机械设计第7章蜗杆传动.doc

第七章 蜗杆传动 案例导入：卷扬机、带式运输机等起重类机械，要求用低速大扭矩、小功率大传动比、防止负载反传等传动装置，这是齿轮传动难以胜任的。蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、不可逆传等优点，在机床、冶金、矿山、起重运输机械中得到广泛应用。 第一节 蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成，用来传递空间两交错轴的运动和动力。如图7-1所示。通常两轴交错角为90°,蜗杆为主动件。 一、蜗杆传动的类型 如图7-2所示，根据蜗杆的形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动（图a），环面蜗杆传动（图b）,和锥面蜗杆传动(图c)。 圆柱蜗杆传动，按蜗杆轴面齿型又可分为普通蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。 普通蜗杆传动多用直母线刀刃的车刀在车床上切制，可分为阿基米德蜗杆（ZA型）、渐开蜗杆（ZI型）和法面直齿廓蜗杆（ZH型）等几种。 如图7-3所示，车制阿基米德蜗杆时刀刃顶平面通过蜗杆轴线。该蜗杆轴向齿廓为直线，端面齿廓为阿基米德螺旋线。阿基米德蜗杆易车削难磨削，通常在无需磨削加工情况下被采用，广泛用于转速较低的场合。 图7-1蜗杆传动 如图7-4所示，车制渐开线蜗杆时，刀刃顶平面与基圆柱相切，两把刀具分别切出左、右侧螺旋面。该蜗杆轴向齿廓为外凸曲线，端面齿廓为渐开线。渐开线蜗杆可在专用机床上磨削，制造精度较高，可用于转速较高功率较大的传动。 蜗杆传动类型很多，本章仅讨论目前应用最为广泛的阿基米德蜗杆传动。 二、蜗杆传动的特点 (1)传动比大，结构紧凑。单级传动比一般为10～40(80)，只传动运动时（如分度机构），传动比可达1000。 (2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合的，故传动平稳，噪声小。　　　　 (3) 有自锁性。当蜗杆导程角小于当量摩擦角时，蜗轮不能带动蜗杆转动，呈自锁状态。手动葫芦和浇铸机械常采用蜗杆传动满足自锁要求。 (4)传动效率低。蜗杆蜗轮啮合处有较大的相对滑动，摩擦剧烈、发热量大，故效率低。一般η＝0.7～0.9，具有自锁性能的蜗杆效率仅0.4。 (5)蜗轮造价较高。为了减摩和耐磨，蜗轮常用青铜制造，材料成本较高。 由上述特点可知：蜗杆传动适用于传动比大，传递功率不大，两轴空间交错的场合。 图7-3 阿基米德蜗杆 图7-4渐开线蜗杆 第二节 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算 图7-5所示阿基米德蜗杆传动，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为主平面（中间平面）。在主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。为了加工方便，规定主平面的几何参数为标准值。 一、蜗杆传动的基本参数 1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比 蜗杆头数z1,即为蜗杆螺旋线的数目。蜗杆的头数一般取z1=1～6。当传动比大于40 或要求自锁时取z1=1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证。 蜗轮的齿数一般取z2＝27～80。z2过少将产生根切；z2过大，蜗轮直径增大，与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。 蜗杆传动的传动比等于蜗杆与蜗轮转速之比。当蜗杆回转一周时，蜗轮被蜗杆推动转过z1个齿（或z1/z2周），因此传动比为： 　　　　　　　　　　 （７-1） 式中：n1、n2分别为蜗杆和蜗轮的转速（r/min）z1、z2可根据传动比按表7-1选取。 表7-1 z1和z2的推荐值 i 7～8 9～13 14～24 25～27 28～40 40 z1 4 3～4 2～3 2～3 1～2 1 z2 28～32 27～52 28～72 50～81 28～80 40 2.m和压力角 由于蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，而主平面是蜗杆的轴向平面又是蜗轮的端面（见图7-5），与齿轮传动相同，为保证轮齿的正确啮合，蜗杆的轴向模数ma1应等于蜗轮的端面模数mt2；蜗杆的轴向压力角应等于蜗轮的端面压力角；蜗杆分度圆导程角应等于蜗轮分度圆螺旋角，且两者螺旋方向相同。即： 3.蜗杆的分度圆直径d1和导程角 如图7-6所示，将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端平面的夹角称为蜗杆的导程角。可得： (7-2) 式中：pa1为蜗杆轴向齿距(mm)；d1为蜗杆分度圆直径（mm）。 蜗杆的螺旋线与螺纹相似也分左旋和右旋，一般多为右旋。对动力传动为提高效率应采用较大的值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传动，应采用的蜗杆传动，此时蜗杆的头数为1。由式7-2得： (7-3) 式中：称为蜗杆的直径系数，当m一定时，q值增大，则蜗杆直径d1增大