武漢理工大學機械設(shè)計課件第6章

1、 第六章第六章 蝸桿傳動蝸桿傳動6-1 蝸桿傳動蝸桿傳動概述概述一、蝸桿傳動的特點一、蝸桿傳動的特點蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞空間兩交錯軸蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動和動力，一般兩軸間的交錯角之間的運動和動力，一般兩軸間的交錯角=90。蝸桿傳動是在齒輪傳動的基礎(chǔ)上，為了獲得較大的傳動比蝸桿傳動是在齒輪傳動的基礎(chǔ)上，為了獲得較大的傳動比而發(fā)展起來的。而發(fā)展起來的。它具有齒輪傳動的某些特點，即在中間平面或稱它具有齒輪傳動的某些特點，即在中間平面或稱主平面主平面（通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面）內(nèi)的嚙合情況與（通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面）內(nèi)的嚙合情況與

2、齒輪和齒條嚙合情況相似；又有區(qū)別于齒輪傳動的特性，即齒輪和齒條嚙合情況相似；又有區(qū)別于齒輪傳動的特性，即其運動特性相當于螺旋副的工況。蝸桿相當于一個單頭或多其運動特性相當于螺旋副的工況。蝸桿相當于一個單頭或多頭螺桿，蝸輪相當于一個頭螺桿，蝸輪相當于一個“不完整的螺母不完整的螺母”。蝸桿轉(zhuǎn)動一周，。蝸桿轉(zhuǎn)動一周，蝸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過一個或多個齒。蝸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過一個或多個齒。蝸桿傳動概述蝸桿傳動概述二、正確嚙合條件二、正確嚙合條件如前述，在中間平面，蝸桿傳動如前述，在中間平面，蝸桿傳動相當于齒條（蝸桿）與齒輪（蝸相當于齒條（蝸桿）與齒輪（蝸輪）的嚙合，故其正確嚙合條件輪）的嚙合，故其正確嚙合條件和齒輪傳動相

3、仿。為增加接觸線和齒輪傳動相仿。為增加接觸線長度，將蝸輪齒面做成圓弧形，長度，將蝸輪齒面做成圓弧形，包在蝸桿上。包在蝸桿上。蝸桿傳動正確嚙合條件：蝸桿傳動正確嚙合條件：1、在中間平面內(nèi)，蝸桿的軸向模數(shù)、在中間平面內(nèi)，蝸桿的軸向模數(shù)mx1和壓力角和壓力角x1與蝸輪與蝸輪的端面模數(shù)的端面模數(shù)mt2和壓力角和壓力角t2分別相等。分別相等。即即mx1=mt2=m x1=t2=202、蝸桿分度圓柱導程角蝸桿分度圓柱導程角 與蝸輪分度圓柱螺旋角與蝸輪分度圓柱螺旋角等等值同向。既值同向。既 = 蝸桿傳動概述蝸桿傳動概述蝸桿傳動實例蝸桿傳動實例螺旋線方向?qū)嵗郝菪€方向?qū)嵗?蝸桿與蝸輪的螺旋方向應(yīng)相同，而斜

4、齒輪傳動中兩蝸桿與蝸輪的螺旋方向應(yīng)相同，而斜齒輪傳動中兩齒輪的螺旋方向相反。在蝸桿蝸輪的螺旋方向上，同學齒輪的螺旋方向相反。在蝸桿蝸輪的螺旋方向上，同學們常出現(xiàn)一左一右的錯誤概念。在實際生產(chǎn)中就發(fā)生過們常出現(xiàn)一左一右的錯誤概念。在實際生產(chǎn)中就發(fā)生過類似事情：某廠技術(shù)員設(shè)計蝸桿減速器時，就采用了蝸類似事情：某廠技術(shù)員設(shè)計蝸桿減速器時，就采用了蝸桿右旋、蝸輪左旋，制造好后，安裝時才發(fā)現(xiàn)安裝不進桿右旋、蝸輪左旋，制造好后，安裝時才發(fā)現(xiàn)安裝不進去，因而造成廢品和返工，在這方面要特別注意。去，因而造成廢品和返工，在這方面要特別注意。蝸桿傳動概述蝸桿傳動概述三、傳動類型三、傳動類型按蝸桿形狀分圓柱蝸桿傳動

5、按蝸桿形狀分圓柱蝸桿傳動按蝸桿螺旋面形狀分阿基米德、按蝸桿螺旋面形狀分阿基米德、漸開線、延伸漸開線蝸桿傳動。漸開線、延伸漸開線蝸桿傳動。環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動。錐蝸桿傳動。錐蝸桿傳動。阿基米德蝸桿的加工方法阿基米德蝸桿的加工方法)(1111111mdZdmZdPZtga 6-2 蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸計算蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸計算蝸桿傳動主要參數(shù)有：模數(shù)蝸桿傳動主要參數(shù)有：模數(shù)m、壓力角壓力角、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、蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)Z2。這些參數(shù)不僅影響結(jié)構(gòu)尺寸，也影響傳動性能，它們相互這些參數(shù)不僅影響結(jié)構(gòu)尺寸，也影響傳動性能，

6、它們相互聯(lián)系，不應(yīng)孤立確定。聯(lián)系，不應(yīng)孤立確定。一、模數(shù)一、模數(shù)m和壓力角和壓力角同齒輪傳動一樣，模數(shù)也作為主要計算參數(shù)。標準見表同齒輪傳動一樣，模數(shù)也作為主要計算參數(shù)。標準見表6-1二、蝸桿分度圓直徑二、蝸桿分度圓直徑d1、導程角導程角 和直徑系數(shù)和直徑系數(shù)q 由右圖：由右圖：令令q = d1/m稱為直徑系數(shù)，稱為直徑系數(shù)，即即 d1 = mq tg = z1/q12122121/1ddzzzznni討論：討論：（1）d1為什么要取標準值？為什么要取標準值？這是因為這是因為切制蝸輪切制蝸輪所用滾刀的幾何參數(shù)必須與該蝸輪相嚙合所用滾刀的幾何參數(shù)必須與該蝸輪相嚙合的蝸桿相同，即對于每種不同直徑的

7、蝸桿在切制蝸輪時都要的蝸桿相同，即對于每種不同直徑的蝸桿在切制蝸輪時都要準備一把滾刀，這樣準備的刀具就太多了，故為了減少刀具準備一把滾刀，這樣準備的刀具就太多了，故為了減少刀具型號，便于刀具的標準化就制定了型號，便于刀具的標準化就制定了d1標準系列。標準系列。（2）q與蝸桿剛度關(guān)系與蝸桿剛度關(guān)系d1=mq ， 故當故當m一定，一定， qd1，所以所以q取大值可提高蝸桿剛度。取大值可提高蝸桿剛度。（3）q與效率關(guān)系與效率關(guān)系tg = z1/q 故當故當Z1一定，一定，q 下降，所以下降，所以q取大值會降低效率。取大值會降低效率。三、傳動比三、傳動比i，蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)Z2

8、1、傳動比、傳動比i 蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸計算蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸計算2、Z1的選擇的選擇主要考慮傳動比、效率及制造三個方面。主要考慮傳動比、效率及制造三個方面。從傳動比看從傳動比看， i 一定，一定，Z1Z2，故緊湊。故緊湊。從效率看，從效率看，Z1 效率效率, ,故自鎖應(yīng)選單頭。故自鎖應(yīng)選單頭。從制造看，從制造看，Z1( ) , , 難制造。難制造。一般：一般： Z1=143、Z2的選擇的選擇為避免發(fā)生根切和保證傳動平穩(wěn)，為避免發(fā)生根切和保證傳動平穩(wěn)，Z2有最小值要求，為有最小值要求，為保證蝸桿剛度，保證蝸桿剛度，Z2有最大值要求有最大值要求(Z2最好不大于最好不大于80）。

9、推薦：推薦： Z1=1時，時，Z217 Z1=2時，時，Z227 動力傳動，動力傳動，Z2不應(yīng)少于不應(yīng)少于28，一般選，一般選Z2=3263為宜。為宜。a =(d1 + d2)/2 =m(q + Z2)/2四、幾何尺寸計算，見表四、幾何尺寸計算，見表6-2蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸計算蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸計算蝸桿傳動實例蝸桿傳動實例自鎖實例：自鎖實例： 蝸桿傳動的自鎖性能在實際中應(yīng)用很廣。例如船用蝸桿傳動的自鎖性能在實際中應(yīng)用很廣。例如船用電動舵機采用蝸桿傳動具有自鎖性能，在風浪中使得舵電動舵機采用蝸桿傳動具有自鎖性能，在風浪中使得舵葉的角度保持不變。起重機的升降機中，由于蝸桿傳動葉的角

10、度保持不變。起重機的升降機中，由于蝸桿傳動具有自鎖性能，使得變幅動力失靈時重物不致掉落下來具有自鎖性能，使得變幅動力失靈時重物不致掉落下來造成事故，起錨機也同樣。造成事故，起錨機也同樣。6-3 蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu)（閱讀）蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu)（閱讀）選材除要滿足強度要求，更重要的是具有良好的跑合性、減選材除要滿足強度要求，更重要的是具有良好的跑合性、減摩性和耐磨性。摩性和耐磨性。蝸桿一般用碳鋼或合金鋼蝸桿一般用碳鋼或合金鋼 ；蝸輪一般用青銅合金。；蝸輪一般用青銅合金。6-4 蝸桿傳動受力分析與強度計算蝸桿傳動受力分析與強度計算一、受力分析一、受力分析作用于工作面上法向力作用于工作面

11、上法向力Fn可分解為圓周力可分解為圓周力Ft，徑向力徑向力Fr和軸向力和軸向力Fa。如圖如圖由于由于=90，三力大小三力大?。篎t1= - Fa2=2000T1/d1Ft2= - Fa1=2000T2/d2Fr2= - Ft2tg 1Ft2蝸輪轉(zhuǎn)向蝸輪轉(zhuǎn)向各力方向：各力方向：圓周力圓周力Ft主反從同主反從同徑向力徑向力Fr指向輪心指向輪心軸向力軸向力Fa主動輪按左、右手定則主動輪按左、右手定則運用運用：Fa1（左、右手定則）左、右手定則）例：指出圖中的蝸桿或蝸輪例：指出圖中的蝸桿或蝸輪的螺旋線方向及轉(zhuǎn)向，繪出的螺旋線方向及轉(zhuǎn)向，繪出蝸桿和蝸輪嚙合點處三力蝸桿和蝸輪嚙合點處三力（Fa、Ft、Fr

12、）的方向。的方向。（未指明時，（未指明時， 蝸桿為主動）蝸桿為主動）蝸桿傳動的計算載荷蝸桿傳動的計算載荷 : Fnc = KFn K=1.01.4 T2 = iT1 蝸桿傳動受力分析與強度計算蝸桿傳動受力分析與強度計算 rVVVVscos12221二、滑動速度和失效形式二、滑動速度和失效形式1、滑動速度、滑動速度VS設(shè)蝸桿的圓周速度為設(shè)蝸桿的圓周速度為V1，蝸輪的蝸輪的圓周速度為圓周速度為V2，V1與與V2呈呈90角，角，則齒廓間產(chǎn)生的相對滑動速度則齒廓間產(chǎn)生的相對滑動速度由于由于VS比蝸桿圓周速度還大，比蝸桿圓周速度還大，故引起較嚴重的磨損和發(fā)熱。故引起較嚴重的磨損和發(fā)熱。蝸桿傳動受力分析與

13、強度計算蝸桿傳動受力分析與強度計算在閉式蝸桿傳動，失效多為點蝕和膠合在閉式蝸桿傳動，失效多為點蝕和膠合在開式蝸桿傳動，失效多為磨損和斷齒。在開式蝸桿傳動，失效多為磨損和斷齒。目前工程上主要是針對蝸輪進行齒面接觸強度和齒根彎目前工程上主要是針對蝸輪進行齒面接觸強度和齒根彎曲強度的計算。曲強度的計算。2、失效形式、失效形式主要失效形式有齒面點蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等。主要失效形式有齒面點蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等。一般失效總是發(fā)生在強度較低的蝸輪上。一般失效總是發(fā)生在強度較低的蝸輪上。蝸桿傳動受力分析與強度計算蝸桿傳動受力分析與強度計算MPaYzdmkTFPFaF2122156032212156

14、0mmzYkTdmFPFaMPadmkTzHPH122215000322212)15000(mmkTzdmHP 校核式：校核式：設(shè)計式：設(shè)計式： 校核式：校核式：設(shè)計式：設(shè)計式：三、強度計算三、強度計算蝸輪近似地看作斜齒圓柱齒輪，考慮到蝸桿傳動的特點，由蝸輪近似地看作斜齒圓柱齒輪，考慮到蝸桿傳動的特點，由赫茲和劉易斯公式為基礎(chǔ)，并作一定假設(shè)（如赫茲和劉易斯公式為基礎(chǔ)，并作一定假設(shè)（如 =525，=20）得強度計算公式。得強度計算公式。設(shè)計式算得設(shè)計式算得m2d1后，可按表后，可按表6-1確定相應(yīng)的確定相應(yīng)的m和和d1的標準值。的標準值。接觸強度：（青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿）接觸強度：（青銅或鑄鐵

15、蝸輪與鋼蝸桿）彎曲強度：彎曲強度：蝸桿傳動受力分析與強度計算蝸桿傳動受力分析與強度計算)(1tgtg2. 軸承摩擦效率軸承摩擦效率2，0.980.993. 浸入油中的零件攪油效率浸入油中的零件攪油效率3，0.940.996-5 蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算一、蝸桿傳動的潤滑一、蝸桿傳動的潤滑由于蝸桿傳動相對滑動速度由于蝸桿傳動相對滑動速度VS大，效率低，發(fā)熱量大，故大，效率低，發(fā)熱量大，故潤滑特別重要。潤滑特別重要。開式蝸桿傳動，采用粘度較高的潤滑油或潤滑脂。開式蝸桿傳動，采用粘度較高的潤滑油或潤滑脂。閉式蝸桿傳動，根據(jù)工作條件及閉式蝸桿傳動，根據(jù)工作條件及

16、VS，參考表參考表6-4選定潤滑油粘選定潤滑油粘度及給油方法。當采用油池潤滑時，蝸桿下置，浸油深度為度及給油方法。當采用油池潤滑時，蝸桿下置，浸油深度為蝸桿一個齒高；蝸桿上置，浸油深度約為蝸輪外徑的蝸桿一個齒高；蝸桿上置，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。二、蝸桿傳動的效率二、蝸桿傳動的效率閉式蝸桿傳動的總效率閉式蝸桿傳動的總效率包括：包括：1. 輪齒嚙合效率輪齒嚙合效率1=123初步計算，可由蝸桿頭數(shù)近似取值。初步計算，可由蝸桿頭數(shù)近似取值。閉式傳動閉式傳動Z1=1 =0.70.75自鎖時自鎖時=單位時間發(fā)熱量單位時間發(fā)熱量蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算t=t-

17、t0, 油溫與室溫之差，油溫與室溫之差， to室溫，常溫取室溫，常溫取20。t溫升許用值，一般為溫升許用值，一般為6070由于由于t=t+t0，故油溫許用值應(yīng)小于故油溫許用值應(yīng)小于8090，若計算或，若計算或?qū)崪y油溫實測油溫t90時，應(yīng)采取冷卻散熱措施。時，應(yīng)采取冷卻散熱措施。A散熱面積散熱面積即即1000P1（1-）=ktAtkt散熱系數(shù)，一般取散熱系數(shù)，一般取1017 w/m2 ,通風好取大值。通風好取大值。（1）增加散熱面積（）增加散熱面積（A值），如合值），如合 理設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊上理設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊上 散熱片。散熱片。蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算蝸桿傳動的潤滑、效率和

18、熱平衡計算（2）提高散熱系數(shù)（）提高散熱系數(shù)（kt值），如在蝸桿軸端裝風扇，這值），如在蝸桿軸端裝風扇，這 時時kt可達可達20以上，或在箱體裝設(shè)蛇形冷卻水管，或以上，或在箱體裝設(shè)蛇形冷卻水管，或 采用壓力噴油循環(huán)冷卻潤滑。采用壓力噴油循環(huán)冷卻潤滑。 蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算蝸桿傳動的潤滑、效率和熱平衡計算本章英語單詞本章英語單詞蝸桿傳動蝸桿傳動worm gearing , worm driveworm gearing , worm drive單頭蝸桿單頭蝸桿 single-threaded wormsingle-threaded worm圓柱蝸桿圓柱蝸桿 cylindrical wormcylindrical worm阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿 Archimedes worm (ZA-worm)Archimedes worm (ZA-worm)漸開線蝸桿漸開線蝸桿 involuteinvolute helicoidhelicoid worm (ZI-worm) worm (ZI-worm)法向直廓蝸桿法