蜗杆传动的效率和热平衡计算

1.蜗杆传动的效率

闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分，齿面间啮合摩擦损耗、蜗杆轴上轴承的摩擦损耗和搅动箱体中润滑油的溅油损耗，因此蜗杆传动总效率为

η=η₁η₂η₃

式中 η₁——啮合效率；

η₂——搅油效率，主要与浸油深度和速度，与油粘度有关，可取η₂≈0.99；

η₃——轴承效率，滚动轴承效率η₃=0.99（一对），滑动轴承效率η₃=0.98～0.99。

啮合效率η₁，是影响蜗杆传动效率的主要因素，近似按螺旋副效率计算。蜗杆主动时为η₁，蜗轮主动时为η′₁。

式中 ρ_v——当量摩擦角，ρ_v=arctanμ_v，μ_v为当量摩擦系数，主要与v_s有关，ρ_v，μ_v可根据v_s值由表3-11查得。v_s可以用下式计算。

因为η₂≈0.99，η₃=0.99，所以对设计的蜗杆传动，可近似取η≈η₁，也就是说，蜗杆传动的效率主要取决于啮合效率。而影响啮合效率的主要因素是蜗杆的导程角，其次是传动的匹配材料、润滑状态及接触表面的表面粗糙度。

故在设计之初，先估取η以近似算出蜗轮转轴上的转矩T₂，η的经验数据如表3-12所列。

2.蜗杆传动的热平衡计算

根据热平衡原理，传动的功率损失变成的热量等于箱体散发的热量。

发热量

1000P₁（1_-η）

散热量

α_w·A·（t₁-t₀）(www.xing528.com)

1000P₁（1_-η）=α_w·A·（t₁-t₀）

式中 P₁——蜗杆传递的功率；

α_w——表面传热系数，为单位箱体面积、单位温差吸收或放出的热量，取α_w=8.15～17.45W/（m²·℃）；

t₁，t₀——箱体及工作环境温度（℃）；

A——箱体有效散热面积，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^-5a^1.88（m²）估算，其中a为中心距（mm）。当油温超过80℃时，说明散热面积不足，采用散热措施提高散热能力。

3.散热的措施

当油温为80℃时，必须采取措施，提高散热能力。

1）加散热片，增加散热面积。

2）在蜗杆轴端加装风扇（见图3-3a），提高表面传热系数α_w；如图3-3a所示，加装风扇时表面传热系数α_w可按表3-13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。

3）加循环冷却设施。如图3-3b所示，如循环蛇形冷却水管或外冷却喷油润滑。

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

采用风扇冷却时，油温仍可按式计算，但表面传热系数α_w应按表3-13选取。

4）外冷却喷油润滑。如图3-3c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。

图3-3 蜗杆传动的散热方法