第十一章蜗杆传动(Worm Gearing)
第十一章 蜗杆传动 (Worm Gearing)
教学目标1.了解蜗杆传动的特点及应用；2.掌握蜗杆传动的受力分析及失效形式，从而合理地选择蜗杆及蜗轮的材料，并进行强度计算；3.掌握蜗杆传动设计有关参数的选择原则及其影响。4.能对蜗杆传动进行效率计算及热平衡计算，并能合理地解决散热问题。教学重点和难点重点：蜗杆传动的受力分析，有关参数的选择原则，及效率和热平衡计算。难点：蜗杆传动的受力分析及热平衡计算
1.了解蜗杆传动的特点及应用； 2. 掌握蜗杆传动的受力分析及失效形式，从而合理地选择蜗杆 及蜗轮的材料，并进行强度计算； 3.掌握蜗杆传动设计有关参数的选择原则及其影响。 4.能对蜗杆传动进行效率计算及热平衡计算，并能合理地解决 散热问题。 一. 教学目标 二． 教学重点和难点 重点：蜗杆传动的受力分析，有关参数的选择原则，及效率 和热平衡计算。 难点：蜗杆传动的受力分析及热平衡计算
第一节蜗杆传动设计的概述一、蜗杆传动的特点及应用（characteristics）蜗杆传动是一种空间交错轴(skewshafts)间传递运动的机构。与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大(highspeedratio)，在动力传递中传动比在5～80之间，在分度机构中传动比可以达到300；若只传递运动，传动比可达1000。传动平稳、噪声低；结构紧凑；在一定条件下可以实现自锁等优点而得到广泛应用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中，其原因是因为使用轮轴运动可以减少力的消耗
第一节 蜗杆传动设计的概述 一、蜗杆传动的特点及应用(characteristics) 与齿轮传动相比较，蜗杆传动具有传动比大(high speed ratio)，在动力传递中传动比在5～80之间，在分度机构中传 动比可以达到300；若只传递运动，传动比可达1000。传动 平稳、噪声低；结构紧凑；在一定条件下可以实现自锁等优 点而得到广泛应用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。 它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或 设备中,其原因是因为使用轮轴运动可以减少力的消耗 。 蜗杆传动是一种空间交错轴(skew shafts)间传递运动的机构
二蜗杆传动的类型阿基米德蜗杆ZA渐开线蜗杆ZI普通圆柱蜗杆法向直廓蜗杆ZN圆柱蜗杆按蜗杆圆弧圆柱蜗杆锥面包络蜗杆ZK环面蜗杆形状分锥面蜗杆n22n圆柱蜗杆环面蜗杆锥面蜗杆
按蜗杆 形状分 圆柱蜗杆 圆柱蜗杆 环面蜗杆 环面蜗杆 锥面蜗杆 锥面蜗杆 二、蜗杆传动的类型 阿基米德蜗杆ZA 圆弧圆柱蜗杆 渐开线蜗杆ZI 普通圆柱蜗杆 法向直廓蜗杆ZN 圆柱蜗杆 环面蜗杆 锥面蜗杆 锥面包络蜗杆ZK
(ZA)阿基米德蜗杆用直线刀刃的梯形车刀车削而成，加工时，梯形车刀切削刃的顶平面通过蜗杆轴线，在轴向剖面I-I具有直线齿廓。法向剖面N-N上齿廓为外凸线，端面上齿廓为阿基米德螺线。这种蜗杆车削加工和测量都较简单。但难以用砂轮磨削出精确齿形，精度较低。导程角≤3°时，单刀车削；>3°时，双刀车削N-M我购阿基米德螺线IMY阿基米德螺旋线-1
阿基米德蜗杆（ZA） 用直线刀刃的梯形车刀车削而成，加工时，梯形车 刀切削刃的顶平面通过蜗杆轴线，在轴向剖面I-I具有直 线齿廓，法向剖面N-N上齿廓为外凸线，端面上齿廓为阿 基米德螺线。 这种蜗杆车削加工和测量都较简单，但难以用砂轮磨削 出精确齿形，精度较低。 导程角γ≤3º时，单刀车削； γ>3º时，双刀车削
三、主要参数及尺寸计算中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。1、模数m(参见P258表11-1)和压力角0mal=m/2 =mαal=αt2=α中间平面
三、主要参数及尺寸计算 1、模数m(参见P258表11-1)和压力角α 中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。 中间平面 ma1 = mt 2 = m a1 = t 2 =
2、蜗杆的分度圆直径d,和直径系数g为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值，并与模数相配。 称q=d,/m为蜗杆直径系数。 因此d,=mq3、导程角1Y=Btan1=p,/元d, = z/Px1/元d, = Zj元m/元d, =mz/d, =z//q导程角大，效率高，但加工困难。但是当>28°时，加大导程角对提高效率的效果不再明显。问题：对于有自锁要求的蜗杆传动，导程角应满足什么条件？齿距βiPx1导程Pt'1V元did
2、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q 为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值， 并与模数相配。 称q=d1 /m 为蜗杆直径系数。 因此d1 =mq 3、导程角γ1 = z1px1/πd1 = mz1 /d1 tanγ1 =pz /πd1 = z1 /q d πd1 导程pz 齿距 px1 γ1 β1 γ1 = z1πm/πd1 导程角大，效率高，但加工困难。但是当γ>28º时，加大导程角对 提高效率的效果不再明显。 1 2 = 问题：对于有自锁要求的蜗杆传动，导程角应满足什么条件？
4、蜗杆头数z、蜗轮齿数z,和传动比蜗杆头数常取z,=1、2、4、6，主要根据传动比和效率选定（参见P259表11-2）。蜗轮齿数Z2=iz1，一般z2=29-80。传动比取公称值（5：7.510；12.5；15；20；25；3040；50；6070：80）：设计时优先选用基本传动比10、20、40、80。注意：ii2=nj/nz=Z/zi±d,/ d5、蜗轮直径d,d, =mz26、标准中心距aa=m（q+z）/2一般圆柱蜗杆传动减速装置的中心距a应按下列数值选取：40；50；63; 80; 100;125;160; (180); 200; (225); 250; (280); 315;(355);400;(450); 500其他参数参见P259表11-3
4、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i 蜗杆头数常取z1= 1、2、4、6，主要根据传动比和效率选定（参见 P259表11-2）。 蜗轮齿数z2=iz1 ，一般z2=29-80。 传动比i取公称值（5；7.5；10；12.5；15；20；25；30；40；50；60； 70；80），设计时优先选用基本传动比10、20、40、80。 5、蜗轮直径d2 d2 =mz2 6、标准中心距 a a＝m（q＋z2）/2 i12= n1 /n2 = z2 /z1 ≠ d2 / d1 一般圆柱蜗杆传动减速装置的中心距a应按下列数值选取：40；50； 63；80；100；125；160；(180)；200；(225)；250；(280)；315； (355)；400；(450)；500 其他参数参见P259表11-3. 注意：
第二节蜗杆传动的主要失效形式和材料选择1、相对滑动速度02元d,nVV60×1000c0sCOSY2、失效形式(type of failure)072（1）主要失效为蜗轮表面的胶合、点蚀和磨损。（2）一般蜗杆传动中很少发生轮齿折断(breakage)，只有当z,>80～100或开式齿轮传动时才容易发生。VVs
第二节 蜗杆传动的 主要失效形式和材料选择 1、相对滑动速度 1 1 1 1 cos 60 1000cos S v d n v v = = vs v1 v2 v2 P 1 2 d2 d1 2、失效形式(type of failure) （1）主要失效为蜗轮表面的胶合、点蚀和 磨损。 （2）一般蜗杆传动中很少发生轮齿折断 (breakage)，只有当z2>80～100或开式齿 轮传动时才容易发生
3、设计准则(design criteria)（1）闭式蜗杆传动，按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；（2）开式蜗杆传动，按保证蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行设计。（3）蜗杆由于常与轴制成一体，设计时按一般轴对蜗杆进行强度校核，必要时还应进行刚度计算。4、蜗轮蜗杆常用材料及热处理(Materials and Heat Treatment)由于较大的相对滑动速度，所以蜗杆、蜗轮应选择减摩性好的配对材料。常采用青铜（低速时用铸铁）作蜗轮的齿圈，与萍火并磨制的钢制蜗杆相匹配。（参见P264表11-6)
3、设计准则(design criteria) （1）闭式蜗杆传动，按蜗轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设 计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算； （2）开式蜗杆传动，按保证蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行设计。 （3）蜗杆由于常与轴制成一体，设计时按一般轴对蜗杆进行 强度校核，必要时还应进行刚度计算。 由于较大的相对滑动速度，所以蜗杆、蜗轮应选择减摩 性好的配对材料。常采用青铜（低速时用铸铁）作蜗轮 的齿圈，与淬火并磨制的钢制蜗杆相匹配。（参见P264 表11-6） 4、蜗轮蜗杆常用材料及热处理 (Materials and Heat Treatment)