蜗杆传动热平衡计算方法

蜗杆传动由于齿面相对滑动速度大，工作时摩擦发热严重，尤其在闭式传动中，如果箱体散热不良，润滑油的温度过高将降低润滑的效果，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。为了使油温保持在允许范围内，防止胶合的发生，必须进行热平衡的计算。

在热平衡状态下，蜗杆传动单位时间内由摩擦功耗产生的热量等于箱体散发的热量，即

1000P（1_-η）＝K_sA（t_i-t₀）

式中 P——蜗杆传递的功率（kW）；

K_s——箱体表面传热系数，即单位箱体面积、单位温差吸收或放出热量，可取K_s＝8.15～17.45W/（m²·℃），当周围空气流通良好时，取偏大值；

t₀——周围空气的温度，通常取t₀＝20℃；

t_i——热平衡时油的工作温度，一般限制在60～70℃，最高不超过80℃；

A——箱体有效散热面积（m²），即箱体内表面能被润滑油浸到或飞溅到，而外表面直接与空气接触的箱体表面积。如果箱体有散热片，则有效面积按原面积的1.5倍估算；对于散热片布置良好的固定式蜗杆减速器，其散热面积可按A＝9×10^-5a¹.⁸⁸（单位为m²）估算，其中a为中心距，单位为mm。

当油温超过80℃时，说明散热面积不足，可用以下散热措施提高散热能力：

1）加散热片，增加散热面积。采用散热片时，为保持正常工作的油温所需的总散热面积为

2）在蜗杆轴端加装风扇，提高表面传热系数：如图8-6a所示，加装风扇时表面传热系数K_s′可按表8-11选取。此时，总功耗加大，传动总效率η除了考虑啮合效率_η1、轴承效率η₂、搅油效率η₃外，还应考虑风扇效率η₄。

图8-6 蜗杆传动的散热方法

表8-11 风冷时的表面传热系数

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风扇功耗ΔP_F（单位为kW）为

ΔP_F＝1.5v³_F×10^-5

式中 v_F＝πD_Fn_F/（60/1000）为风扇叶轮的圆周速度（m/s），其中，D_F为风扇叶轮外径（mm）；n_F为风扇转速（r/min）。

风扇效率为

η₄＝（P-ΔP_F）/P

此时蜗杆传动的总效率为η＝η₁η₂η₃η₄，因此由摩擦功耗所产生的热量H₁（单位为W）为

H₁＝1000P（1-η）

散发到空气中的热量H₂（单位为W）为

H₂＝（K_s′A₁＋K_sA₂）（t_i-t₀）

式中 A₁，A₂——风冷面积及自然冷却面积（m²）；

其他符号意义同前。

加装风扇后达到热平衡时的工作油温为

3）加循环冷却设施：如图8-6b所示，在油池中安装循环蛇形冷却水管，使冷水和油池中热油进行热交换，以达到降低油温的目的。

4）外冷却喷油润滑：如图8-6c所示，通过外冷却器，将热油冷却后直接喷到蜗杆啮合区，从而降低热平衡时的工作温度。