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z11 2 4 6
总效率 η0.70.8 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。