機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第十章蝸桿傳動(dòng)

1、第十章第十章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)一、蝸桿傳動(dòng)的組成一、蝸桿傳動(dòng)的組成 蝸桿傳動(dòng)由蝸輪和蝸桿組成，用于傳遞空間兩交叉軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。通常交錯(cuò)角為90。，蝸桿為主動(dòng)件。動(dòng)畫演示二、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)1.1.傳動(dòng)比大。傳動(dòng)比大。傳遞動(dòng)力時(shí)：i=880；傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)：i=1000。 2. 2. 結(jié)構(gòu)緊湊。結(jié)構(gòu)緊湊。3.3.傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。 4.4.在一定條件下具有自鎖性。在一定條件下具有自鎖性。 5.5.效率較低。效率較低。一般只有0.70.8，自鎖時(shí)只有0.4 。 6.6.蝸輪造價(jià)較高。蝸輪造價(jià)較高。第一節(jié)第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的類型、主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的類型、主

2、要參數(shù)和幾何尺寸一一 、蝸桿傳動(dòng)的類型、蝸桿傳動(dòng)的類型1.按蝸桿形式分圓柱蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)演示（結(jié)構(gòu)）運(yùn)動(dòng)演示（結(jié)構(gòu)）運(yùn)動(dòng)演示（結(jié)構(gòu)）阿基米德蝸桿（應(yīng)用最廣泛） 2 . 圓柱面蝸桿按螺旋面形狀分 (刀具加工位置不同)漸開線蝸桿軸向齒廓：直線 端面齒廓：阿基米德螺旋線 加工時(shí)刀刃頂平面通過蝸桿軸線 端面：漸開線加工時(shí)刀具的切削刃與基圓相切，兩把刀具分別切出左、右側(cè)螺旋面 3.按蝸桿頭數(shù)（蝸桿螺旋線的數(shù)目）分單頭蝸桿：i，自鎖性，多頭蝸桿：相反4.按旋向分左旋右旋一般采用右旋二、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)二、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面

3、。對(duì)于阿基米德蝸桿傳動(dòng)，在中間平面上，相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。所以設(shè)計(jì)計(jì)算都以中間平面的參數(shù)和幾何關(guān)系為準(zhǔn)，并沿用圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算關(guān)系。 1蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)蝸桿的軸向模數(shù)ma1、軸向壓力角a1、蝸輪的端面模數(shù)mt2、蝸輪t2、齒頂高系數(shù)ha1 * 、頂隙系數(shù)ct2*為標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m：查表；標(biāo)準(zhǔn)壓力角=20o；標(biāo)準(zhǔn)齒形齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.2； 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，蝸桿傳動(dòng)在中間平面上的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。即：2傳動(dòng)比傳動(dòng)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 當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸輪將轉(zhuǎn)z1個(gè)齒，即z1/ z2周。所以，蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比傳動(dòng)比為：

4、 zznni1221蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1：主要根據(jù)傳動(dòng)比和要求的效率來確定，通常為1、2、4、6。當(dāng)傳動(dòng)比大于40或要求自鎖時(shí)，取z1=1；當(dāng)傳遞功率較大時(shí)，為提高傳動(dòng)效率、減少能量損失，常取z1=24。蝸桿頭數(shù)越多，加工精度越難保證。蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2：由z2=i z1計(jì)算確定，通常情況下取z2=2880。若z228，容易產(chǎn)生根切，并使傳動(dòng)的平穩(wěn)性降低；若z2過大，蝸輪直徑增大，與之相應(yīng)蝸桿的長(zhǎng)度增加，剛度減小，從而影響嚙合的精度。 z1、z2可根據(jù)傳動(dòng)比i參照表選取 。. .蝸桿導(dǎo)程角蝸桿導(dǎo)程角 蝸桿螺旋面與分度圓柱面的交線為螺旋線。螺旋線與端面的夾角稱為蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角 。 11

5、11111tandmzdmzdpzam、q和m2 d1值可查表。蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1和直徑系數(shù)和直徑系數(shù)q蝸桿分度圓直徑d1：因蝸桿與加工蝸輪的滾刀中圓直徑相同，但m一定時(shí)，由于z1和的變化，d1是變化的，即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。為限制滾刀數(shù)量，取d1為標(biāo)準(zhǔn)值，且與模數(shù)相匹配。tan11zmdq直徑系數(shù)q：蝸桿分度圓直徑d1與模數(shù)的比值，5蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件為： ma1= mt2=m a1=t2=20。 =2（蝸輪的螺旋角） . .標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距a a 2)(2221zqmdda 蝸桿傳動(dòng)圖三、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算三、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算（蝸桿傳動(dòng)圖）第二節(jié)第二

6、節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、齒面間滑動(dòng)速度一、齒面間滑動(dòng)速度cos100060cos1112221ndvvvvs相對(duì)滑動(dòng)速度vs的大?。何仐U與蝸輪嚙合時(shí)，由于C處，蝸桿上C（節(jié)點(diǎn)）的圓周速度v1與蝸輪上C的圓周速度v2方向不同（v1與v2相互垂直），所以齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)。 較大的VS引起：齒面容易發(fā)熱、磨損和膠合，使?jié)櫥蜏囟壬叨兿?，?rùn)滑條件變差，傳動(dòng)效率降低。二、蝸桿傳動(dòng)的失效形式二、蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)類似：點(diǎn)蝕、膠合、磨損、折斷vs、發(fā)熱 主要失效形式為：膠合、磨損、點(diǎn)蝕蝸輪強(qiáng)度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。過度磨損過度磨損膠合膠合.

7、.閉式傳動(dòng)閉式傳動(dòng)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核并進(jìn)行熱平衡驗(yàn)算。如果載荷平穩(wěn)、無沖擊，可不校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 . .當(dāng)蝸桿軸支承跨距較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行蝸桿軸剛度計(jì)算。當(dāng)蝸桿軸支承跨距較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行蝸桿軸剛度計(jì)算。 三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則. .開式傳動(dòng)：開式傳動(dòng)： 一、材料一、材料第三節(jié) 蝸桿與蝸輪的材料、結(jié)構(gòu)（1）足夠的強(qiáng)度；（2）良好的減摩、耐磨性（3）良好的抗膠合性. .對(duì)材料要求：對(duì)材料要求：2.蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬齒面蝸桿：首選 淬火磨削。軟齒面蝸桿：調(diào)質(zhì)缺少磨削設(shè)備時(shí)選用。. 蝸輪指齒冠部分材料：減摩材料鑄錫青銅：vs122m/s。

8、鑄鋁青銅：vs10m/s，抗膠合能力差。鑄鋁黃銅：抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng),耐磨性差,用于vs小場(chǎng)合。HT、QT：vs2m/s。常采用青銅做蝸輪齒圈與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配 。二、蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)二、蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)1.蝸桿：與軸一體。車制（需有退刀槽 ）、銑制。（）鑲鑄式蝸輪 ：只用于成批制造的蝸輪。（）整體澆注式：主要用于鑄鐵蝸輪或直徑小于100mm的青銅蝸輪。2.蝸輪（）齒圈壓配式：用于尺寸不太大或工作溫度變化較小的場(chǎng)合。（）螺栓聯(lián)接式：用于尺寸較大或磨損后需更換蝸輪齒圈的場(chǎng)合。第四節(jié)第四節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析1蝸輪的轉(zhuǎn)向判定蝸桿與蝸輪的轉(zhuǎn)向

9、關(guān)系可用“左、右”手定則判定。 “左、右左、右”手定則：手定則：當(dāng)蝸桿為右旋時(shí)使用右手；左旋時(shí)用左手。四個(gè)指拇順蝸桿轉(zhuǎn)向“握住”其軸線，則大拇指的反方向即為蝸輪的轉(zhuǎn)向。例：2.蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析圓周力：12222atFdTF軸向力：11122taFdTF112uTT(蝸桿主動(dòng))1嚙合效率忽略摩擦 法向力Fn可分解為三個(gè)相互垂直的分力：徑向力：122tanrtrFFF各分力方各分力方向向Fr：指向各自輪心Ft蝸桿與n1反向蝸輪與n2同向12atFFFa蝸桿：左、右手定則蝸輪：12taFF二、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算鋼制蝸桿對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪的齒面接觸疲

10、勞強(qiáng)度的校核公式校核公式為：HHzdmTddTKK221222212480480設(shè)計(jì)公式為： TzdmKH22122480H蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力（MPa），查表。 式中K載荷系數(shù)，用來考慮載荷集中和動(dòng)載荷的影響，可取K=11.4，當(dāng)載荷平穩(wěn)，vs3m/s，7級(jí)以上精度時(shí)取小值，否則取大值；T2蝸輪轉(zhuǎn)矩（N.mm），T2=T1i ；第五節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡和潤(rùn)滑一、蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算潤(rùn)滑油在齒面間被稀釋，加劇磨損和膠合。 效率低，發(fā)熱大，溫升高，潤(rùn)滑油粘度下降原因蝸桿傳動(dòng)單位時(shí)間的發(fā)熱量： 11)1 (1000PQ經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當(dāng)功率： )(012ttAKQs 達(dá)到熱

11、平衡時(shí)Q1=Q2 )()1 (10001101tCAKPtts式中：傳動(dòng)效率； P1蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率(KW)； Ks散熱系數(shù)(W/(m2), Ks=1017W/（m2. ），周圍通風(fēng)良好時(shí)，取 偏大值； A散熱面積(m2) ； t0環(huán)境溫度() ，一般取20 ； t1潤(rùn)滑油的工作溫度() ； t1 潤(rùn)滑油許用溫度() ，一般取7090 如果工作溫度超過許用溫度，應(yīng)采取措施：（3）在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻水管；（1）在箱體外表面設(shè)置散熱片以增加散熱面積A；（2）在蝸桿軸上安裝風(fēng)扇以提高表面散熱系數(shù)；（4）采用循環(huán)油冷卻。二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 目的：1）提高效率； 2）降低溫升，防

12、止磨損和膠合1.1.閉式蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑油粘度及給油方法：閉式蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑油粘度及給油方法： 對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)采用油池潤(rùn)滑時(shí)，上置式蝸桿傳動(dòng)的浸油深度約為蝸輪外徑的1/3，下置式蝸桿傳動(dòng)的浸油深度為蝸桿的一個(gè)齒高。2.2.開式蝸桿傳動(dòng)：開式蝸桿傳動(dòng)：常采用粘度較高的齒輪油或潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。第六節(jié)第六節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)一、安裝一、安裝1裝配時(shí)必須調(diào)整蝸輪的軸向位置，以使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線。（2）用改變套筒長(zhǎng)度作較大距離的調(diào)整蝸輪與軸承間軸向距離。蝸桿傳動(dòng)安裝位置要求（1）用墊片組調(diào)整蝸輪的軸向位置和軸承間隙。2裝配后進(jìn)行跑合：使齒面接觸良好。低速運(yùn)轉(zhuǎn)（n=50-10

13、0rpm），逐步加至額定載荷跑合1-5h。跑合完后清洗零件，更換潤(rùn)滑油。1通風(fēng)條件是否良好2工作一段時(shí)間后測(cè)試油溫，超過油溫允許范圍應(yīng)停機(jī)、改善換熱條件。3常檢查蝸輪齒面是否保持完好。4.檢查潤(rùn)滑情況。二、蝸桿傳動(dòng)的維護(hù)二、蝸桿傳動(dòng)的維護(hù)【例】試設(shè)計(jì)一由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉式蝸桿傳動(dòng)。蝸桿輸入功率為P1=5.5kW，轉(zhuǎn)速為n1=1450r/min，傳動(dòng)比i=24，載荷平穩(wěn),單向回轉(zhuǎn)，預(yù)期使用壽命為17000h，估計(jì)散熱面積為A=1.4m2。解：蝸桿：因傳遞的功率不大，查材料表，采用45鋼，表面淬火，硬度4555HRC。（1）選擇材料，確定其許用應(yīng)力蝸輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合能力好的材料，查材料表，錫青銅ZCuSn10P1，砂型 鑄造。查許用接觸應(yīng)力表，蝸輪材料的基本許用接觸應(yīng)力H =200 MPa（2）確定蝸桿頭數(shù)及蝸輪齒數(shù)查表，按傳動(dòng)比i=24，取z1=2，z2=242=48。（3）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩查表，取=0.82，則 1010561 . 72482. 014505 . 555. 9N.mm iiTTnp1161121055. 9（4）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 取載荷系數(shù)K=1.2，則21301 . 72 . 12102004848048052