第11章 蝸桿傳動(第11章)

1、1 第11章 蝸桿傳動 2 11.1蝸桿傳動的特點和應用 一.特點： 1.傳動比大：結(jié)構(gòu)緊湊，動力傳動i=580； 2.傳動平穩(wěn)：連續(xù)的螺旋齒；逐漸進入嚙 合和退出，故沖擊小、噪聲低； 3.可自鎖：升角小于當量摩擦角時； 4.傳動效率低：滑動速度大，摩擦與磨損 嚴重。但新型蝸桿的傳動效率 已可達90%以上。 3 二、 蝸桿傳動的類型 a ）圓柱蝸桿傳動 b）環(huán)面蝸桿傳動 c）錐蝸桿傳動 4 1. 普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動：根據(jù)蝸桿的不同齒 廓形狀及形成機理，可分為： 阿基米德蝸桿（ZA蝸桿） 漸開線蝸桿 （ZI蝸桿） 法向直廓蝸桿（ZN蝸桿） 5 阿基米德蝸桿（ZA蝸桿） 車削工藝好，

2、 精度低， 中小載荷， 使用逐漸 減少 中間平面齒廓為直線 6 法向直廓蝸桿（ZN蝸桿） 法面齒廓為直線 7 漸開線蝸桿（ZI蝸桿） 效率高； 傳遞功率 較大 端面齒廓為漸開線 8 11. 2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸 在中間平面，普通圓柱蝸桿 傳動相當于齒輪和齒條的嚙合， 設計時以中間平面的參數(shù)為基準。 2.蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1 直徑系數(shù)直徑系數(shù)q ： m d q 1 2121tata mm 一、蝸桿傳動的主要參數(shù) 1.模數(shù)模數(shù)m和壓力角和壓力角 ：在中間平面，即 蝸桿軸平面與蝸輪端面的m和壓力角相等 且為標準值。 9 3.蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1： 常取 1、 2、 4

3、、 6 傳動效率 ： 估取 0.7、0.8、0.9、0.95。 蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2 ： 保證一定的重合度，傳動平穩(wěn)； 保證抗彎強度、蝸桿的剛度。 802817 22 zz，常取 為什么對蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)有限制？ 蝸桿頭數(shù)少，能得到大的傳動比，但導程角小、效率低、 發(fā)熱量大，故載荷大且連續(xù)工作時不宜用單頭蝸桿。如 傳動要自鎖，應選單頭。蝸桿頭數(shù)多，效率高，但過多 加工困難，所以要限制蝸桿頭數(shù)不宜過多。 從傳動的平穩(wěn)性考慮，蝸輪齒數(shù)少，同時嚙合齒的對數(shù)少， 傳動的平穩(wěn)性差。齒數(shù)愈多，蝸輪直徑愈大，蝸桿愈長， 蝸桿剛度愈小，所以蝸輪的齒數(shù)要限制。 10 軸向齒距;導程 1 1 1 1 1 1 x

4、z xz pp q z d mz d pz d p tg 4.導程角導程角 ： 1 d Z p x p 11 m d q 1 （1） q z d mz d pz d p tg xz1 1 1 1 1 1 （2） 蝸桿分度圓蝸桿分度圓d1，導程角，導程角 和直徑系數(shù)和直徑系數(shù)q關系：關系： A.從（1）知，當m一定時，q值增大，則d1變大，蝸桿的剛 度及強度相應提高，因此當m較小時，q選較大值 B.因為在（2）式中，當q取小值時，增大，效率隨之提高， 故在蝸桿軸剛度允許的情況下，應盡可能選較小的q值。 為了滿足各種需要，對于同一為了滿足各種需要，對于同一m允許允許q值在一定范圍內(nèi)變動，值在一定范

5、圍內(nèi)變動， 以便選用不同的標準蝸桿直徑。以便選用不同的標準蝸桿直徑。 12 5.中心距中心距a： )( 2 )( 2 1 221 zq m dda )( 1 2 1 2 2 1 d d z z n n i 6.傳動比傳動比i： 13 二、二、蝸輪的變位 蝸桿傳動變位的特點 ：為了保持刀具尺寸不 變，不能改變蝸桿的尺寸，因而常對蝸輪進行變位。 （1）變位前后，蝸輪齒數(shù)不變，改變中心距： （2）變位前后，中心距不變，蝸輪齒數(shù)變化： 12 1 (2) 2 aamxddmx 2 2 2 22 22 22 22 zz xxzz xzq m zq m a 則故 ）（）（因 aa x m 則變位系數(shù) 14

6、11.3 蝸桿傳動的失效形式及常用材料 1.失效形式： 失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪的輪齒上；滑動速 度VS大，發(fā)熱量大，更易膠合和磨損。 2.設計準則：同齒輪傳動；必要時核算熱平衡。 3.材料的基本要求：足夠的強度、減摩、耐磨和抗膠 合性 蝸桿 20Cr滲碳淬火 ；40Cr、35CrMo淬火 ；45調(diào)質(zhì) 蝸輪 ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 VS3 重要傳動 VS 4 m/s VS 2 m/s 耐磨性好、抗膠合 價格便宜 經(jīng)濟、低速 15 按蝸輪的齒面接觸疲勞強度進行計算； 之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強度， 并進行熱平衡計算。 2. 設計準則 閉式傳動： 開式傳動： 通常只計算蝸

7、輪的齒根彎曲疲勞強度。 16 11.4 蝸桿傳動的受力分析和效率計算 一、一、 蝸桿傳動的受力分析 2 1 1 1 2 at F d T F 1 2 2 2 2 at F d T F tgFFF trr221 n a n F F coscos 1 iTT 12 17 圓柱蝸桿傳動 Fa1Ft1 Fr1 Fa2 Ft2 Fr2 18 練習 2a F 右旋 求蝸桿的旋向？ Fa1 2t F 求蝸桿的轉(zhuǎn)向？ 1a F 練 習 19 二、二、 蝸桿傳動的載荷系數(shù) 載荷系數(shù) K=KAK Kv 使用系數(shù)使用系數(shù) KA 齒齒向載荷分配系數(shù)向載荷分配系數(shù)K =11.3 1.6 （載荷平穩(wěn)、變化、振動、沖擊）

8、動載系數(shù)動載系數(shù) Kv =1.01.1（v2 3m/s）；）； 1.11.2（v2 3m/s）。）。 20 潤滑、散熱不良時：易產(chǎn)生磨損、膠合； 充分潤滑時：有利于油膜的形成，滑動速度越大， 摩擦系數(shù)越小，提高了傳動效率。 sV v v根據(jù)滑動速度當量摩擦系數(shù) 。當量摩擦角； ;: : cos100060 : 11 nd vs滑動速度 v1 v2 vS 三、三、 蝸桿傳動的相對滑動速度 相對滑動速度很大產(chǎn)生的利弊： 21 四、四、 蝸桿傳動的效率 321 蝸桿導程角: : vs v當量摩擦角，根據(jù)滑動速度查表 (0.950.96) () v tg tg 1 () : v tg tg 蝸輪主動時

9、 96. 095. 0 3232 一般取：軸承效率攪油效率 22 z -接觸系數(shù)接觸系數(shù),接觸線長度和曲率半徑的影響 zE-彈性影響系數(shù)彈性影響系數(shù)，,（鋼對青銅或鑄鐵 zE = 160 ） 取標準值取標準值 m、d1、q、 11.5 圓柱蝸桿傳動的設計計算 一.齒面接觸疲勞強度計算 2 3 HEH KT Z Z a 校核公式： 3 2 2 () E H Z Z aKT 設計公式： 0.875 1 1 2 0.68 2 da ad m z 粗定中心距后計算： 23 二二. 蝸輪的許用接觸應力 錫青銅： 主要為接觸疲勞失效，與應力循環(huán)次數(shù) N 有關 8 7 10 N KK HNHHNH 灰鑄鐵及

10、鋁鐵青銅：主要取決于膠合失效，與滑動 速度vs有關 24 三、三、 蝸輪蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 2 2 12 1.53 cos FFaF KT YY d d m 校核式： 9 6 10 N KK FNFNFF 壽命系數(shù) 2 2 12 2 1.53 cos Fa F KT m dYY z 設計式： 2 11 m dmd由：確定 、 25 四、四、 蝸桿的剛度計算 322 11 48 tr lFF yy EI 。許用撓度， ；蝸桿軸支點跨距，初取 ；危險截面的慣性矩， 1000/ 9 . 0 64 1 2 4 1 dyy dll d II 26 五、五、 蝸桿傳動的散熱計算(熱平衡計算 ) 1.

11、熱平衡計算的方法 )1 (1000 1 PH單位時間內(nèi)的發(fā)熱量： 20 hA() I Htt單位時間內(nèi)的散熱量： 21 HH 工作溫度tI 6070C 原因：由于蝸桿傳動的相對滑動速度大，傳動效率低，在 工作時會產(chǎn)生大量的熱。若閉式蝸桿傳動的散熱條件不足， 則使溫度升高，潤滑油的粘度下降，從而引起潤滑油膜破 裂，引起潤滑失效，導致齒面膠合，所以必須對蝸桿傳動 進行熱平衡計算。 27 熱平衡計算1 即 011 11000tthAP 75.1 100 33.0 a A（a傳動的中心距） 有散熱片時： hA P ttt )1 (1000 1 01 油的溫升： 5570 h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，一般取 h(

12、12 18 ) W/(m2)； A 箱體的散熱面積(m2)，可按下式近似計算， t1潤滑油的工作溫度()； 通常取 t1 20 式中：P1傳動的輸入功率（kW)； t0環(huán)境溫度()。 摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)的熱量 28 熱平衡計算2 蝸桿傳動的散熱措施 自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施： 1） 在箱體外表面加散熱片以增大散熱面積。 2）在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通。 3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。 4）采用壓力噴油循環(huán)潤滑（安裝散熱器） 。 散熱片 濺油輪 風扇 過濾網(wǎng) 集氣罩 29 熱平衡計算3 通水 油泵 過濾器 冷卻器 傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動箱外裝循環(huán)冷卻器 30 六、六、 蝸桿傳動的潤滑 一、 潤滑油和潤滑方式的選擇的 潤滑油牌號、.粘度及給油方法、潤滑油量 二、蝸桿的布置 上置蝸桿,下置蝸桿 一般根據(jù)相對滑動速度選擇潤滑油的粘度和給油方法。 蝸桿下置時，浸油深度應為蝸桿的一個齒高； 蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/61/3。給油