溫州大字蝸桿傳動完整版

1、 教教 學學 內(nèi)內(nèi) 容容 蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型 1 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及 幾何尺寸計算幾何尺寸計算 2 普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算 3 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 4 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計 5 蝸 桿 傳 動 概 述 蝸桿傳動是一種在空間交錯軸間傳遞運動的機構(gòu)。蝸桿傳動是一種在空間交錯軸間傳遞運動的機構(gòu)。 蝸桿傳動的主要特點有：蝸桿傳動的主要特點有： 1傳動比大，一般為傳動比大，一般為i=580，大的可達，大的可達300以上；以上； 2重合度大，傳動平

2、穩(wěn)，噪聲低；重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低； 3摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式；摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式； 4傳動效率低，具有自鎖性時，效率低于傳動效率低，具有自鎖性時，效率低于40%。 由于上述特點，由于上述特點，蝸桿傳動主要用于運動傳遞，而在動力傳蝸桿傳動主要用于運動傳遞，而在動力傳 輸中的應用受到限制輸中的應用受到限制。 11.1 蝸桿傳動的類型 Types of Worm Gearing 其齒面一般是在車床上用其齒面一般是在車床上用直線刀刃直線刀刃的的 車刀切制而成，車刀安裝位置不同，車刀切制而成，車刀安裝位置不同， 加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。加工出的蝸桿齒面的

3、齒廓形狀不同。 蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型 其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形 的車刀切制而成的。的車刀切制而成的。 其蝸桿體在其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面軸向的外形是以凹弧面為母線為母線 所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時嚙合齒所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時嚙合齒 數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成， 傳動效率較高；傳動效率較高； 同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍 大大(10360)；承載能力和效率較高；可節(jié)；承載能力和效率較高；可節(jié) 約有色金屬。約有色金屬。 圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳

4、動 環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動 錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿 漸開線蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿錐面包絡圓柱蝸桿 主要是刀具的主要是刀具的加工時的位置、裝夾角度、刀具加工時的位置、裝夾角度、刀具 形狀、刀具的種類等不同而形成了不同類型的蝸形狀、刀具的種類等不同而形成了不同類型的蝸 桿傳動。桿傳動。 11.1 蝸桿傳動的類型 一、阿基米德蝸桿（阿基米德蝸桿（ZAZA），Archimedes WormsArchimedes Worms 11.1 蝸桿傳動的類型 二、漸開線蝸桿（二、漸開

5、線蝸桿（ZIZI）Involute helicoidal Worms 圓弧圓柱蝸桿加工 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 在中間平面在中間平面，蝸桿傳動如同直齒，蝸桿傳動如同直齒嚙合，故嚙合，故 在設計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數(shù)和尺寸為基準。在設計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數(shù)和尺寸為基準。 普通蝸普通蝸 桿傳動桿傳動 的參數(shù)的參數(shù) 與尺寸與尺寸1 1 一、模數(shù)一、模數(shù)m和壓力角和壓力角a a 蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸面蝸桿的軸面模數(shù)、模數(shù)、 壓力角應與壓力角應與蝸輪的端面蝸輪的端面模模 數(shù)、壓力角相等，數(shù)、壓力角相等， 即即: ma1= mt2 = m

6、 a aa1= a at2 （標準值標準值2020） 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 a a a a cos tan tan n a 蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關系：蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關系： 二、蝸桿的分度圓直徑二、蝸桿的分度圓直徑d1 由于由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的， 為了限制滾刀的數(shù)目，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目為了限制滾刀的數(shù)目，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目 的標準蝸桿分度圓直徑的標準蝸桿分度圓直徑d1。直徑。直徑d1與模數(shù)與模數(shù)m的比值的比值(q= d1 m)稱稱 為蝸桿的

7、為蝸桿的直徑系數(shù)直徑系數(shù)。 d1= m q 直徑系數(shù)直徑系數(shù) 模數(shù)模數(shù) 分度圓直徑分度圓直徑 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 注意：注意：d1 m z1 三、蝸桿的頭數(shù)三、蝸桿的頭數(shù)z1 較少的蝸桿頭數(shù)較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比，（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比， 但傳動效率較低；但傳動效率較低；蝸桿頭數(shù)越多蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù) 過多時不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為過多時不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸2 2

8、 四、導程角四、導程角 1 1 1 1 tan d mz d mz 在在m和和d1為標準值時，為標準值時，z1 正確嚙合時，蝸輪蝸桿螺旋線方向正確嚙合時，蝸輪蝸桿螺旋線方向 相同，且相同，且 1b b2 d1(分度圓周長) m z1m 五、傳動比五、傳動比 i 和和 齒數(shù)比齒數(shù)比 u 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 1 1 2 2 1 z z u n n i 蝸桿主動蝸桿主動u z z n n i 1 2 2 1 蝸輪主動蝸輪主動 u 1 i 1 2 1 2 2 1 d d z z n n i 注意注意 六、蝸輪齒數(shù)六、蝸輪齒數(shù)z2 蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即蝸輪齒數(shù)主要取決于

9、傳動比，即z2= i z1 。 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 z z2 2 少 少 產(chǎn)生根切產(chǎn)生根切 z z2 2 17 17 傳動平穩(wěn)性不佳傳動平穩(wěn)性不佳 z z2 2 28 28，保持兩對以上齒嚙合，保持兩對以上齒嚙合 z z2 2 多 多 d d2 2 (=m z (=m z2 2) ) 增加增加 蝸桿跨距增加蝸桿跨距增加 蝸桿剛度降低蝸桿剛度降低 d d2 2不變，不變，z z2 2 m m 輪齒彎曲強度輪齒彎曲強度 z z2 2 80 80 28 z 28 z2 2 80 80 七、中心距七、中心距 mzqdda)( 2 1 )( 2 1 221 11.2 11.2

10、普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 212 zzm 2 1 zqm 2 1 a注意注意 11.2 11.2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸 11.3 11.3 普通蝸桿傳動的承載能力計算普通蝸桿傳動的承載能力計算 一、蝸桿傳動的失效形式一、蝸桿傳動的失效形式 蝸桿傳動的主要問題蝸桿傳動的主要問題：蝸桿和蝸輪齒面間有較大的相對滑動，：蝸桿和蝸輪齒面間有較大的相對滑動， 導致導致膠合膠合和和摩擦磨損摩擦磨損嚴重，這是設計中要解決的主要問題。嚴重，這是設計中要解決的主要問題。 由于蝸輪材料強度低，由于蝸輪材料強度低，失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。 失效形式失效形式：齒面點蝕，輪齒折斷，齒面膠合，

11、齒面磨損齒面點蝕，輪齒折斷，齒面膠合，齒面磨損 l開式傳動：開式傳動： 失效形式為失效形式為齒面磨損齒面磨損和和輪齒折斷輪齒折斷，應以保證，應以保證齒根彎曲疲勞強齒根彎曲疲勞強 度度作為開式傳動的主要設計準則。作為開式傳動的主要設計準則。 l閉式傳動：閉式傳動： 失效形式為失效形式為齒面點蝕齒面點蝕和和膠合膠合，按，按齒面接觸疲勞強度齒面接觸疲勞強度進行設計。進行設計。 閉式蝸桿傳動，由于散熱較為困難，還應作閉式蝸桿傳動，由于散熱較為困難，還應作熱平衡核算熱平衡核算。 二、蝸桿傳動的常用材料二、蝸桿傳動的常用材料 11.3 11.3 普通蝸桿傳動的承載能力計算普通蝸桿傳動的承載能力計算 對材料

12、的要求對材料的要求：足夠強度，良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性。足夠強度，良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性。 蝸桿蝸桿碳鋼碳鋼 如：如：40 45 40 45 合金鋼合金鋼 如：如：40Cr40Cr20Cr20Cr20CrMnTi20CrMnTi 蝸輪蝸輪較軟（多選青銅）進行時效處理較軟（多選青銅）進行時效處理 v vs s3m/s 3m/s 重要場合：重要場合： 鑄錫青銅如：鑄錫青銅如：ZCuSn10P1ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5 v vs s 4m/s 4m/s 較重要場合：鋁鐵青銅如：較重要場合：鋁鐵青銅如：ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3

13、v vs s 2m/s v v1 1、v v2 2 所以蝸桿傳動摩擦損失大，效率低。所以蝸桿傳動摩擦損失大，效率低。 21vvvs 一、蝸桿傳動的效率一、蝸桿傳動的效率 11.5 11.5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 一、蝸桿傳動的效率一、蝸桿傳動的效率 效率與蝸桿頭數(shù)的大致關系為：效率與蝸桿頭數(shù)的大致關系為： 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù) 總總 效效 率率 0.70 0.80 0.90 0.95 一、蝸桿傳動的效率一、蝸桿傳動的效率 11.5 11.5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 二、蝸桿傳動的潤滑二、蝸桿傳動的潤滑 潤滑的主要

14、目的在于潤滑的主要目的在于減摩減摩與與散熱散熱。具體潤滑方法與齒輪。具體潤滑方法與齒輪 傳動的潤滑相近。傳動的潤滑相近。 潤滑油潤滑油 潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條 件選用。件選用。 11.5 11.5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 潤滑油粘度及給油方式潤滑油粘度及給油方式 一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法 包括：油池潤滑、噴油潤滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要包括：油池潤滑、噴油潤滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要 對準蝸桿嚙入

15、端，而且要控制一定的油壓。對準蝸桿嚙入端，而且要控制一定的油壓。 二、蝸桿傳動的潤滑二、蝸桿傳動的潤滑 11.5 11.5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 v vs s 5m/s 5m/s 油池蝸桿浸油油池蝸桿浸油 v vs s 510m/s 510m/s 油池或噴油蝸輪浸油油池或噴油蝸輪浸油 v vs s 10m/s 10m/s 噴油噴油 下蝸桿式下蝸桿式 側(cè)蝸桿式側(cè)蝸桿式 蝸桿浸油一齒高蝸桿浸油一齒高 上蝸桿式：上蝸桿式： 浸油浸油1/31/3蝸輪外徑蝸輪外徑 潤滑油粘度及給油方式潤滑油粘度及給油方式 二、蝸桿傳動的潤滑二、蝸桿傳動的潤滑 11.5 11.

16、5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 三、蝸桿傳動的熱平衡三、蝸桿傳動的熱平衡 由于傳動效率較低，對于長期運轉(zhuǎn)的蝸桿傳動，會產(chǎn)生較由于傳動效率較低，對于長期運轉(zhuǎn)的蝸桿傳動，會產(chǎn)生較 大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫 度將過高，就會破壞潤滑狀態(tài)，從而導致系統(tǒng)進一步惡化。度將過高，就會破壞潤滑狀態(tài)，從而導致系統(tǒng)進一步惡化。 11.5 11.5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為： )1 (1000 1 P

17、自然冷卻從箱壁散去的熱量為：自然冷卻從箱壁散去的熱量為：)( 2aod ttSa a ad箱體表面的散熱系數(shù)，可取箱體表面的散熱系數(shù)，可取a ad (8.1517.45)W/(m2)； S 箱體的可散熱面積箱體的可散熱面積(m2)； t0潤滑油的工作溫度潤滑油的工作溫度()；ta環(huán)境溫度環(huán)境溫度()。 在熱平衡條件下可得：在熱平衡條件下可得： S P tt d ao a )1 (1000 )( )1 (1000 aod tt P S a 可用于系統(tǒng)熱平衡驗算，一般可用于系統(tǒng)熱平衡驗算，一般to6070 可用于結(jié)構(gòu)設計可用于結(jié)構(gòu)設計 三、蝸桿傳動的熱平衡三、蝸桿傳動的熱平衡 11.5 11.5

18、普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡 21 t0潤滑油的工作溫度潤滑油的工作溫度()； ta環(huán)境溫度環(huán)境溫度()。 S 箱體的可散熱面積箱體的可散熱面積(m2)； 四、蝸桿傳動的散熱措施四、蝸桿傳動的散熱措施 當自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：當自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施： 1. 加散熱片以增大散熱面積或在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通。加散熱片以增大散熱面積或在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通。 散熱片 濺油輪 風扇 過濾網(wǎng) 集氣罩 空氣流 空氣流 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱 平衡平衡5 5 2. 加冷卻管路或散

19、熱器冷卻。加冷卻管路或散熱器冷卻。 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 四、蝸桿傳動的散熱措施四、蝸桿傳動的散熱措施 11.6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計1 一、蝸桿的結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu) 蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當蝸桿螺旋蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當蝸桿螺旋 部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。 無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。較前一種差。 圓柱蝸桿和蝸