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第 11 章 蜗杆传动 （一）教学要求 能根据已知条件，合理地确定普通圆柱蜗杆和蜗轮的材料、主要参数、尺 寸、结构、正确啮合条件、强度计算、热平衡计算等。 （二）教学的重点与难点 重点：普通圆柱蜗杆传动的啮合特点、几何参数计算、正确啮合条件、 强度计算。 难点：蜗杆传动的受力分析。 （三）教学内容 11.1 蜗杆传动的类型和特点 11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 11.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则 11.4 蜗杆传动的材料和结构 11.5 蜗杆传动的强度计算 11.6 蜗杆传动的润滑及热平衡计算 （学习内容） 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。 由于齿面间相对滑动速度大， 蜗杆传动在设计计算方面有很多 特点，在学习时应充分注意这些特点。 11.1 蜗杆传动的类型和特点 11.1.1 蜗杆传动的类型 圆柱面蜗杆传动 圆柱面蜗杆传动 圆弧面蜗杆传动 锥面蜗杆传动 11.1.2 蜗杆传动的特点 1.传动比大。 i=10--40, 最大可达 80 。若只传递运动，传动比可达 1000 。 2.传动平稳、噪声小。 3.可制成具有自锁性的蜗杆。 4.效率较低。η=0.7 —— 0.8 。 5.蜗轮造价较高。 11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择 蜗杆蜗轮机构是由交错轴斜齿圆柱齿轮机构演变而来的，如图所示交错角 =90 °、螺旋角旋向相同， 小齿轮螺旋角很大， 分度圆柱直径较小、 轴向长度较长、 齿数很少，外形像一根螺杆，称为蜗杆。蜗轮实际上是一个斜齿轮。 规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。 1.蜗杆的头数 Z1 和蜗轮的齿数 Z2 和传动比 i （1）蜗杆头数： z1=1-4 ： ●单头：i 大，易自锁，效率低，精度高。 ●多头：η↑，但加工困难，精度降低。 （2） 蜗轮齿数： z2=27-80 Z2 过大， m 过小，轮齿弯曲强度↓ m 不变， Z2 过大， d2 过大，蜗杆支承跨距↑，蜗杆弯曲赐度↓ 3）、 传动比和齿数比 u—— 齿数比——大齿轮齿数比小齿轮齿数； 传动比——从动轮齿数比主动轮齿数 i n1 Z 2 u n2 Z1 2.模数和压力角 蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内的参数和几何关系为标准。 在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。 （中间轴）主平面内蜗杆蜗轮传动相当于——齿条与渐开线齿轮（阿基米德 蜗杆） 主平面：蜗杆——轴面 ma1 , a1 ；蜗轮——端面 mt 2 ， t 2 ma1 mt 2 m a1 t 2 —— 正确合条件 2 3.蜗杆分度圆螺旋导程角 将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，如图所示，则蜗杆的导程角 为 PZ Z1Pa Z1m Z1 tg d1 d1 q d1 Z1、 q 已知时，导程角即为定值 4.蜗杆分度圆直径 d1 及蜗杆直径系数 q 由于加工蜗轮须用与之啮合的蜗杆参数相同的滚刀来加工， 所以对于同一尺 寸的蜗杆必须一把对应的蜗轮滚刀， 即对同一模数不同直径的蜗杆， 必须配相应 数量的滚刀。∴为了限制蜗轮滚刀的数量，取蜗杆直径 d1 为标准值，并引入直径 系数 q. （ 1）蜗杆的分度圆直径 d1d1 z1 m t a n （ 2） 直径系数 q q z1 1 tan d =mq 5.蜗杆传动的中心距 a a 1 ( d1 d2 ) m (q Z 2 ) 1 m(Z1 Z 2 ) 2 2 2 11.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见表 11.3 。 名 符号 蜗杆 蜗轮 称 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆导程角 蜗轮螺旋角 节圆直径 中心距 11.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则 11.3.1 蜗杆传动的失效形式 主要有点蚀、 齿根折断、齿面胶合和磨损。 最常见失效是齿面胶合和过度磨 损。 11.3.2 设计准则 : ●开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。 设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则。 ●闭式传动：主要失效是胶合和点蚀。 设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，另 11.4 蜗杆传动的材料和结构 11.4.1 蜗杆传动常用材料 1、要求： 1）足够的强度； 2）良好的减摩、耐磨性； 3）良好的抗胶合 性 2、蜗杆材料 40、45 ，调质 HBS220 ~300 ——低速，不太重要 40、45 、40Cr ， 表面淬 火， HRC45~55 ——一 般传动 15Cr 、 20Cr 、12CrNiA 、18CrMnT1 、 O20CrK 渗碳淬火 、 HRC 58~63—— 高 速重载 3、蜗轮 铸铸青铜 （