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　　　　　　　　　稀　　　
　　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《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 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<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

　　　　　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剑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旅婊为

　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　
　　在t0>80℃或有效的散热面积伦闶保则必须采取措施，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 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。

　i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”砻娲热系数，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。