普通圆柱蜗杆传动的效率.doc

普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡
(一)蜗杆传动的效率
　　　闭式蜗杆传动的功率损耗一般包括三部分，即啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及浸入油池中的零件搅油时的溅油损耗。因此总效率为　　　
　　　　　　　　　　　　η=η1·η2·η3　　　　　　　　　　　　　　
　　式中η1,η2,η3分别为单独考虑啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗时的效率。而蜗杆传动的总效率，主要取决于计入啮合摩擦损耗时的效率η1。当蜗杆主动时，则

　　式中：γ—普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角；
　　　　　—当量摩擦角，，其值可根据滑动速度vs由表<普通圆柱蜗杆传动的vs，fv，值>或表<圆弧圆柱蜗杆传动的vs，fv，值>中选取。
　　滑动速度vs由图<蜗杆传动的滑动速度>得

　　式中:v1—蜗杆分度圆的圆周速度，m/s；
　　　　　d1—蜗杆分度圆直径，mm；
　　　　　n1—蜗杆的转速，r/min。
　　由于轴承摩擦及溅油这两项功率损耗不大，一般取η2·η3=0.95～0.96，则总效率η为

　　 在设计之初，为了近似地求出蜗轮轴上的扭矩T2,η值可如下估取:
　　　　蜗杆头数 z1　　1 　　　2 　　　4 　　　6
　　　　总效率 　η　　0.7　　0.8 　　0.8 　　0.95

图<蜗杆传动的滑动速度>
 普通圆柱蜗杆传动的vs，fv，值
蜗轮齿圈材料
锡青铜
无锡青铜
灰铸铁
蜗杆齿面硬度
≥45HRC
其它
≥45HRC
≥45HRC
其它
滑动速度m/s)

fv

fv

0.01
0.110
6°17'
0.120
6°51'
0.180
10°12'
0.180
10°12'
0.190
10°45'
0.05
0.090
5°09'
0.100
5°43'
0.140
7°58'
0.140
7°58'
0.160
9°05'
0.10
0.080
4°34'
0.090
5°09'
0.130
7°24'
0.130
7°24'
0.140
7°58'
0.25
0.065
3°43'
0.075
4°17'
0.100
5°43'
0.100
5°43'
0.120
6°51'
0.50
0.055
3°09'
0.065
3°43'
0.090
5°09'
0.090
5°09'
0.100
5°43'
1.0
0.045
2°35'
0.055
3°09'
0.070
4°00'
0.070
4°00'
0.090
5°09'
1.5
0.040
2°17'
0.050
2°52'
0.065
3°43'
0.065
3°43'
0.080
4°34'
2.0
0.035
2°00'
0.045
2°35'
0.055
3°09'
0.055
3°09'
0.070
4°00'
2.5
0.030
1°43'
0.040
2°17'
0.050
2°52'

3.0
0.028
1°36'
0.035
2°00'
0.045
2°35'

4
0.024
1°22'
0.031
1°47'
0.040
2°17'

5
0.022
1°16'
0.029
1°40'
0.035
2°00'

8
0.018
1°02'
0.026
1°29'
0.030
1°43'

10
0.016
0°55'
0.024
1°22'

15
0.014
0°48'
0.020
1°09'

24
0.013
0°45'

　注：（1）如滑动速度与表中数值不一致时，可用插入法求得fv和值。
　　　（2）蜗杆齿面经磨削或抛光并仔细磨合，正确安装，以及采用粘度合适的润滑油进行充分润滑时。
圆弧圆柱蜗杆传动的vs，fv，值
蜗轮齿圈材料
锡青铜
无锡青铜
灰铸铁
蜗杆齿面硬度
≥45HRC
其它
≥45HRC
≥45HRC
其它
(m/s)

fv

fv

0.01
0.093
5°19'
0.10
5°47'
0.156
8°53'
0.156
8°53'
0.165
9°22'
0.05
0.075
4°17'
0.083
4°45'
0.12
6°51'
0.12
6°51'
0.138
7°12'
0.10
0.065
3°43'
0.075
4°17'
0.111
6°20'
0.111
6°20'
0.119
6°47'
0.25
0.052
2°59'
0.060
3°26'
0.083
4°45'
0.083
4°45'
0.107
5°50'
0.50
0.042
2°25'
0.052
2°59'
0.075
4°17'
0.075
4°17'
0.083
4°45'
1.00
0.033
1°54'
0.042
2°25'
0.056
3°12'
0.056
3°12'
0.075
4°17'
1.50
0.029
1°40'
0.038
2°11'
0.052
2°59'
0.052
2°59'
0.065
3°43'
2.00
0.023
1°21'
0.033
1°54'
0.042
2°25'
0.042
2°25'
0.056
3°12'
2.5
0.022
1°16'
0.031
1°47'
0.041
2°21'
0.041
2°21'

3
0.019
1°05'
0.027
1°33'
0.037
2°07'
0.037
2°07'

4
0.018
1°02'
0.024
1°23'
0.033
1°54'
0.033
1°54'

5
0.017
0°59'
0.023
1°20'
0.029
1°40'
0.029
1°40'

8
0.014
0°48'
0.022
1°16'
0.025
1°26'
0.025
1°26'

10
0.012
0°41'
0.020
1°09'

15
0.011
0°38'
0.017
0°59'

20
0.010
0°35'

25
0.009
0°31'

注：（1）如滑动速度与表中数值不一致时，可用插入法求得fv和值。
　　（2）蜗杆齿面经磨削或抛光并仔细磨合，正确安装，以及采用粘度合适的润滑油进行充分润滑时。
(二)蜗杆传动的润滑
　　润滑对蜗杆传动来说，具有特别重要的意义。因为当润滑不良时，传动效率将显著降低，并且会带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险，所以往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑，在润滑油中还常加入添加剂，使其提高抗胶合能力。
　　蜗杆传动所采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动的基本相同。
l．润滑油
　　润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件合理选用。在钢蜗杆配青铜蜗轮时，常用的润滑油见下表<蜗杆传动常用的润滑油>。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　蜗杆传动常用的润滑油
全损耗系统用有牌号L-AN
68
100
150
220
320
460
680
运动粘度
61.2～74.8
90 ～110
135 ～165
198～242
288 ～352
414～506
612～748
粘度指数　不小于
90
闪点（开口）(℃)不低于
180
200
220
倾点(℃)不高于
-8
-5
　　　　　注：其余指标可参看GB5903-1986。
2．润滑油粘度及给油方法
　　润滑油粘度及给油方法，一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。对于闭式传动，常用的润滑油粘度及给油方法见下表<蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法>；对于开式传动，则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂。
　　如果采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装有喷油嘴,而且要控制一定的油压。
　　　　　　　　　　　　　　　　蜗杆传动的润滑油粘度荐用值及给油方法
蜗杆传动的相对滑动速度vs/(m/s)
0～1
0～2.5
0～5
>5～10
>10～15
>15～25
>25
载荷类型
重
重
中
（不限）
（不限）
（不限）
（不限）
运动粘度
900
500
350
220
150
100
80
给油方法
油池润滑
喷油润滑或油池润滑
喷油润滑时的喷油压力 /MPa
0.7
2
3
3.润滑油量
　　对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，在搅油损耗不至过大的情况下，应有适当的油量。这样不仅有利于动压油膜的形成，而且有助于散热。对于蜗杆下置式或蜗杆侧置式的传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当为蜗杆上置式时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。
(三)蜗杆传动的热平衡计算
　　蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量 等于同时间内的散热量 的条件进行热平衡计算，以保证油温稳定地处于规定的范围内。
　　由于摩擦损耗的功率 ，则产生的热流量(单位为lW=l J/s)为
　　　　　　　　　　H1=1000P(1-η) W 
　　式中P为蜗杆传递的功率，kW。
　　以自然冷却方式，从箱体外壁散发到周围空气中去的热流量为
　　　　　　　　　H2=S(t0-ta) W
　　式中:--箱体的表面传热系数，，空气流通良好时，取大值；
　　 　　S --内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的箱体表面面积，；
　　　　 t0--油的工作温度，一般限制在60～70℃，最高不应超过80℃；
　　 　 ta--周围空气的温度，常温情况可取为20℃；
　　按热平衡条件H1=H2，可求得在既定工作条件下的油温为
　　　　　　　　　　　　　　℃　　　
　　或在既定条件下，保持正常工作温度所需要的散热面积为

　　在t0>80℃或有效的散热面积不足时，则必须采取措施，以提高散热能力。通常采取：
　　　　1)加散热片以增大散热面积，见图<加散热片和风扇的蜗杆传动>。
　　　　2)在蜗杆轴端加装风扇(图<加散热片和风扇的蜗杆传动>)以加速空气的流通。

图<加散热片和风扇的蜗杆传动>

图<装有循环冷却管路的蜗杆传动>
　　由于在蜗杆轴端加装风扇这就增加了功率损耗为。总的损率损耗为
　　　　　　　　　　　kW　　　　　　　　
　　　　式中为风扇消耗的功率，可按下式计算:
　　　　　　　　　　　kW　　　　　　　
　　此处：vF——风扇叶轮的圆周速度，m/s，其中DF为风扇叶轮外径，mm；
　　　　　nF——风扇叶轮转速，r/min。
　　由摩擦消耗的功率所产生的热流量为　　W　　　　
　　散发到空气中的热流量为　　　　　　　W　　　
　　　　　式中:S1,S2--分别为风冷面积及自然冷却面积，；
　　　　　　　' --风冷时的表面传热系数，按下表<风冷时的表面传热系数'>选取。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　风冷时的表面传热系数'
蜗杆转速(r/min)
750
1000
1250
1550
'[W/(·℃)]
27
31
35
38
　　3)在传动箱内装循环冷却管路。