機械設計 第11章 蝸桿

1、第十一章第十一章 蝸桿傳動蝸桿傳動重點：蝸桿傳動的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算難點：蝸桿傳動的受力分析第一節(jié)第一節(jié) 蝸桿傳動的類型及特點蝸桿傳動的類型及特點 一、蝸桿傳動的組成一、蝸桿傳動的組成1、蝸桿傳動的組成：蝸輪、蝸桿、蝸桿傳動的組成：蝸輪、蝸桿2、應用（蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動、應用（蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可為任意值，常用力的一種傳動機構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可為任意值，常用的為的為90 ) 。多用于減速裝置。多用于減速裝置。（1）蝸桿）蝸桿 v4 m/s 上置式蝸桿，避免攪油發(fā)熱過多，浸油深上置式蝸桿，避免攪油發(fā)熱過多

2、，浸油深度為蝸輪外徑的度為蝸輪外徑的1/3。3、布置：、布置：1 1圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動 1）阿基米德螺線蝸桿傳動阿基米德螺線蝸桿傳動(ZA蝸桿蝸桿) 普通圓柱蝸桿的齒面（除普通圓柱蝸桿的齒面（除ZK型蝸桿外）一般是在車床型蝸桿外）一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制的。根據(jù)車刀安裝位置的不同，上用直線刀刃的車刀車制的。根據(jù)車刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。GBl0085-88推薦采用推薦采用ZI蝸桿和蝸桿和ZK蝸桿兩種。蝸桿兩種。(1)(1)普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動 2)法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿(ZN

3、蝸桿蝸桿) 3)漸開線蝸桿漸開線蝸桿(ZI蝸桿蝸桿) (2) 圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動(ZC蝸桿蝸桿)4)錐面包絡圓柱蝸桿錐面包絡圓柱蝸桿(ZK蝸桿蝸桿) 這種蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的刀具切制的，這種蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的刀具切制的，而蝸輪是用范成法制造的。而蝸輪是用范成法制造的。 特征：特征：蝸桿體軸向外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)面。蝸桿體軸向外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)面。2環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動 在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。由于同時在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。由于同時相嚙合的齒對多，而且輪齒的接觸線與蝸桿齒運動的方向相嚙合的齒對多，

4、而且輪齒的接觸線與蝸桿齒運動的方向近似于垂直，這就大大改善了輪齒受力情況和潤滑油膜形近似于垂直，這就大大改善了輪齒受力情況和潤滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德蝸桿傳動的成的條件，因而承載能力約為阿基米德蝸桿傳動的2-4倍，倍，效率一般高達效率一般高達 0.85 以上；但它需要較高的制造和安裝精度。以上；但它需要較高的制造和安裝精度。 二、蝸桿傳動的特點二、蝸桿傳動的特點 1) 傳動比大。傳動比大。 2) 結(jié)構(gòu)很緊湊。結(jié)構(gòu)很緊湊。 3) 沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 4) 蝸桿傳動具有自鎖性。蝸桿傳動具有自鎖性。 5) 其不足之處是傳動效率低、常需耗用有

5、色金屬等。其不足之處是傳動效率低、常需耗用有色金屬等。3錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動 第二節(jié)第二節(jié) 普通圓柱蝸桿傳動的主要普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算參數(shù)及幾何尺寸計算 中間平面：中間平面：通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。 在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動就相當于齒條與齒輪的嚙合傳動。在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動就相當于齒條與齒輪的嚙合傳動。故在設計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數(shù)故在設計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數(shù)( (如模數(shù)、壓力角等如模數(shù)、壓力角等) )和尺寸和尺寸( (如齒頂圓、分度圓等如齒頂圓、分度圓等) )為基準，并沿用齒輪傳動的計算

6、關(guān)系。為基準，并沿用齒輪傳動的計算關(guān)系。一一、普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇 2蝸桿的分度圓直徑蝸桿的分度圓直徑 dl 與直徑系數(shù)與直徑系數(shù) q。 蝸桿的直徑系數(shù)：蝸桿的直徑系數(shù)： mdq1式中：式中：m、q見表見表11-2 n蝸輪一般是在滾齒機上用滾刀或飛刀加工的。為了保證蝸桿和蝸輪能正確嚙合，切削蝸輪的滾刀齒廓，應與蝸桿的齒廓一致；滾切時的中心距，也應與蝸桿傳動的中心距相同。 21模數(shù)模數(shù) m 和壓力角和壓力角 蝸桿和蝸輪正確嚙合條件：蝸桿和蝸輪正確嚙合條件：在中間平面上，蝸桿的軸向在中間平面上，蝸桿的軸向模數(shù)、壓力角應與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即

7、：模數(shù)、壓力角應與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即：ma1=mt2=m； a1=t2 表表11-2 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配中心距/a模數(shù)m分度圓直徑/d1m2d1蝸桿頭數(shù)/z1直徑系數(shù)/q分度圓導程角/r蝸輪齒數(shù)/z2變位系數(shù)/x405011818118.00628200401.252031.25116.0049-0.500506322.53517.926382+0.040+0.440501.62051.2112.5051-0.5002463802871.68117.506182+0.215+0.250471033534338

8、113263442505941441714163 3、蝸桿頭數(shù)、蝸桿頭數(shù)z1、 傳動比傳動比i、蝸輪齒數(shù)、蝸輪齒數(shù)z2 當蝸桿為主動時，當蝸桿為主動時， 1221zznniizz12對于動力傳動通常規(guī)定：對于動力傳動通常規(guī)定：z2=2880； z1、z2的薦用值見表的薦用值見表111。 z1 加工帶來困難，故一般取加工帶來困難，故一般取 z1=1、2、4、6。 為了避免用蝸輪滾刀切制蝸輪時產(chǎn)生根切與干涉，理論上為了避免用蝸輪滾刀切制蝸輪時產(chǎn)生根切與干涉，理論上應使應使z2min17。但當。但當z23 m/s時，時，Kv= 1.11.2。 法向載荷：法向載荷： coscos2coscoscosc

9、os2221nntnandTFFF )cos/360(10dL接觸寬度：接觸寬度： 1 cos/sin222d )(2121dda 考慮到蝸桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的考慮到蝸桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的影響，引入接觸系數(shù)影響，引入接觸系數(shù)Z，則，則校核公式校核公式： HEHaKTZZ 32設計公式：設計公式： 322)(HEZZKTa 說明：說明： 1）對）對B300MPa灰鑄鐵或高強度青銅，灰鑄鐵或高強度青銅，H由由表表116中查出。中查出。 H ：基本許用應力；由表：基本許用應力；由表11-7查取。查取。2蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 通常是把

10、蝸輪近似地當做斜齒圓柱齒輪來考慮。通常是把蝸輪近似地當做斜齒圓柱齒輪來考慮。 YYYYmdbKTYYYYmbKFSaFanSaFantF2222222222 式中：式中： ：蝸：蝸輪輪輪齒弧長。輪齒弧長。 ，按表按表11-311-3中公式計算中公式計算2b cos36012 dbmn：法向模數(shù)。法向模數(shù)。mn=m cosYsa2：齒根應力校正系數(shù)，放在齒根應力校正系數(shù)，放在F考慮?？紤]。Y：彎曲疲勞強度的重合度系數(shù)，取彎曲疲勞強度的重合度系數(shù)，取Y=0.667Y Y：旋螺角影響系數(shù)，旋螺角影響系數(shù)， 0411Y 將參數(shù)代入上式，得：將參數(shù)代入上式，得： FFaFYYmddKT 221253.

11、1校核公式校核公式式中：式中：F ：蝸輪的許用彎曲應力，：蝸輪的許用彎曲應力， F = FKFN。 F：為計入齒根應力校正系數(shù)：為計入齒根應力校正系數(shù)Ysa2后蝸輪的基本許后蝸輪的基本許用應力，由表用應力，由表11-8中選取。中選取。K KFN FN ：壽命系數(shù)；：壽命系數(shù)；9610NKFN YYZKTdmFaF2221253. 1設計公式設計公式 計算出計算出m2d1后，由表后，由表11-2查相應系數(shù)。查相應系數(shù)。 四、蝸桿的剛度計算四、蝸桿的剛度計算 蝸桿受力后如產(chǎn)生過大的變形，影響蝸桿與蝸輪的正確蝸桿受力后如產(chǎn)生過大的變形，影響蝸桿與蝸輪的正確嚙合，所以蝸桿還須進行剛度校核。主要是校核蝸

12、桿的彎曲嚙合，所以蝸桿還須進行剛度校核。主要是校核蝸桿的彎曲剛度，其最大撓度剛度，其最大撓度y y可按下式作近似計算，可按下式作近似計算， mm 4832121yLEIFFyrt 6441fdI 10001dy 五、精度及選擇五、精度及選擇 與齒輪相似，蝸桿傳動分與齒輪相似，蝸桿傳動分1212個精度等級，其中，個精度等級，其中，1 1最高，最高，69應用最多。應用最多。 115 115 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算及熱平衡計算 所以：cos100060cos111ndvvs100060tan10006011222ndndv121221tanddddnni

13、一、蝸桿傳動的效率一、蝸桿傳動的效率1 1、蝸桿蝸輪間的相對滑動速度、蝸桿蝸輪間的相對滑動速度因為： 設計之初，為了近似地求出蝸輪軸上的扭矩設計之初，為了近似地求出蝸輪軸上的扭矩T2、值可值可如下估取：如下估?。?)tan(tan)96. 095. 0(321v3212、蝸桿傳動的效率、蝸桿傳動的效率 閉式蝸桿傳動的功率損耗一般包括三部分，即嚙合摩擦閉式蝸桿傳動的功率損耗一般包括三部分，即嚙合摩擦損耗損耗1、軸承摩擦損耗、軸承摩擦損耗2及浸入油池中的零件攪油時的濺及浸入油池中的零件攪油時的濺油損耗油損耗3。因此總效率為。因此總效率為 由于軸承摩擦及濺油這兩項功率損耗不大，一般取由于軸承摩擦及濺

14、油這兩項功率損耗不大，一般取0.95-0.96，則總效率為，則總效率為蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù) zl 1 2 4 6總總 效效 率率 0.7 0.8 0.9 0.95 根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條件合理選用。在根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條件合理選用。在鋼蝸桿配青銅蝸輪時，常用的潤滑油見表鋼蝸桿配青銅蝸輪時，常用的潤滑油見表11-20。二、蝸桿傳動的潤滑二、蝸桿傳動的潤滑 潤滑不良時，傳動效率將顯著降低，并且會帶來劇潤滑不良時，傳動效率將顯著降低，并且會帶來劇烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險。烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險。 蝸桿傳動所采用的潤滑油、潤滑方法及潤滑裝置與蝸桿傳動所采用的潤滑油、潤滑方法及潤

15、滑裝置與齒輪傳動的基本相同。齒輪傳動的基本相同。 1潤滑油潤滑油 根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。對于閉式根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。對于閉式傳動，常用的潤滑油粘度及給油方法見表傳動，常用的潤滑油粘度及給油方法見表11-21；開式傳；開式傳動，則采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂。動，則采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂。 2潤滑油粘度及給油方法潤滑油粘度及給油方法 3 3潤滑油量潤滑油量 單位時間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時間內(nèi)的散熱量單位時間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時間內(nèi)的散熱量 采用油池潤滑時，在攪油損耗不致過大的情況下，采用油池潤滑時，在攪油損耗不致過大的情況下，應有適當?shù)挠土?。這樣不僅有利于動壓油膜的

16、形成，而應有適當?shù)挠土?。這樣不僅有利于動壓油膜的形成，而且有助于散熱。且有助于散熱。 蝸桿傳動由于效率低，工作時發(fā)熱量大。在閉式傳蝸桿傳動由于效率低，工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時散逸，將因油溫不斷升動中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。 對于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動，浸油深度應對于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動，浸油深度應為蝸桿的一個齒高；為蝸桿的一個齒高；當為蝸桿上置式時，浸油深度約為蝸輪外徑的當為蝸桿上置式時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。三、蝸桿傳動的熱

17、平衡計算三、蝸桿傳動的熱平衡計算)1( PPf由于摩擦損耗的功率由于摩擦損耗的功率KW)1(10001 P則產(chǎn)生的熱流量則產(chǎn)生的熱流量 W)(02adttS 以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為的熱流量為 W WSpttda)1 (10000按熱平衡條件按熱平衡條件 溫度溫度80或有效的散熱面積不足時，則必須采取措施，或有效的散熱面積不足時，則必須采取措施，以提高散熱能力。以提高散熱能力。 1)加散熱片以增大散熱面積，見圖加散熱片以增大散熱面積，見圖1122。 2)在蝸桿軸端加裝風扇在蝸桿軸端加裝風扇(圖圖1122)以加速空氣的流通

18、。以加速空氣的流通。由于摩擦損耗的功率由于摩擦損耗的功率)1)( FfPPP風扇所消耗的功率PF由下式計算53105 . 1FFvP vF為風扇葉輪的圓周速度100060 FFFnDv 由摩擦消耗的功率所產(chǎn)生的熱量)1)(10001 FPP散發(fā)到空氣中的熱量為)(0212addttSS 3）在傳動箱內(nèi)裝冷卻管圖）在傳動箱內(nèi)裝冷卻管圖1123。1、蝸桿、蝸桿常和軸做成一個整體，當蝸桿螺旋部分的直徑較大時常和軸做成一個整體，當蝸桿螺旋部分的直徑較大時（ ），可以將蝸桿與軸分開制作。），可以將蝸桿與軸分開制作。116 普通圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計普通圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設計7 . 11ddf2 2、蝸輪、蝸輪 1 1）整體澆鑄式）整體澆鑄式：主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪。：主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪。整體澆鑄式整體澆鑄式2）、組合式齒圈式螺栓聯(lián)接式拼鑄式蝸輪的幾何尺寸可按表蝸輪的幾何尺寸可按表113、114中的計算公式及圖中的計算