的意义和方法。 12.1.2 蜗杆传动的特点及类型，及主要失效形式 蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，它用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两交错轴角为 。传动中一般蜗杆是主动件。 1.蜗杆传动的特点：传动比很大、结构紧凑、传动平稳、噪声小，但传动效率低、磨损大、成本高。 2.蜗杆传动的类型 （ 1）阿基米德蜗杆：在包含轴线的截面内为侧边呈直线的齿条，而在垂直于蜗杆轴线的截面内为阿基米 德螺旋线。 （ 2）渐开线蜗杆：在垂直于蜗杆轴线的截面内为渐开线，在包含蜗杆轴线的截面内为凸廓线。 3.蜗杆传动的主要失效形式 蜗杆传动的主要失效形式有胶合、点蚀和磨损。这主要是因为蜗杆传动两构件间相对滑动速度很大而 引起的。 12.1.3 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 蜗杆传动的主要参数有以下四组： 1.模数 和压力角 ； 2.传动比 、蜗杆头数 和蜗轮齿数 ； 3.蜗杆直径系数 和导程角 ； 4.中心距 。 其几何尺寸计算的要点及要注意的事项有： 1.蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算都是在中间平面上进行的。中间平面是通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮 轴线的平面，蜗杆传动在中间平面上相当于齿轮齿条传动。 2.蜗杆头数推荐选取 ， ， 。头数越多，传动效率越高，但蜗杆加工困难；头数少，传动比 大，但传动效率低；单头蜗杆可以自锁。 3.需要特别注意的是：蜗杆传动传动比 ；中心距 。 4.蜗杆导程角 ： 。导程角 越大，蜗杆传动的效率越高。 5.蜗杆直径系数 的引入是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径标准化。 一定时， 越大， 则蜗杆轴的刚度及强度相应增大； 一定时， 越小，则 越大，传动效率越高
6,蜗杆与蜗轮啮合传动的齿面间滑动速度？，=？/c09(m/),是非常大的，因此蜗杆传动传动效率较低， 磨损较大，发热多。 7蜗轮及蜗杆的齿顶高系数是1，顶隙系数是0.2，齿顶高和齿高的计算与圆柱齿轮的计算方法相同。 8蜗杆正确啮合的条件：在中间平面上蜗杆轴向模数”。1和轴向压力角“。1分别等于蜗轮端面模数 m口和端面正力角：，且蜗杆导程角应丫等于蜗轮螺旋角及 ,两者旋向相同，即：m1=ma=m c。=x红，且Y=及（考虑的是最常见的两轴交错角为90°的蜗杆传动）。 9.蜗杆传动中蜗轮转向的判断方法：右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四指仍，拇指0，。 12.1.4普通蜗杆蜗轮的常用材料、结构形式及润滑方式 1.蜗杆传动的常用材料 根据蜗杆传动的特点一一相对滑动速度大，磨损大，因此蜗杆副的材料要求有足够的强度，良好的减 摩性能和抗胶合性能。 (1)蜗杆材料：一般蜗杆用碳素钢调制处理，高速重载蜗杆用合金钢并采用一定的热k处理方法，低速或 人力传动中蜗杆可不热处理，或用铸铁。 (2)蜗轮材料：青铜制造，低速蜗轮也可以用球墨铸铁或灰铸铁，也可以用尼龙或增强尼龙材料制成。 2.蜗杆和蜗轮的结构 （1)蜗杆：绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。 (2)蜗轮：可以做成整体的，但为了节约贵重有色金属，对大尺寸的蜗轮通常用组合式，齿圈用贵重金 属，轮芯用钢或灰铸铁制成，二者通过过盈联接或铰制孔螺栓联接。 3.润滑方式 当润滑不当时，蜗杆传动的效率会显著降低，并会使轮齿发生胶合或磨损，因此，蜗杆传动中的润滑 十分重要。润滑方式可以有油池浸油润滑，或喷油润滑。 12.1.5普通圆柱蜗杆传动的受力分析，设计准则及强度计算 1.受力分析 蜗杆传动的受力情况和斜齿轮相似，齿面上的法向力尸可以分解为三个互相垂直的分力：圆周力 月轴向力？.和径向力尸。这三个力的大小及方向见表12-1.要注意是两构件的图周力与轴向力相 互交错互为作用力与反作用力。 表12-1蜗杆传动受力分析 小 方向 a=Fa= 2 与蜗杆转向相反 其中： Fa=Fa 272 = dz Fa 与蜗轮转向相同 Fn=Fn=Fafga 指向各自轴心 2.蜗杆传动的设计准测 通常在蜗杆传动中，由于蜗杆和蜗轮的结构，材料不同，蜗杆螺旋部分的强度总是比蜗轮部分的强
6.蜗杆与蜗轮啮合传动的齿面间滑动速度 ，是非常大的，因此蜗杆传动传动效率较低， 磨损较大，发热多。 7.蜗轮及蜗杆的齿顶高系数是1，顶隙系数是0.2，齿顶高和齿高的计算与圆柱齿轮的计算方法相同。 8.蜗杆正确啮合的条件：在中间平面上蜗杆轴向模数 和轴向压力角 分别等于蜗轮端面模数 和端面压力角 ，且蜗杆导程角应 等于蜗轮螺旋角 ，两者旋向相同，即： ， ，且 （考虑的是最常见的两轴交错角为 的蜗杆传动）。 9.蜗杆传动中蜗轮转向的判断方法：右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四指 ，拇指 。 12.1.4 普通蜗杆蜗轮的常用材料、结构形式及润滑方式 1．蜗杆传动的常用材料 根据蜗杆传动的特点——相对滑动速度大，磨损大，因此蜗杆副的材料要求有足够的强度，良好的减 摩性能和抗胶合性能。 （ 1）蜗杆材料：一般蜗杆用碳素钢调制处理，高速重载蜗杆用合金钢并采用一定的热处理方法，低速或 人力传动中蜗杆可不热处理，或用铸铁。 （ 2）蜗轮材料：青铜制造，低速蜗轮也可以用球墨铸铁或灰铸铁，也可以用尼龙或增强尼龙材料制成。 2．蜗杆和蜗轮的结构 （ 1）蜗杆：绝大多数和轴制成一体，称为蜗杆轴。 （ 2）蜗轮：可以做成整体的，但为了节约贵重有色金属，对大尺寸的蜗轮通常用组合式，齿圈用贵重金 属，轮芯用钢或灰铸铁制成，二者通过过盈联接或铰制孔螺栓联接。 3．润滑方式 当润滑不当时，蜗杆传动的效率会显著降低，并会使轮齿发生胶合或磨损，因此，蜗杆传动中的润滑 十分重要。润滑方式可以有油池浸油润滑，或喷油润滑。 12.1.5 普通圆柱蜗杆传动的受力分析，设计准则及强度计算 1.受力分析 蜗杆传动的受力情况和斜齿轮相似，齿面上的法向力 可以分解为三个互相垂直的分力：圆周力 ,轴向力 和径向力 。这三个力的大小及方向见表12-1。要注意是两构件的圆周力与轴向力相 互交错互为作用力与反作用力。 表 12-1 蜗杆传动受力分析 大 小 方 向 ： 与蜗杆转向相反 其中： ： 与蜗轮转向相同 指向各自轴心 2.蜗杆传动的设计准则 通常 在蜗杆传动中，由于蜗杆和蜗轮的结构，材料不同，蜗杆螺旋部分的强度总是比蜗轮部分的强
度高。所以只需要计算蜗轮轮齿的强度即可。实践证明在一般情况下，蜗轮轮齿因弯曲疲劳强度不足而引 起的失效情况很少，因此，对于闭试蜗杆传动，通常是按齿面接触疲劳强度进行验算或设计。 3.蜗杆传动的强度计算 强度验算公式以及设计公式，是以赫兹公式为计算基础，以蜗轮蜗杆在节点处啮合的相应参数代入相 关公式得到的。 (1)强度验算公式： 0g=500 KI, m s[ou] (12-1) 上式适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮（指齿圈）。 (2)设计公式： m242(- 03 H] (12-2) 上两式武中，X为载荷系数，一般K=1.~13:了为蜗轮上的转矩，单位为Mm:·H和[单位 是MPa；次，单位是mm 设计时可按州以值由课本表12-1确定横数m和蜗杆分度圆直径4。 12.1.6蜗杆传动效率计算和热平衡计算的意义和方法 1.蜗杆传动的效率计算 （1)蜗杆传动的功率损耗的组成 闭式蜗杆传动的功率损耗包括三个部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内 润滑油的油阻损耗。其中最主要的是齿面相对滑动引起的啮合损耗，因为蜗杆和蜗轮间的相对滑动速 度非常大，见12.1.3。 (2)蜗杆传动的啮合效率 fgy m= tg(y+) (12-3) 式中丫为蜗杆的导程角， ￠是当量摩擦角。 (3)蜗杆传动的总效率 7=(0.950.97 招y (y+) (12-4) 2.蜗杆传动的热平衡计算 (1)热平衡计算的意义由于蜗杆传动效率低、发热大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑 失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。 (2)热平衡计算方法限制箱体内油温和周围空气温度之差不超过允许值：
度高。所以只需要计算蜗轮轮齿的强度即可。实践证明在一般情况下，蜗轮轮齿因弯曲疲劳强度不足而引 起的失效情况很少，因此，对于闭式蜗杆传动，通常是按齿面接触疲劳强度进行验算或设计。 3.蜗杆传动的强度计算 强度验算公式以及设计公式，是以赫兹公式为计算基础，以蜗轮蜗杆在节点处啮合的相应参数代入相 关公式得到的。 （ 1）强度验算公式： （12-1） 上式适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮（指齿圈）。 （ 2）设计公式： （12-2） 上两式中， 为载荷系数，一般 ； 为蜗轮上的转矩，单位为 ； 和 单位 是 ； ， 单位是 。 设计时可按 值由课本表12-1确定模数 和蜗杆分度圆直径 。 12.1.6 蜗杆传动效率计算和热平衡计算的意义和方法 1.蜗杆传动的效率计算 （ 1）蜗杆传动的功率损耗的组成 闭式蜗杆传动的功率损耗包括三个部分：轮齿啮合的功率损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内 润滑油的油阻损耗。其中最主要的是齿面相对滑动引起的啮合损耗，因为蜗杆和蜗轮间的相对滑动速 度非常大，见 12.1.3 。 （ 2 ）蜗杆传动的啮合效率 （12-3） 式中 为蜗杆的导程角， 是当量摩擦角。 （ 3）蜗杆传动的总效率 （12-4） 2．蜗杆传动的热平衡计算 （ 1）热平衡计算的意义 由于蜗杆传动效率低、发热大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑 失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。 （ 2）热平衡计算方法 限制箱体内油温和周围空气温度之差不超过允许值：
1000-2s[] At= a,A (12-5) 式中：f,温度差；月，蜗杆传递的功率，单位网；勿，传动效率： ,表面散热系数。一般取 8=107刚《m,9；A,散热面积，单位州 (3)常用的冷却措施 ①增加散热面积：合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片； ②提高表面传热系数：在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却管
（12-5） 式中： ，温度差； ，蜗杆传递的功率，单位 ； ，传动效率； ，表面散热系数，一般取 ； ，散热面积，单位 。 （ 3）常用的冷却措施 ① 增加散热面积：合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片； ② 提高表面传热系数：在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却管