機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第六

1、6.1 6.1 蝸桿傳動的類型及特點蝸桿傳動的類型及特點蝸桿傳動蝸桿傳動一、概述一、概述1.1.按蝸桿形狀按蝸桿形狀: :圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動環(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。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(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，傳動效率較高；潤滑油膜形成，傳動效率較高

2、；同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大(10(10360)360)；承；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。 （據(jù)蝸桿齒廓（據(jù)蝸桿齒廓曲線的不同）曲線的不同）阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿（ZA）蝸桿端面齒形為阿基）蝸桿端面齒形為阿基米德螺旋線，軸面齒廓為直線。米德螺旋線，軸面齒廓為直線。漸開線蝸桿漸開線蝸桿(ZI) 蝸桿端面齒形為漸開線蝸桿端面齒形為漸開線延伸漸開線蝸桿延伸漸開線蝸桿(ZN)蝸桿端面齒形為延蝸桿端面齒形為延伸漸開線，法面齒廓為直線。伸漸開線，法面齒廓為直線。錐面包絡(luò)蝸桿錐面包絡(luò)蝸桿(ZK)蝸桿端面齒形近似于蝸

3、桿端面齒形近似于阿基米德螺旋線。阿基米德螺旋線。2.2.按輪齒旋向：按輪齒旋向： 3.3.按工作條件按工作條件: : 閉式閉式, ,開式開式, ,半開半閉半開半閉 以上四種蝸桿，均為普通圓柱蝸桿，其齒廓均由直線刀刃的刀具切制成以上四種蝸桿，均為普通圓柱蝸桿，其齒廓均由直線刀刃的刀具切制成的的 。國家標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB10085-1988GB10085-1988推薦采用推薦采用ZIZI和和ZKZK蝸桿，這兩種蝸桿易于磨削，能蝸桿，這兩種蝸桿易于磨削，能得到較高的得到較高的 精度。當(dāng)對精度要求不高時，普遍采用阿基米德蝸桿。本節(jié)主要精度。當(dāng)對精度要求不高時，普遍采用阿基米德蝸桿。本節(jié)主要介紹常用的阿

4、基米德螺旋線。介紹常用的阿基米德螺旋線。圓柱面蝸桿傳動圓柱面蝸桿傳動 環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動中間平面中間平面: :通過蝸桿軸線并垂通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面為中間平直于蝸輪軸線的平面為中間平面面( (蝸桿軸面蝸桿軸面, ,蝸輪端面蝸輪端面) )在中間平面內(nèi)，蝸桿的齒廓為在中間平面內(nèi)，蝸桿的齒廓為直線齒廓，與齒條相同。蝸輪直線齒廓，與齒條相同。蝸輪的的 齒廓為漸開線。故在中間平齒廓為漸開線。故在中間平面內(nèi)，蝸桿與蝸輪的嚙合就相面內(nèi)，蝸桿與蝸輪的嚙合就相當(dāng)于漸開線齒輪和齒條的嚙合。當(dāng)于漸開線齒輪和齒條的嚙合。 蝸桿傳動的設(shè)計計算都是以中蝸桿傳動的設(shè)計計算都是以中間平面內(nèi)的參數(shù)和幾

5、何關(guān)系為間平面內(nèi)的參數(shù)和幾何關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。一、一、蝸桿傳動主要參數(shù)蝸桿傳動主要參數(shù) 1.1.模數(shù)和壓力角模數(shù)和壓力角 顯然，蝸桿軸向齒距顯然，蝸桿軸向齒距P Pa1a1=m=ma1a1應(yīng)等于蝸輪端面齒距應(yīng)等于蝸輪端面齒距P Pt2t2=m=mt2t2，因而蝸桿軸，因而蝸桿軸向模數(shù)向模數(shù)m ma1a1必等于蝸輪端面模數(shù)必等于蝸輪端面模數(shù)m mt2t2；蝸桿軸向壓力；蝸桿軸向壓力a1a1角必等于蝸輪端面壓角必等于蝸輪端面壓力角力角t2t2，即，即 m ma a1 1 = m= mt t2 2 = m= m a a1 1 =t t2 2 =標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓力角標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓力角=20，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)見表，標(biāo)準(zhǔn)模

6、數(shù)見表6-2。 教材表6-22 2、蝸桿的頭數(shù)蝸桿的頭數(shù)z z1 1和蝸輪的齒數(shù)和蝸輪的齒數(shù)z z2 2 較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效率較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)過多時不易加工。通常蝸較低；蝸桿頭數(shù)越多，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)取為桿頭數(shù)取為1 16 6。 蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即z z2 2= = i zi z1 1 。 z z2 2不宜太?。ㄈ绮灰颂。ㄈ鐉 z2 228)28)，否，否則將使傳動平穩(wěn)性變差。則將使傳動平

7、穩(wěn)性變差。 z z2 2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時，蝸輪直徑將增也不宜太大，否則在模數(shù)一定時，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。（Z Z1 1的薦用值見表的薦用值見表6-16-1）3 3、蝸桿傳動比蝸桿傳動比i i 當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)過一周時，蝸輪將轉(zhuǎn)過當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)過一周時，蝸輪將轉(zhuǎn)過Z1Z1個齒，因此其傳動比為個齒，因此其傳動比為1221zznni 式中式中n1、n2分別是蝸桿，蝸輪的轉(zhuǎn)速，分別是蝸桿，蝸輪的轉(zhuǎn)速，r/min。4 4、導(dǎo)程角導(dǎo)程角 如圖如圖6-66-6所示，將蝸桿沿分度圓展成平面，圖中軸向齒距所示，

8、將蝸桿沿分度圓展成平面，圖中軸向齒距pa1=mpa1=m由圖可知，導(dǎo)程由圖可知，導(dǎo)程s=z1pa1=z1ms=z1pa1=z1m 式中，式中，z1z1為蝸桿頭數(shù)，則分度圓導(dǎo)程角為蝸桿頭數(shù)，則分度圓導(dǎo)程角可由下式求出：可由下式求出： tan =tan =sd1=z1md1=z1md1（6-1）直徑直徑d d1 1與模數(shù)與模數(shù)m m的比的比值值( (q q= = d d1 1 m m) )稱為蝸桿的直徑系數(shù)。稱為蝸桿的直徑系數(shù)。 q=dq=d1 1/m /m 將其代入式（將其代入式（6-16-1）得：）得： tan =tan = q值越小，即蝸桿直徑值越小，即蝸桿直徑 d1 越小，則導(dǎo)程角越小，則

9、導(dǎo)程角越大，傳動效率越高，但直徑越大，傳動效率越高，但直徑 d1 變小會導(dǎo)致蝸桿的剛度和強(qiáng)度削弱，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。變小會導(dǎo)致蝸桿的剛度和強(qiáng)度削弱，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。 q z1二、二、蝸桿傳動的幾何尺寸蝸桿傳動的幾何尺寸 設(shè)計蝸桿傳動時，一般是先根據(jù)傳動的功用和傳動比的要求，選擇蝸設(shè)計蝸桿傳動時，一般是先根據(jù)傳動的功用和傳動比的要求，選擇蝸桿頭數(shù)桿頭數(shù)Z1Z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)Z2Z2，然后再根據(jù)強(qiáng)度條件計算模數(shù)，然后再根據(jù)強(qiáng)度條件計算模數(shù)m m和蝸桿分度圓直徑和蝸桿分度圓直徑d1d1。上述主要參數(shù)確定后，按下表計算蝸桿、蝸輪的幾何尺寸。上述主要參數(shù)確定后，按下表計算蝸桿、蝸輪的幾何尺寸。三

10、、三、蝸桿蝸輪的正確嚙合條件蝸桿蝸輪的正確嚙合條件正確嚙合條件正確嚙合條件 ma1=mt2=ma1=t2=200=ma1、a1分別為蝸桿軸向的分別為蝸桿軸向的 模數(shù)、壓力角；模數(shù)、壓力角；mt2、t2分別為蝸桿端面的模數(shù)、壓力角。分別為蝸桿端面的模數(shù)、壓力角。、分別為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角和蝸輪分度圓上的螺旋角。分別為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角和蝸輪分度圓上的螺旋角。6.3 6.3 蝸桿傳動的失效形式和常用材料蝸桿傳動的失效形式和常用材料一、一、蝸桿傳動的失效形式及計算準(zhǔn)則蝸桿傳動的失效形式及計算準(zhǔn)則 在蝸桿傳動中，由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿螺旋部分的強(qiáng)度總是高干蝸在蝸桿傳動中，由于材料和結(jié)構(gòu)上的原

11、因，蝸桿螺旋部分的強(qiáng)度總是高干蝸輪輪齒強(qiáng)度，所以失效常發(fā)生在輪輪齒強(qiáng)度，所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒蝸輪輪齒上。由于蝸桿傳動中的相對速度較上。由于蝸桿傳動中的相對速度較大，效率低，發(fā)熱量大，所以蝸桿傳動的主要失效形式是蝸輪齒面膠合、點大，效率低，發(fā)熱量大，所以蝸桿傳動的主要失效形式是蝸輪齒面膠合、點蝕及磨損。由于對膠合和摩損的計算目前還缺乏成熟的方法。因而通常是仿蝕及磨損。由于對膠合和摩損的計算目前還缺乏成熟的方法。因而通常是仿照設(shè)計圓柱齒輪的方法進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計算，照設(shè)計圓柱齒輪的方法進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計算，但在選取許用應(yīng)力時，應(yīng)適當(dāng)考慮膠合和磨損

12、等因素的影響。但在選取許用應(yīng)力時，應(yīng)適當(dāng)考慮膠合和磨損等因素的影響。 對對閉式蝸桿傳閉式蝸桿傳動動，通常是先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。對于，通常是先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。對于開式蝸桿傳動開式蝸桿傳動，則通常只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算。此外，閉式，則通常只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算。此外，閉式蝸桿傳動，由于散熱困難，還應(yīng)進(jìn)行熱平衡計算。蝸桿傳動，由于散熱困難，還應(yīng)進(jìn)行熱平衡計算。三、三、蝸桿、蝸輪的常用材料蝸桿、蝸輪的常用材料u要求要求：1 1）足夠的強(qiáng)度；）足夠的強(qiáng)度；2 2）良好的減摩、耐磨性；）良好的減摩、耐磨性；3 3）良

13、好的抗膠合性；因此常采用青銅作蝸輪齒圈，與淬硬磨削的鋼制蝸）良好的抗膠合性；因此常采用青銅作蝸輪齒圈，與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配。桿相配。u蝸桿常用材料蝸桿常用材料碳素鋼和合金鋼，要求齒面光潔并且有較高硬度。碳素鋼和合金鋼，要求齒面光潔并且有較高硬度。 一般蝸桿可采用一般蝸桿可采用4545，4040等碳素鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為等碳素鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為210210230 HBS230 HBS； 對高速重載的蝸桿常用對高速重載的蝸桿常用20Cr20Cr，20 crMnTi20 crMnTi； 45、40Cr，一般經(jīng)表面淬火。，一般經(jīng)表面淬火。u蝸輪常用材料蝸輪常用材料（青銅和鑄鐵）（青銅和鑄鐵） 鑄

14、造錫青銅，抗膠合，耐磨性能好，易切削加工，但價格較高，一般用于鑄造錫青銅，抗膠合，耐磨性能好，易切削加工，但價格較高，一般用于高速高速(v3 m(v3 ms)s)重要場合。重要場合。 鋁鐵青銅，具有足夠強(qiáng)度，并耐沖擊，價格也低，但切削性能和抗膠合性鋁鐵青銅，具有足夠強(qiáng)度，并耐沖擊，價格也低，但切削性能和抗膠合性能較差，故不適于高速，常用于能較差，故不適于高速，常用于Vs6m/sVs6m/s場合?；诣T鐵主要用于低速、輕載場合?；诣T鐵主要用于低速、輕載的場合。的場合。閉式蝸桿傳動的總效率一般包括三部分：傳動嚙合效率、軸承效率和零件閉式蝸桿傳動的總效率一般包括三部分：傳動嚙合效率、軸承效率和零件攪油

15、時的濺油損耗。其中影響最大的傳動嚙合效率可近似按螺旋傳動的效攪油時的濺油損耗。其中影響最大的傳動嚙合效率可近似按螺旋傳動的效率公式計算，后兩項效率約為率公式計算，后兩項效率約為0.950.96。因此，蝸桿傳動的總效率為：。因此，蝸桿傳動的總效率為：=（0.950.96）tantan（+）式中：式中： 蝸桿的導(dǎo)程角；蝸桿的導(dǎo)程角； v v當(dāng)量摩擦角，當(dāng)量摩擦角， v=arctanfvv=arctanfv，fvfv為當(dāng)量摩擦因數(shù)，其值可根為當(dāng)量摩擦因數(shù)，其值可根據(jù)滑動速度由表據(jù)滑動速度由表6-46-4查取。查取。值與蝸桿導(dǎo)程角值與蝸桿導(dǎo)程角密切相關(guān)，密切相關(guān)，值隨值隨的增加而增大。的增加而增大。初

16、步估算中，蝸桿傳動的總效率可按表初步估算中，蝸桿傳動的總效率可按表6-56-5數(shù)值估取。數(shù)值估取。表表6-5、6-4二、二、蝸桿傳動熱平衡計算蝸桿傳動熱平衡計算 由于蝸桿傳動效率較低，工作時發(fā)熱量大，若散熱不良，將使減速器內(nèi)部溫升由于蝸桿傳動效率較低，工作時發(fā)熱量大，若散熱不良，將使減速器內(nèi)部溫升過高，潤滑油稀釋、變質(zhì)老化，潤滑失效，導(dǎo)致齒面膠合。所以，對閉式連續(xù)過高，潤滑油稀釋、變質(zhì)老化，潤滑失效，導(dǎo)致齒面膠合。所以，對閉式連續(xù)運轉(zhuǎn)的蝸桿傳動要進(jìn)行熱平衡計算。運轉(zhuǎn)的蝸桿傳動要進(jìn)行熱平衡計算。（1 1）蝸桿傳動由于摩擦產(chǎn)生的熱量）蝸桿傳動由于摩擦產(chǎn)生的熱量Q1Q1（W W）為）為 Q1=100

17、0P1Q1=1000P1（1-1-）式中，式中，P1P1蝸桿傳動的輸入功率蝸桿傳動的輸入功率 蝸桿傳動的總效率蝸桿傳動的總效率（2）以自然冷卻方式經(jīng)箱體表面發(fā)散到周圍空氣中的熱量）以自然冷卻方式經(jīng)箱體表面發(fā)散到周圍空氣中的熱量Q2（W）為）為 Q2=ktA（t-t0）式中式中 A散熱箱體散熱面積（內(nèi)表面能被油濺到，而外表面又可為周圍散熱箱體散熱面積（內(nèi)表面能被油濺到，而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積）空氣冷卻的箱體表面面積） 可按長方體面積估算，但應(yīng)除去不和空氣接觸可按長方體面積估算，但應(yīng)除去不和空氣接觸的面積。的面積。 t0 周圍環(huán)境溫度，通常取周圍環(huán)境溫度，通常取t0=20 t潤滑

18、油的工作溫度，一般應(yīng)限制在潤滑油的工作溫度，一般應(yīng)限制在7080，最高不超過，最高不超過90，t max90 Kt箱體表面散熱系數(shù)，表示單位面積、單位時間、溫差箱體表面散熱系數(shù)，表示單位面積、單位時間、溫差1 所能所能散發(fā)的熱量。散發(fā)的熱量。u若油溫過高，可采取如下散熱措施：若油溫過高，可采取如下散熱措施：1.1.在箱體外壁加散熱片以增大散熱面積；在箱體外壁加散熱片以增大散熱面積； 2.2.在蝸桿軸端加置風(fēng)扇；在蝸桿軸端加置風(fēng)扇； 3.3.在箱體油池中安裝冷卻水管，用循環(huán)水進(jìn)行冷卻；在箱體油池中安裝冷卻水管，用循環(huán)水進(jìn)行冷卻；4.4.采用壓力噴油循環(huán)潤滑。油泵將高溫的潤滑油抽到箱體外，經(jīng)過濾器

19、、采用壓力噴油循環(huán)潤滑。油泵將高溫的潤滑油抽到箱體外，經(jīng)過濾器、冷卻器冷卻后，噴到嚙合部位。冷卻器冷卻后，噴到嚙合部位。6.6 蝸桿傳動的潤滑和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動的潤滑和結(jié)構(gòu)一、一、蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑 蝸桿傳動一般用油潤滑。潤滑方式有蝸桿傳動一般用油潤滑。潤滑方式有油浴潤滑油浴潤滑和和噴油潤滑噴油潤滑兩種。兩種。 一般一般VsVs10m/s10m/s的中、低速蝸桿傳動，大多采用油浴潤滑；的中、低速蝸桿傳動，大多采用油浴潤滑；Vs Vs 10m/s10m/s的高速蝸桿傳動，采用噴油潤滑，這時仍應(yīng)使蝸桿或蝸輪少量浸油。的高速蝸桿傳動，采用噴油潤滑，這時仍應(yīng)使蝸桿或蝸輪少量浸油。 蝸桿傳動要求潤

20、滑油具有較高的粘度、良好的油性，且含有抗壓和蝸桿傳動要求潤滑油具有較高的粘度、良好的油性，且含有抗壓和減摩、耐磨性好的添加劑，對于一般蝸桿傳動，可采用極壓齒輪油；對于減摩、耐磨性好的添加劑，對于一般蝸桿傳動，可采用極壓齒輪油；對于大功率重要蝸桿傳動，應(yīng)采用專用蝸輪蝸桿油。對于閉式蝸桿傳動，常用大功率重要蝸桿傳動，應(yīng)采用專用蝸輪蝸桿油。對于閉式蝸桿傳動，常用潤滑油粘度牌號及潤滑方式如表潤滑油粘度牌號及潤滑方式如表6-66-6所示。所示。二、二、蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu) 由于蝸桿螺旋齒部分與軸的直徑相差不大，所以常和軸做成一個整體。由于蝸桿螺旋齒部分與軸的直徑相差不大，所以常和軸做成一個整

21、體。稱為稱為蝸桿軸。蝸桿軸。1 1、 蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)分為整體式和組合式。鑄鐵蝸輪或直徑小于蝸輪結(jié)構(gòu)分為整體式和組合式。鑄鐵蝸輪或直徑小于100100的青銅蝸輪一般的青銅蝸輪一般做成整體式。為了降低材料成本，大多數(shù)蝸輪采用組合結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，做成整體式。為了降低材料成本，大多數(shù)蝸輪采用組合結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，而輪齒用價格較低的鑄鐵或鋼制造。齒圈與輪芯的聯(lián)接方式有以下三種而輪齒用價格較低的鑄鐵或鋼制造。齒圈與輪芯的聯(lián)接方式有以下三種: :2 2、 蝸輪結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)（1 1） 澆注式澆注式 在鑄鐵輪芯上澆鑄青銅齒圈，為防止脫落，輪芯兩端預(yù)先車成倒角，在鑄鐵輪芯上澆鑄青銅齒圈，為防止脫落

22、，輪芯兩端預(yù)先車成倒角，鑄后切齒。該結(jié)構(gòu)適于大批生產(chǎn)，圖鑄后切齒。該結(jié)構(gòu)適于大批生產(chǎn)，圖a a。（2 2） 齒圈壓配式齒圈壓配式 將青銅齒圈緊套在鑄鐵輪芯上，常采用過盈配合。為使聯(lián)接更可靠，將青銅齒圈緊套在鑄鐵輪芯上，常采用過盈配合。為使聯(lián)接更可靠，可沿配合面安裝可沿配合面安裝4-64-6個緊定螺釘。由于青銅較軟，為避免將孔鉆偏，應(yīng)將螺個緊定螺釘。由于青銅較軟，為避免將孔鉆偏，應(yīng)將螺孔中心線向較硬的輪芯偏移孔中心線向較硬的輪芯偏移2-32-3。這種結(jié)構(gòu)多用于尺寸不大或工作溫度變。這種結(jié)構(gòu)多用于尺寸不大或工作溫度變化較小的場合，圖化較小的場合，圖b b。（3 3） 螺栓聯(lián)接式螺栓聯(lián)接式蝸輪齒圈和

23、輪芯采用配合螺栓聯(lián)接，圓周力由螺栓傳遞，故螺栓的數(shù)目蝸輪齒圈和輪芯采用配合螺栓聯(lián)接，圓周力由螺栓傳遞，故螺栓的數(shù)目和尺寸必須通過強(qiáng)度校核。這種聯(lián)接方式裝拆方便，但成本高，常用于直和尺寸必須通過強(qiáng)度校核。這種聯(lián)接方式裝拆方便，但成本高，常用于直徑較大或齒面易于磨損的場合。圖徑較大或齒面易于磨損的場合。圖c c。圖6-11本章小結(jié)本章小結(jié)（1 1）了解蝸桿傳動的特點了解蝸桿傳動的特點。傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，具有自鎖性，工作平穩(wěn)。傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，具有自鎖性，工作平穩(wěn)噪聲低，沖擊載荷小。但傳動的效率低，發(fā)熱大，易發(fā)生磨損和膠合等失噪聲低，沖擊載荷小。但傳動的效率低，發(fā)熱大，易發(fā)生磨損和膠合等失效形式

24、，蝸輪齒圈常需用比較貴重的青銅制造，因此蝸桿傳動成本較高。效形式，蝸輪齒圈常需用比較貴重的青銅制造，因此蝸桿傳動成本較高。（2 2）合理選擇蝸桿傳動的參數(shù)合理選擇蝸桿傳動的參數(shù)。除模數(shù)外，蝸桿的分度圓直徑也應(yīng)取為標(biāo)。除模數(shù)外，蝸桿的分度圓直徑也應(yīng)取為標(biāo)準(zhǔn)值，目的是為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目，并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，并保證蝸準(zhǔn)值，目的是為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目，并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，并保證蝸桿與配對蝸輪的正確嚙合。蝸輪齒數(shù)的選擇應(yīng)避免用滾刀切制蝸輪時產(chǎn)生桿與配對蝸輪的正確嚙合。蝸輪齒數(shù)的選擇應(yīng)避免用滾刀切制蝸輪時產(chǎn)生根切現(xiàn)象，并滿足傳動比的要求。蝸桿頭數(shù)的選擇應(yīng)考慮到效率和傳動比。根切現(xiàn)象，并滿足傳動比的要

25、求。蝸桿頭數(shù)的選擇應(yīng)考慮到效率和傳動比。（3 3）蝸桿的熱平衡計算蝸桿的熱平衡計算。蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，箱體的散熱面積小，所以在。蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，箱體的散熱面積小，所以在閉式傳動中，產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)出去，容易產(chǎn)生膠合，所以與一般閉式傳動中，產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)出去，容易產(chǎn)生膠合，所以與一般的閉式齒輪傳動不同，蝸桿傳動一般需進(jìn)行熱平衡計算。熱平衡計算的基的閉式齒輪傳動不同，蝸桿傳動一般需進(jìn)行熱平衡計算。熱平衡計算的基本原理是單位時間產(chǎn)生的熱量不大于單位時間能散發(fā)出去的熱量。在實際本原理是單位時間產(chǎn)生的熱量不大于單位時間能散發(fā)出去的熱量。在實際工作中，一般是利用熱平衡條件，找出工作條件下應(yīng)

26、控制的油溫，通過控工作中，一般是利用熱平衡條件，找出工作條件下應(yīng)控制的油溫，通過控制油的工作溫度，來保證蝸桿傳動的正常工作。制油的工作溫度，來保證蝸桿傳動的正常工作。第七章第七章 齒輪系齒輪系7.1 齒輪系的分類齒輪系的分類 在復(fù)雜的現(xiàn)代機(jī)械中，為了滿足各種不同的需要，常常采用一系列齒在復(fù)雜的現(xiàn)代機(jī)械中，為了滿足各種不同的需要，常常采用一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)。這種由一系列相互嚙合的齒輪（蝸桿、蝸輪）組成的傳輪組成的傳動系統(tǒng)。這種由一系列相互嚙合的齒輪（蝸桿、蝸輪）組成的傳動系統(tǒng)即動系統(tǒng)即齒輪系齒輪系，簡稱，簡稱輪系輪系。 按照輪系傳遞運動時，各個齒輪幾何軸線的位置是否固定，齒輪系可按照輪系傳

27、遞運動時，各個齒輪幾何軸線的位置是否固定，齒輪系可以分為三種類型：以分為三種類型：定軸輪系定軸輪系、行星輪系行星輪系和和混合輪系混合輪系。1 1、定軸齒輪系、定軸齒輪系 輪系運動時，所有齒輪的幾何軸線位輪系運動時，所有齒輪的幾何軸線位置均固定不變的輪系，稱為置均固定不變的輪系，稱為定軸齒輪系定軸齒輪系。定軸齒輪系是最基本的齒輪系，應(yīng)用很定軸齒輪系是最基本的齒輪系，應(yīng)用很廣。如右圖所示。廣。如右圖所示。圖圖7-1 輪系運動時，至少有一個齒輪的幾何軸線相對機(jī)架是不固定的，而繞位輪系運動時，至少有一個齒輪的幾何軸線相對機(jī)架是不固定的，而繞位置固定的另一個齒輪的軸線轉(zhuǎn)動，則該輪系稱為置固定的另一個齒輪

28、的軸線轉(zhuǎn)動，則該輪系稱為行星輪系行星輪系。 如下圖所示，輪系在傳動時，齒輪如下圖所示，輪系在傳動時，齒輪2 2的的 幾何軸線幾何軸線O2 2繞位置固定的齒輪繞位置固定的齒輪1 1的的幾何軸線幾何軸線O1 1回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)。2 2、行星輪系行星輪系7.2 7.2 定軸齒輪系傳動比的計算定軸齒輪系傳動比的計算 一、一、一對齒輪嚙合的傳動比一對齒輪嚙合的傳動比 一對齒輪的傳動比為一對齒輪的傳動比為: i12=n1/n2 =Z2/Z1 （7-1） 對于平行軸傳動，（圖對于平行軸傳動，（圖a、b），兩軸轉(zhuǎn)向相同時（內(nèi)嚙合）取正號，），兩軸轉(zhuǎn)向相同時（內(nèi)嚙合）取正號，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 相反時（外嚙合）相反時（外嚙合）

29、 取負(fù)取負(fù)號。號。 對于非平行軸傳動，則對于非平行軸傳動，則i12僅表示絕對值，而轉(zhuǎn)動方向用畫箭頭來表僅表示絕對值，而轉(zhuǎn)動方向用畫箭頭來表示。錐齒輪傳動轉(zhuǎn)向和蝸桿傳動轉(zhuǎn)向如圖（示。錐齒輪傳動轉(zhuǎn)向和蝸桿傳動轉(zhuǎn)向如圖（c、d）所示。）所示。圖圖7-3二、二、定軸輪系的傳動比定軸輪系的傳動比圖7-4 輪系中的輪系中的 首末兩輪轉(zhuǎn)速之比稱為輪系的的首末兩輪轉(zhuǎn)速之比稱為輪系的的傳動比傳動比。如圖為由圓柱齒輪組。如圖為由圓柱齒輪組成的平行軸定軸輪系，齒輪成的平行軸定軸輪系，齒輪1為首輪（主動輪），齒輪為首輪（主動輪），齒輪5為末輪（從動輪），設(shè)為末輪（從動輪），設(shè)輪系中各齒輪的齒數(shù)分別為輪系中各齒輪的齒數(shù)

30、分別為Z1、Z2、Z2、Z3、Z4、Z4、Z5,轉(zhuǎn)速分別為轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n2、n3、n4、n4、n5，則輪系的的傳動比為，則輪系的的傳動比為i15=n1n5根據(jù)式（根據(jù)式（7-17-1）可得）可得積間所有主動輪齒數(shù)的乘到從積間所有從動輪齒數(shù)的乘到從kknnimkk11) 1(11（7-2）式中：式中：“1”1”表示首輪，表示首輪，“K”K”表示末輪，表示末輪，m m表示輪系中外嚙合齒輪的對數(shù)。當(dāng)表示輪系中外嚙合齒輪的對數(shù)。當(dāng)m m為奇數(shù)時傳動比為負(fù)，表示首末輪轉(zhuǎn)向相反；當(dāng)為奇數(shù)時傳動比為負(fù)，表示首末輪轉(zhuǎn)向相反；當(dāng)m m為偶數(shù)時傳動比為正，表為偶數(shù)時傳動比為正，表示首末輪轉(zhuǎn)向相同。示首末

31、輪轉(zhuǎn)向相同。注意注意（1 1）輪系中的輪系中的中介輪中介輪( (惰輪惰輪) )不影響傳動比的大小不影響傳動比的大小, ,但可以改變從動輪但可以改變從動輪的轉(zhuǎn)向。圖的轉(zhuǎn)向。圖7-47-4中的中的 齒輪齒輪3 3分別與齒輪分別與齒輪22和齒輪和齒輪4 4相嚙合，它既是從動輪又相嚙合，它既是從動輪又是主動輪，故其齒數(shù)在分子分母中被約掉，所以不影響傳動比的數(shù)值。是主動輪，故其齒數(shù)在分子分母中被約掉，所以不影響傳動比的數(shù)值。（2 2）如果定軸輪系中有圓錐齒輪、圓柱螺旋齒輪或蝸桿齒輪等空間齒輪機(jī)）如果定軸輪系中有圓錐齒輪、圓柱螺旋齒輪或蝸桿齒輪等空間齒輪機(jī)構(gòu)，其傳動比的大小仍可按（構(gòu)，其傳動比的大小仍可按

32、（7-27-2）式計算，但由于一對空間齒輪的）式計算，但由于一對空間齒輪的 軸線軸線不平行，主動齒輪與從動齒輪之間不存在轉(zhuǎn)向方向相同或相反的問題，所不平行，主動齒輪與從動齒輪之間不存在轉(zhuǎn)向方向相同或相反的問題，所以不能根據(jù)齒輪外嚙合的對數(shù)來確定輪系首輪與末輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系，即輪系以不能根據(jù)齒輪外嚙合的對數(shù)來確定輪系首輪與末輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系，即輪系傳動比的正負(fù)，各輪的轉(zhuǎn)向必須用畫箭頭的方法確定。如圖所示。傳動比的正負(fù)，各輪的轉(zhuǎn)向必須用畫箭頭的方法確定。如圖所示。例例7-1 如圖如圖7-4所示，所示， 已知齒輪已知齒輪1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n1=1440r/min和轉(zhuǎn)向，各齒輪的齒數(shù)分別為：和轉(zhuǎn)向，各齒輪的齒數(shù)分別為

33、：Z1=18、Z2=27、Z2=18、Z3=24、Z4=24、Z4=18、Z5=81。試求齒輪。試求齒輪5轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n5及各輪的及各輪的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向。解：因該輪系為平行軸輪系，輪系中嚙合齒解：因該輪系為平行軸輪系，輪系中嚙合齒輪對數(shù)一共為輪對數(shù)一共為4對，其中外嚙合齒輪為對，其中外嚙合齒輪為3對，對，因此輪系傳動比為因此輪系傳動比為 圖圖7-4 各輪的各輪的 轉(zhuǎn)向如圖中箭頭所示。轉(zhuǎn)向如圖中箭頭所示。例例7-2 圖圖7-5所示為一空間定軸輪系，在該所示為一空間定軸輪系，在該輪系中，蝸桿的頭數(shù)輪系中，蝸桿的頭數(shù)Z1=1,右旋，蝸輪的齒右旋，蝸輪的齒數(shù)數(shù)Z2=26;圓錐齒輪的齒數(shù)圓錐齒輪的齒數(shù)Z3=20

34、,Z4=21,圓圓柱齒輪的齒數(shù)柱齒輪的齒數(shù)Z5=21，Z6=28.若蝸桿為主若蝸桿為主動輪，其轉(zhuǎn)速動輪，其轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，試求輪系的，試求輪系的傳動比、齒輪傳動比、齒輪6的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速n6及其轉(zhuǎn)向。及其轉(zhuǎn)向。解：蝸桿為第一主動輪，圓柱齒輪解：蝸桿為第一主動輪，圓柱齒輪6為最末為最末從動輪。在該輪系中，主動輪為從動輪。在該輪系中，主動輪為Z1、Z3、Z5,從動輪為從動輪為Z2、Z4、Z6。根據(jù)式（。根據(jù)式（7-2），），該輪系的傳動比為該輪系的傳動比為圖圖7-57.3 7.3 行星齒輪系傳動比計算行星齒輪系傳動比計算 如圖所示的輪系中，齒輪如圖所示的輪系中，齒輪2 2除繞自身軸線回轉(zhuǎn)

35、外，還隨同構(gòu)件除繞自身軸線回轉(zhuǎn)外，還隨同構(gòu)件H H一起繞一起繞齒輪齒輪1 1的固定幾何軸線回轉(zhuǎn)，該輪系即為的固定幾何軸線回轉(zhuǎn)，該輪系即為行星輪系行星輪系。齒輪。齒輪2 2稱為稱為行星輪行星輪，H H稱稱為為行星架行星架或或系桿系桿，齒輪，齒輪1 1、3 3稱為稱為太陽輪太陽輪。 圖圖7-6 對于行星輪系，其傳動比的計算，不能直接用定軸齒輪系傳動比的計對于行星輪系，其傳動比的計算，不能直接用定軸齒輪系傳動比的計算公式來計算，這是因為行星輪的軸線在轉(zhuǎn)動。算公式來計算，這是因為行星輪的軸線在轉(zhuǎn)動。 為了利用定軸齒輪系傳動比的計算公式，間接計算行星齒輪系的傳動為了利用定軸齒輪系傳動比的計算公式，間接計

36、算行星齒輪系的傳動比，必須采用比，必須采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法。即假設(shè)給整個齒輪系加上一個與行星架。即假設(shè)給整個齒輪系加上一個與行星架H H的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速大小相等，大小相等，轉(zhuǎn)向相反轉(zhuǎn)向相反的附加轉(zhuǎn)速的附加轉(zhuǎn)速“n nH H”。根據(jù)相對性原理，此時整個行星。根據(jù)相對性原理，此時整個行星輪系中各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系不變。但這時行星輪架轉(zhuǎn)速為零。即原來運輪系中各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系不變。但這時行星輪架轉(zhuǎn)速為零。即原來運動的行星輪架轉(zhuǎn)化為靜止。這樣原來的行星齒輪系就轉(zhuǎn)化為一個假想的定軸動的行星輪架轉(zhuǎn)化為靜止。這樣原來的行星齒輪系就轉(zhuǎn)化為一個假想的定軸輪系。這個假想的定軸輪系稱輪系。這個假想的定軸輪系稱原行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)原行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)。對于這個轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的。對于這個轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比，則可以按定軸齒輪系傳動比的計算公式進(jìn)行計算。從而也可以間接傳動比，則可以按定軸齒輪系傳動比的計算公式進(jìn)行計算。從而也可以間接求出行星齒輪系傳動比。求出行星齒輪系傳動比。一、行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系一、行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系圖圖7-7