第10章蜗杆传动设计.doc

第10章 蜗杆传动设计 10.1 概述 蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的； 它是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来。 为了改善啮合状况，常将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样啮合齿廓间的接触为线接触，可传递较大的动力。 蜗杆传动用于传递两根空间交错轴间的运动和动力，两轴间的夹角可为任意值，通常为90°。 蜗杆传动优点： 传动比大：在动力传动中，单级传动比在8～80；只传递运动或用于分度时，单级传动比可达1000； 由于传动比大，因而结构紧凑； 传动平稳、没有噪音。 当蜗杆分度圆导程角小于轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性； 蜗杆传动的主要缺点： 效率低，摩擦磨损大。 当蜗杆主动时，效率一般为70%～80%；具有自锁性能时，效率为0.4左右。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高。蜗杆轴向力较大，致使轴承受力损害较大。 蜗杆传动的类型 按蜗杆齿螺旋方向，有左旋蜗杆和右旋蜗杆，为方便切制，一般采用右旋蜗杆。 按蜗杆螺旋线头数，有单头蜗杆和多头蜗杆。 按蜗杆齿面硬度，有软面蜗杆和硬面蜗杆。软面蜗杆只经调质处理，用于低速轻载及不重要的传动中。硬面蜗杆可用渗碳钢淬火或中碳钢表面淬火获得，蜗杆齿面必须磨削。硬面蜗杆精度高，承载大，多用于大动力传动中。 按蜗杆分度曲面形状不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。其分度曲面分别是圆柱面、圆环面和圆锥面。 圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。 普通圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆又分为阿基米德蜗杆、延伸渐开线蜗杆、渐开线蜗杆和锥面包络蜗杆。 （1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆，轴向直廓蜗杆）：ZA蜗杆可在车床上用梯形车刀加工，与车梯形螺纹相似，蜗杆在轴向I—I剖面内的齿形为直线，在法向剖面内的齿形为曲线，在垂直于轴线的端面上，其齿形阿基米德螺线。这种蜗杆加工简便，应用较广，主要在低速轻载或手动机械中采用。缺点是蜗杆磨削困难，精度不高，当导程角较大时，加工不便。 （2）延伸渐开线蜗杆（ZN蜗杆，法向直廓蜗杆）：蜗杆在法向剖面内的齿形为直线，在轴向I—I剖面内的齿形为曲线，在端面上，其齿形延伸渐开线。同阿基米德蜗杆一样，这种蜗杆磨削也较困难，精度不高，应用较少。 （3）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）：蜗杆在切与基圆柱的轴向剖面内的齿形一侧为直线，在轴向I—I剖面和法向剖面内的齿形均为曲线，其端面齿形为渐开线。可以像圆柱齿轮那样用滚刀滚铣，并可以用平面砂轮进行磨消，制成硬面蜗杆，并得到较高精度，可用于传递载荷和功率较大场合。 （4）锥面包络蜗杆（ZK蜗杆） ：ZK蜗杆用锥面盘形铣刀沿蜗杆齿槽法向铣削。加工时，铣刀或砂轮在作切削运动的同时，与工件作螺旋运动，形成蜗杆包络螺旋齿面。由于蜗杆可用锥面砂轮磨削，因而可制成硬面蜗杆，并获得较高精度，可用于中速、中载、连续传动的场合，应用较广。 圆弧圆柱蜗杆传动 与普通圆柱蜗杆不同，圆弧圆柱蜗杆（ZC蜗杆）是用刃边为凸圆弧形的刀具切制而成。在蜗杆螺旋线的法平面内，蜗杆齿形为凹弧形，蜗轮齿廓在其端面（蜗杆轴面）内为凸弧形，所以圆弧圆柱蜗杆传动是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动。其主要特点为承载能力大，传动效率高，而且体积小，结构紧凑，是目前推荐应用的一种蜗杆传动。 蜗杆传动精度 GB/T10089—1998对蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12个精度等级，1级最高，12级最低。与齿轮公差相似，蜗杆、蜗轮以及蜗杆传动的公差也分为三个公差组。 普通圆柱蜗杆传动的精度等级多在6～9级。对于动力传动，要按照7～9级精度制造。对于测量、分度等要求运动精度高的传动，要按照6级或6级以上的精度制造。 蜗杆通常在车床上车制，也可在铣床上铣制；蜗轮要用与它相啮合的蜗杆同样大小的滚刀切制。 10.2 蜗杆传动的失效形式、材料选择和结构 10.2.1 蜗杆传动的失效形式和计算 蜗杆传动的失效形式：点蚀、齿根折断、齿面胶合以及磨料磨损； 蜗杆传动齿面之间的相对滑动速度大，发热量高，更容易发生磨损和胶合。尤其是当重载、高转速且润滑不良时，胶合将是蜗杆传动的主要失效形式。 由于蜗杆轮齿材料的强度要高于蜗轮轮齿材料的强度，而且蜗杆轮齿是连续的螺旋，蜗杆传动的失效只发生在蜗轮轮齿上。 蜗杆的主要失效形式是刚度不足。 蜗杆传动承载能力的计算：接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，在此基础上适当考虑胶合和磨损因素的影响，故其强度计算是条件性的。 闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合或点蚀。要按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核； 由于闭式蜗杆传动的散热较为困难，还应作热平衡计算， 以限止胶合的发生。 开式蜗杆传动的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，要按齿根弯曲疲劳强度进行设计。考