普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程)

(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
            普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第1张               
  式中:γ—普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角;
     普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第2张—当量摩擦角,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第3张,其值可根据滑动速度vs由表<普通圆柱蜗杆传动的vs,fv,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第4张值>或表<圆弧圆柱蜗杆传动的vs,fv,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第4张值>中选取。
  滑动速度vs由图<蜗杆传动的滑动速度>得
            普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第6张      
  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

       普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第7张          
   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

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图<蜗杆传动的滑动速度>

 普通圆柱蜗杆传动的vs,fv,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第9张

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

滑动速度普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第10张m/s)

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fv

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fv

普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第9张

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和普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第9张值。

   (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,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第9张

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

普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第10张(m/s)

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fv

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fv

普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第9张

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和普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第9张值。

  (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

运动粘度普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第31张

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

(不限)

(不限)

(不限)

(不限)

运动粘度普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第31张

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=普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第33张S(t0-ta) W
  式中:普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第33张--箱体的表面传热系数,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第35张,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,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第36张

     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

            普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第37张  ℃   
  或在既定条件下,保持正常工作温度所需要的散热面积为

             普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第38张   普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第36张     
  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。

 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第40张

图<加散热片和风扇的蜗杆传动>

普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第41张

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

         普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第42张  kW        
    式中普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第43张为风扇消耗的功率,可按下式计算:

         普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第44张  kW       
  此处:vF——风扇叶轮的圆周速度,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第45张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  普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第46张W    

  散发到空气中的热流量为       普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第47张W   

     式中:S1,S2--分别为风冷面积及自然冷却面积,普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第36张
       普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第33张' --风冷时的表面传热系数,按下表<风冷时的表面传热系数普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第33张'>选取。
                  风冷时的表面传热系数普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第33张'

蜗杆转速(r/min)

750

1000

1250

1550

普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第33张'[W/(普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡(图文教程),普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡,圆柱,第36张·℃)]

27

31

35

38

  3)在传动箱内装循环冷却管路。 

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