1、第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計第10章 蝸桿傳動設計第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計10.1 概述10.2 普通圓柱蝸桿傳動的運動設計10.3 普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算13.4 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡13.5 普通圓柱蝸桿傳動的結構設計第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計10.1 概述 10.1.1 蝸輪蝸桿的形成蝸輪蝸桿的形成蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。在交錯角在交錯角=1 1+2 2 = 90 = 90的交錯軸斜齒輪機構中的交錯軸斜齒輪機構中, , 若若小齒輪小齒輪1 1 的螺旋角取

2、得很大的螺旋角取得很大, , 其分度圓柱的直徑其分度圓柱的直徑d d1 1取得較取得較小小, , 且其軸向長度且其軸向長度b b1 1較長、齒數較長、齒數z z1 1很少很少( (一般一般z z1 1=1=14), 4), 則則其每個輪齒在分度圓柱面上能纏繞一周以上其每個輪齒在分度圓柱面上能纏繞一周以上, , 這樣的小齒這樣的小齒輪外形像一根螺桿輪外形像一根螺桿, , 稱為蝸桿。大齒輪稱為蝸桿。大齒輪2 2的的2 2較小較小, , 分度分度圓柱的直徑圓柱的直徑d d2 2很大很大, ,軸向長度軸向長度b b2 2較短較短, , 齒數齒數z z2 2很多很多, , 它實際它實際上是一個斜齒輪上是

3、一個斜齒輪, , 稱為蝸輪。為了改善嚙合狀況稱為蝸輪。為了改善嚙合狀況, , 將蝸輪將蝸輪分度圓柱面的直母線改為圓弧形分度圓柱面的直母線改為圓弧形, ,使它部分地包住蝸桿使它部分地包住蝸桿, , 并用與蝸桿形狀和參數相同的滾刀范成加工蝸輪并用與蝸桿形狀和參數相同的滾刀范成加工蝸輪, , 這樣加這樣加工出來的蝸輪與蝸桿嚙合傳動時工出來的蝸輪與蝸桿嚙合傳動時, , 其齒廓間為線接觸其齒廓間為線接觸, , 可可傳遞較大的動力傳遞較大的動力第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計 蝸桿傳動多用于減速，以蝸桿為原動件。也可蝸桿傳動多用于減速，以蝸桿為原動件。也可用于增速，齒輪比單級為用于增速，齒輪比單級為

4、5 51515，但應用很少。，但應用很少。 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉運動。在蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉運動。在絕大多數情況下，兩軸在空間是相互垂直的，軸交角絕大多數情況下，兩軸在空間是相互垂直的，軸交角為為9090度。度。 最大傳動功率可達最大傳動功率可達750kW750kW，通常用在，通常用在50kW50kW以下；以下；最高滑動速度可達最高滑動速度可達35m/s35m/s。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計圓柱蝸桿傳動環面蝸桿傳動錐蝸桿傳動同時嚙合齒數多，傳動平穩；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高10.1.2 蝸桿傳動的類型同時嚙合齒數多，重合度大；傳動比范圍大(1036

5、0)；承載能力和效率較高；可節約有色金屬。阿基米德蝸桿（ZA型） 其螺旋面的形成與螺紋的形成相同。通常 在無需磨削加工的情況下廣泛采用，需要時要采用特制截面形狀的 砂輪。 中間平面。阿基米德螺線。漸開線蝸桿（ZI型）端面齒廓為漸開線，與蝸桿基圓柱相切的截面 上齒廓是直線，所以使用專用機床可以用平面砂輪磨削，容易得到 高精度。法向直廓蝸桿（ZN型）螺線的導程角很大。加工時刀具的切削平 面在垂至于齒槽（或齒厚）中點螺旋線的法平面內。可以磨削出極 接近于延伸漸開線蝸桿的輪廓，可與蝸輪得到正確嚙合圓弧圓柱蝸桿傳動（ZC型）用具有圓弧形刀刃的刀具切出具有凹 圓弧齒廓的螺旋線。在基本條件相同時，比普通圓柱

6、蝸桿傳動承載能力約大50，效率約高815。傳動比大、速度高時效果更為明顯。按蝸桿形狀不同分類第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計環面蝸桿傳動環面蝸桿傳動錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計1）阿基米德蝸桿）阿基米德蝸桿普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動直線刀具切削刃的平面通過蝸桿軸線，故切得的蝸桿外形為圓柱螺旋，其端面(垂直于蝸桿軸線的平面) 截形為阿基米德螺旋線，其法面N-N為曲線，其軸面-是齒側夾角2=40的梯形齒條。工藝性能較好，易加工制造，故應用最廣。其缺點是磨削蝸桿及蝸輪滾刀時有理論誤差，精度不高。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計在

7、加工時直線刀具的切削刃與蝸桿的基圓柱相切，切得的蝸桿其端面的截形為漸開線，在切于基圓柱的軸面-和-的一側為直線，而軸面-和法面均為曲線。其優點是磨削中無理論誤差，精度高，但需用專用機床加工。2）漸開線蝸桿）漸開線蝸桿第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計在加工時，刀具的切削刃位于螺旋線的法面內，切得的蝸桿其端面的截形極接近于延伸漸開線，其法面內是齒側兩邊夾角為2的直線。其優點是適用于螺旋升角較大的蝸桿，磨削中無理論誤差，精度高，但需用專用機床加工。3）延伸漸開線（法向直廓）蝸桿）延伸漸開線（法向直廓）蝸桿第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計一般采用右旋。兩者原理相同，計算方法也相同，一般采用

8、右旋。兩者原理相同，計算方法也相同，只是作用力的方向不同（徑向力除外）。只是作用力的方向不同（徑向力除外）。單頭單頭 用于傳動比較大的場合，要求自鎖的傳用于傳動比較大的場合，要求自鎖的傳動必須采用單頭。動必須采用單頭。多頭多頭 用于傳動比不大和要求效率較高的場合。用于傳動比不大和要求效率較高的場合。按蝸桿螺按蝸桿螺旋線不同旋線不同分類分類按蝸桿頭按蝸桿頭數不同分數不同分類類第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計10.1.3 10.1.3 蝸桿傳動的特點和應用蝸桿傳動的特點和應用零件數目少、結構緊湊、傳動比大。零件數目少、結構緊湊、傳動比大。傳動平穩，無噪聲，沖擊振動小。傳動平穩，無噪聲，沖擊振

9、動小。缺點：在制造精度和傳動比相同的條件下，效率比齒輪傳缺點：在制造精度和傳動比相同的條件下，效率比齒輪傳動低，同時蝸桿一般需用貴重的減磨（如青銅）制造。動低，同時蝸桿一般需用貴重的減磨（如青銅）制造。 蝸桿軸向力較大蝸桿軸向力較大, , 致使軸承摩擦損失較大致使軸承摩擦損失較大傳動效率很低，磨損嚴重傳動效率很低，磨損嚴重具有自鎖性具有自鎖性第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計 垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面，稱為中間平面。在中垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面，稱為中間平面。在中間平面內蝸桿與蝸輪的嚙合就相當于漸開線齒條與齒輪的嚙合。只是頂間平面內蝸桿與蝸輪的嚙合就相當于漸開線齒條與齒

10、輪的嚙合。只是頂隙隙c c0.2m0.2m（必要時（必要時0.15mc0.35m0.15m 80100 時時, 才進行彎曲強度校核。才進行彎曲強度校核。開式傳動中主要失效形式是齒面磨損及過度磨損引起輪齒開式傳動中主要失效形式是齒面磨損及過度磨損引起輪齒折斷折斷, 要按齒根彎曲疲勞強度進行設計。此外要按齒根彎曲疲勞強度進行設計。此外, 閉式蝸桿傳閉式蝸桿傳動動, 由于散熱較為困難由于散熱較為困難, 還應作熱平衡核算。還應作熱平衡核算。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計2 2 材料選擇材料選擇 考慮到蝸桿傳動難于保證高的接觸精度，滑動速度又較大，以考慮到蝸桿傳動難于保證高的接觸精度，滑動速度又

11、較大，以及蝸桿變形等因素，蝸桿和蝸輪材料不能都用硬材料制造：其一及蝸桿變形等因素，蝸桿和蝸輪材料不能都用硬材料制造：其一（通常是蝸輪）用減摩性良好的軟材料來制造。（通常是蝸輪）用減摩性良好的軟材料來制造。1 1）蝸輪材料）蝸輪材料 鑄錫青銅鑄錫青銅 適用于滑動速度在適用于滑動速度在121226m/s26m/s范圍內和持續運轉范圍內和持續運轉的工況。離心鑄造可得到致密的結晶粒組織，可取大值；砂的工況。離心鑄造可得到致密的結晶粒組織，可取大值；砂型鑄造的取小值。型鑄造的取小值。鑄鋁青銅鑄鋁青銅 適用于滑動速度小于適用于滑動速度小于10m/s10m/s的工況。抗膠合能力的工況。抗膠合能力差，蝸桿硬度

12、應不低于差，蝸桿硬度應不低于45HRC45HRC。鑄鋁黃銅鑄鋁黃銅 點蝕強度高，但抗磨性差，宜用于低滑動速度場點蝕強度高，但抗磨性差，宜用于低滑動速度場合。合。灰鑄鐵和球墨鑄鐵灰鑄鐵和球墨鑄鐵 適用于滑動速度小于適用于滑動速度小于2m/s2m/s的工況。前者的工況。前者表面硫化處理有利于減輕磨損，后者與淬火蝸桿配對能用于表面硫化處理有利于減輕磨損，后者與淬火蝸桿配對能用于重載場合；直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。重載場合；直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計2 2）蝸桿材料）蝸桿材料若按熱處理不同分：硬面蝸桿和調質蝸桿。若按熱處理不同分：硬面蝸桿和調質蝸桿。首先應考慮選用硬面

13、蝸桿。滲碳鋼淬火或碳鋼表面首先應考慮選用硬面蝸桿。滲碳鋼淬火或碳鋼表面/ /整體整體淬火磨削；氮化鋼滲氮處理拋光，用于要求持久性高淬火磨削；氮化鋼滲氮處理拋光，用于要求持久性高的傳動中。的傳動中。只有在缺乏磨削設備時才選用調質蝸桿。受短時沖擊的蝸只有在缺乏磨削設備時才選用調質蝸桿。受短時沖擊的蝸桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調質鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調質鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻蝸桿配對時有利于提高傳動的承載能力和滑動速度。蝸桿配對時有利于提高傳動的承載能力和滑動速度。若按材料分類，主要有碳鋼和合金鋼。若蝸輪直徑若按材料分類，主要有碳鋼和合金鋼。若蝸輪直徑很大，可采用青銅蝸桿，同

14、時蝸輪用鑄鐵。很大，可采用青銅蝸桿，同時蝸輪用鑄鐵。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計1 1 受力分析受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，作用在齒面上的法向壓力蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，作用在齒面上的法向壓力F Fn n仍可分解出徑向力仍可分解出徑向力F Fr r、圓周力、圓周力F Ft t和軸向力和軸向力F Fa a。 作用在蝸桿上的軸向力等于蝸輪上的圓周力；蝸桿上的圓周力等于作用在蝸桿上的軸向力等于蝸輪上的圓周力；蝸桿上的圓周力等于蝸輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力等于蝸輪上的徑向力。這些對應力的數值蝸輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力等于蝸輪上的徑向力。這些對應力的數值相

15、等，方向彼此相反。相等，方向彼此相反。1t121121212222tanatarrtTFFdTFFdFFF10.3.2 10.3.2 蝸桿傳動的受力分析和計算載荷蝸桿傳動的受力分析和計算載荷第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計12222coscoscoscoscoscosatnnnnFFTFd上式中，上式中， T1蝸桿工作轉矩，蝸桿工作轉矩，T2 蝸輪工作轉矩，桿主動時，蝸輪工作轉矩，桿主動時，T2T1 1，蝸輪主動時，蝸輪主動時， T2T1 /1； 1傳動嚙合效率；傳動嚙合效率； 摩擦系數，摩擦系數， n 蝸輪法向壓力角；蝸輪法向壓力角； t 蝸輪端面蝸輪端面壓力角。計算壓力角。計算Fa2

16、時，蝸桿主動取正號，時，蝸桿主動取正號，蝸輪主動取負號。蝸輪主動取負號。法向力：法向力：第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計蝸桿傳動中的作用力的方向判斷：蝸桿傳動中的作用力的方向判斷： 當蝸桿為主動件（多數情況如此），判斷上述六個力的方向：當蝸桿為主動件（多數情況如此），判斷上述六個力的方向：蝸桿上的圓周力的方向與蝸桿齒在嚙合點的運動方向相反；蝸桿上的圓周力的方向與蝸桿齒在嚙合點的運動方向相反；蝸輪上的圓周力的方向與蝸輪齒在嚙合點的運動方向相同；蝸輪上的圓周力的方向與蝸輪齒在嚙合點的運動方向相同；徑向力的方向在蝸桿、蝸輪上都是由嚙合點分別指向軸心。徑向力的方向在蝸桿、蝸輪上都是由嚙合點分別指

17、向軸心。當蝸桿的回轉方向和螺旋方向已知時，蝸輪的回轉方向可根據螺旋副的運動當蝸桿的回轉方向和螺旋方向已知時，蝸輪的回轉方向可根據螺旋副的運動規律來確定。規律來確定。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計計算載荷計算載荷Fnc 為為式中式中: K載荷系數載荷系數;由于蝸桿傳動比齒輪傳動平穩由于蝸桿傳動比齒輪傳動平穩,且圓周速度不高且圓周速度不高,內部動載荷的影響可以不考慮內部動載荷的影響可以不考慮, 故取故取K = KA ;KA 使用系數使用系數, 同齒輪傳動同齒輪傳動, 查表查表9.112. 計算載荷計算載荷222co

18、scosAncnnK TFKFd第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計 蝸桿傳動的強度計算主要為齒面接觸、輪齒彎曲疲勞強度計算。在蝸桿傳動的強度計算主要為齒面接觸、輪齒彎曲疲勞強度計算。在這兩個計算中，這兩個計算中，蝸輪輪齒都是薄弱環節蝸輪輪齒都是薄弱環節。 閉式傳動：傳動尺寸主要取決于齒面的接觸疲勞強度以防止齒面的點閉式傳動：傳動尺寸主要取決于齒面的接觸疲勞強度以防止齒面的點蝕和膠合，但須校核輪齒的彎曲疲勞強度。蝕和膠合，但須校核輪齒的彎曲疲勞強度。 開式傳動，傳動尺寸主要取決于輪齒的彎曲疲勞強度，毋須進行齒面開式傳動，傳動尺寸主要取決于輪齒的彎曲疲勞強度，毋須進行齒面疲勞強度計算。疲勞強度

19、計算。 此外，蝸桿傳動還須進行蝸桿撓度和傳動溫度的計算，兩者都是驗算此外，蝸桿傳動還須進行蝸桿撓度和傳動溫度的計算，兩者都是驗算性質的。性質的。在進行蝸桿強度計算之前，除應知道傳動功率和載荷性質、轉速及其變在進行蝸桿強度計算之前，除應知道傳動功率和載荷性質、轉速及其變動的情況等數據外，還要知道其他一些情況，如蝸桿主動或被動，蝸桿動的情況等數據外，還要知道其他一些情況，如蝸桿主動或被動，蝸桿上置或下置，蝸桿齒形，環境通風狀況，允許傳動最高溫度等。上置或下置，蝸桿齒形，環境通風狀況，允許傳動最高溫度等。蝸桿傳動的計算準則蝸桿傳動的計算準則第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計 蝸桿傳動不產生接觸疲

20、勞點蝕的強度條件為蝸桿傳動不產生接觸疲勞點蝕的強度條件為23AHEHKTZZa設計計算時，傳動中心距可用下式計算設計計算時，傳動中心距可用下式計算232EAHPZZaKT10.3.3 10.3.3 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算式中，式中，T T2 2蝸輪轉矩，蝸輪轉矩，N Nmmmm；K KA A使用系數；使用系數；Z ZE E彈性系數，（彈性系數，（MPaMPa）1/21/2；Z Z考慮齒面曲率和接觸線長度影響的接觸系數；考慮齒面曲率和接觸線長度影響的接觸系數；Z Zn n轉速系數；轉速系數；Z Zh h壽命壽命系數；系數；HlimHlim接觸疲勞極限，接觸疲勞極限，MP

21、aMPa，；，；S SHlimHlim接觸疲勞強度的最小安全系數。接觸疲勞強度的最小安全系數。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計0.8751111212/0.6872.4,1.4 1.7/ddaadazau zu zma z或d d1 1和和m m均取標準值，均取標準值，z z1 1和和z z2 2均取整數。利用均取整數。利用tanm z1 / d1的關系求的關系求出蝸桿導程角出蝸桿導程角設計計算時，求得中心距設計計算時，求得中心距a a需圓整為標準值，進而用下列公式求蝸桿直需圓整為標準值，進而用下列公式求蝸桿直徑、蝸桿頭數和模數徑、蝸桿頭數和模數第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計HP

22、sNHPZZ2 2 許用應力許用應力當蝸輪材料為強度極限當蝸輪材料為強度極限B B 300 MPa 300 MPa 的錫青銅的錫青銅, , 蝸輪傳動的主要失效形式為蝸輪齒面接觸疲勞失效。蝸輪傳動的主要失效形式為蝸輪齒面接觸疲勞失效。因此因此, , 承載能力取決于蝸輪的接觸疲勞強度。承載能力取決于蝸輪的接觸疲勞強度。蝸輪材料的許用應力為蝸輪材料的許用應力為式中式中: :HP 基本許用應力基本許用應力,; ,; Z Zs s 滑動速度影響系數滑動速度影響系數, , 由圖由圖10.10 10.10 查得滑動查得滑動速度速度v vs s 概略值概略值, , 再由圖再由圖10.11 10.11 查得查得

23、Z Zs ;s ; Z ZN N接觸疲勞強度的壽命系數接觸疲勞強度的壽命系數, ,第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計初選初選 d d1 1/ /a a 值值中心距中心距a a在蝸桿傳動中是最基本的尺寸，其大小決定了傳動在蝸桿傳動中是最基本的尺寸，其大小決定了傳動的承載能力和傳動的外廓尺寸。的承載能力和傳動的外廓尺寸。 蝸桿的蝸桿的 d d1 1/ /a a 值是蝸桿傳值是蝸桿傳動的重要參數，其大小將影響傳動的工作性能，如：齒面動的重要參數，其大小將影響傳動的工作性能，如：齒面接觸疲勞強度，蝸桿軸的剛度，傳動的嚙合效率和傳動的接觸疲勞強度，蝸桿軸的剛度，

24、傳動的嚙合效率和傳動的工作溫度等。工作溫度等。按照圖按照圖10.910.9進行。選取時注意：在按照傳動比任意選擇了進行。選取時注意：在按照傳動比任意選擇了A A點以后，采用點以后，采用 d1/a ，齒面接觸疲勞強度，齒面接觸疲勞強度，傳動中傳動中心距，心距， 蝸桿剛度，但嚙合效率蝸桿剛度，但嚙合效率 ，潤滑油溫度，潤滑油溫度 。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計10.3.4 蝸桿傳動剛度計算蝸桿受力后如產生過大的變形蝸桿受力后如產生過大的變形, 就會造成輪齒上的載荷就會造成輪齒上的載荷集中集中, 影響蝸桿與蝸輪的正確嚙合影響蝸桿與蝸輪的正確嚙合, 所以蝸桿還須進行剛所以蝸桿還須進行剛度校核

25、。校核蝸桿的剛度時度校核。校核蝸桿的剛度時, 通常是把蝸桿螺旋部分看通常是把蝸桿螺旋部分看作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段, 主要是校核蝸桿的主要是校核蝸桿的彎曲剛度彎曲剛度, 其最大撓度其最大撓度y 可按下式作近似計算可按下式作近似計算22311 48trFFyLyEI式中：式中：Ft1蝸桿所受的圓周力蝸桿所受的圓周力, N; Fr1 蝸桿所受的徑向力蝸桿所受的徑向力,N;E蝸桿材料的彈性模量蝸桿材料的彈性模量,MPa;I蝸桿危險截面的慣性矩蝸桿危險截面的慣性矩, mm4 , L蝸桿兩端支點的跨矩蝸桿兩端支點的跨矩,mm,初步計算時可取初步計算時可取L0.9 d2

26、 , d2 為蝸輪分度圓直為蝸輪分度圓直徑徑; y 允許最大撓度允許最大撓度, y =d1/1 000, d1 為蝸桿分度圓直徑為蝸桿分度圓直徑, mm。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計10.3.5 10.3.5 精度等級的選擇精度等級的選擇蝸桿的制造：蝸桿可以在車床上切制，也可在特種銑床蝸桿的制造：蝸桿可以在車床上切制，也可在特種銑床上用圓盤銑刀或指形銑刀銑制。為了保證正確的嚙合，上用圓盤銑刀或指形銑刀銑制。為了保證正確的嚙合，蝸輪要用與蝸桿同樣大小的滾刀來切制。蝸輪要用與蝸桿同樣大小的滾刀來切制。蝸桿的等級選擇：蝸桿的等級選擇： 由于蝸桿傳動嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動大，所由于蝸桿傳動

27、嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動大，所以制造等級對它的影響比齒輪傳動的更顯著。以制造等級對它的影響比齒輪傳動的更顯著。 蝸桿傳動規定了蝸桿傳動規定了1212個精度等級，個精度等級，1 1 級精度最高級精度最高, , 依依次降低。與齒輪公差相仿次降低。與齒輪公差相仿, , 蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動的公蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動的公差也分成三個公差組。差也分成三個公差組。 對于動力傳動要按照對于動力傳動要按照6 69 9級精度制造。級精度制造。 對于測量、分度等要求運動精度高的傳動要按照對于測量、分度等要求運動精度高的傳動要按照5 5級或級或5 5級以上的精度制造。級以上的精度制造。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳

28、動設計10.4.1 10.4.1 蝸桿傳動的效率蝸桿傳動的效率h h1 1傳動嚙合效率；傳動嚙合效率；123 h h2 2油的攪動和飛濺損耗時的效率；油的攪動和飛濺損耗時的效率；h h3 3軸承效率。軸承效率。蝸桿總效率蝸桿總效率主要取決于傳動嚙合效率主要取決于傳動嚙合效率1 , 1 , 即考慮齒面間相對即考慮齒面間相對滑動的功率損失。滑動的功率損失。 嚙合效率可近似地按螺旋幅地效率計算：嚙合效率可近似地按螺旋幅地效率計算：11tantan()tan()tanvv蝸桿主動：蝸輪主動：10.4 10.4 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算1. 1.

29、傳動效率傳動效率第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計 這部分的功耗和蝸輪或蝸桿的浸油深度和速度、油的粘度以及這部分的功耗和蝸輪或蝸桿的浸油深度和速度、油的粘度以及箱體的內部結構有關。一般地，這部分功耗不大，箱體的內部結構有關。一般地，這部分功耗不大，h h2 2可取可取0.990.99。油的攪動和飛濺損耗時的效率油的攪動和飛濺損耗時的效率 導程角式影響蝸桿傳動嚙合效率最主要的參數之一。由式可以解導程角式影響蝸桿傳動嚙合效率最主要的參數之一。由式可以解出當導程角為（出當導程角為（4545v v /2 /2）度時，嚙合效率最大。再有，當導程角超）度時，嚙合效率最大。再有，當導程角超過過2828度

30、時，效率隨導程角的變化很慢，考慮制造上的問題，實際中導程度時，效率隨導程角的變化很慢，考慮制造上的問題，實際中導程角一般小于角一般小于2727度。度。 蝸桿傳動中，多數用滾動軸承，故蝸桿傳動中，多數用滾動軸承，故h h3 3可取可取0.990.99；若采用滑動軸承；若采用滑動軸承h h3 3可取可取0.980.980.990.99。軸承效率軸承效率 由以上分析可見，蝸桿傳動的效率主要時是傳動的嚙合效率，影由以上分析可見，蝸桿傳動的效率主要時是傳動的嚙合效率，影響嚙合效率的因素中，導程角起著主導作用。響嚙合效率的因素中，導程角起著主導作用。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計總效率初估值總效率

31、初估值第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計1. 1. 潤滑油種類的選擇潤滑油種類的選擇10.4.2 10.4.2 蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑工作特點是滑動速度大工作特點是滑動速度大, , 油膜形成困難油膜形成困難, , 發熱大發熱大, , 效率低。效率低。特別當潤滑不良時特別當潤滑不良時, , 會帶來劇烈的磨損和產生膠合破壞的會帶來劇烈的磨損和產生膠合破壞的危險。因此潤滑對蝸桿傳動來說危險。因此潤滑對蝸桿傳動來說, , 具有特別重要的意義。具有特別重要的意義。一般采用粘度大的潤滑油一般采用粘度大的潤滑油, , 提高其抗膠合能力。提高其抗膠合能力。蝸桿傳動潤滑油分為蝸桿傳動潤滑油分為: :

32、L-CKE L-CKE復合型蝸輪蝸桿油和復合型蝸輪蝸桿油和LCKE PLCKE P極壓型蝸輪蝸桿極壓型蝸輪蝸桿油兩個品種油兩個品種, , 主要用于銅主要用于銅- - 鋼配對的蝸桿傳動。鋼配對的蝸桿傳動。 L-CKE L-CKE 適用于載荷較輕適用于載荷較輕, , 傳動平穩且無沖擊的場合傳動平穩且無沖擊的場合; ; LCKE P LCKE P 用于重載及有振動和沖擊的場合用于重載及有振動和沖擊的場合第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計2. 潤滑油粘度的選擇潤滑油粘度的選擇對于蝸桿傳動對于蝸桿傳動, 潤滑油粘度選擇需考慮的因素有滑動速度、潤滑油粘度選擇需考慮的因素有滑動速度、轉速及載荷性質等轉速

33、及載荷性質等, 采用力采用力- 速度因子法可以較全面地考慮速度因子法可以較全面地考慮上述因素。按此方法上述因素。按此方法, 首先計算力首先計算力- 速度因子速度因子, 即即式中式中:的單位為的單位為Nmin/m2 ; a 為中心距為中心距, m; T2 為蝸輪轉矩為蝸輪轉矩,Nm; n1 為蝸桿轉速為蝸桿轉速, r/min231Ta n第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計3. 潤滑方式的選擇潤滑方式的選擇 閉式蝸桿傳動的潤滑方式分為循環噴油潤滑和油閉式蝸桿傳動的潤滑方式分為循環噴油潤滑和油浴潤滑浴潤滑, 一般當一般當vs 10 m/s 時時, 采用噴油潤滑。采用噴油潤滑。 采用噴油潤滑時采用

34、噴油潤滑時, 噴油嘴要對準蝸桿嚙入端噴油嘴要對準蝸桿嚙入端; 蝸桿蝸桿正反轉時正反轉時, 兩邊都要裝有噴油嘴兩邊都要裝有噴油嘴, 而且要控制一定的而且要控制一定的油壓。油壓。 采用油浴潤滑時采用油浴潤滑時, 對于蝸桿下置式或蝸桿側置式對于蝸桿下置式或蝸桿側置式的傳動的傳動, 浸油深度至少應為蝸桿的一個齒高浸油深度至少應為蝸桿的一個齒高; 當為蝸當為蝸桿上置式時桿上置式時, 浸油深度約為蝸輪外徑的浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。 對于開式傳動對于開式傳動, 則采用粘度高的齒輪油或潤滑脂則采用粘度高的齒輪油或潤滑脂, 一般采用涂刷。一般采用涂刷。第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計第第10章章 蝸

35、桿傳動設計蝸桿傳動設計10.4.3 蝸桿傳動的熱平衡計算蝸桿傳動的熱平衡計算式中式中: P 為蝸桿傳遞的功率為蝸桿傳遞的功率, kW; 的單位為的單位為W, 1W = 1 J/s。因摩擦損耗的功率因摩擦損耗的功率Pf = P(1 - ) , 則產生的熱流量為則產生的熱流量為 在閉式蝸桿傳動中在閉式蝸桿傳動中, 由于效率低由于效率低, 工作時發熱量大工作時發熱量大, 如果如果產生的熱量不能及時散逸產生的熱量不能及時散逸, 將因油溫不斷升高將因油溫不斷升高, 而使潤滑油而使潤滑油粘度降低粘度降低, 從而增大齒面間的損失從而增大齒面間的損失, 甚至發生膠合。所以甚至發生膠合。所以, 必必須根據單位時間內的發熱量等于同時間內的散熱量的條件須根據單位時間內的發熱量等于同時間內的散熱量的條件進行熱平衡計算進行熱平衡計算, 以保證油溫穩定地處于規定的范圍內。以保證油溫穩定地處于規定的范圍內。11000 (1)P 第第10章章 蝸桿傳動設計蝸桿傳動設計以自然冷卻方式以自然冷卻方式, 從箱體外壁散發到周圍空氣中去的從箱體外壁散發到周圍空氣中去的熱流量熱流量2 為為:式中式中:d 為箱體的表面散熱系數為箱體的表面散熱系數; S 為內表面能被潤滑油所飛濺到為內表面能被潤滑油所飛濺到, 而外表面又可而外表面又可為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積為周圍空氣所冷卻的箱