機(jī)械設(shè)計(jì)CAI電子教案：第11章 蝸桿傳動(dòng)

1、第11章蝸桿傳動(dòng)11-1蝸桿傳動(dòng)概述11-2蝸桿傳動(dòng)的類型11-3普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸11-4普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算11-6圓柱蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11-5蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制11-1蝸桿傳動(dòng) 概述 作用： 用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 蝸桿主動(dòng)、蝸輪從動(dòng)。90形成：若單個(gè)斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且1很大時(shí)，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。11所得齒輪稱為 蝸桿,而嚙合件稱為 蝸輪。蝸桿22蝸輪揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制改進(jìn)措施：將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪，所得蝸輪

2、蝸桿為線接觸。點(diǎn)接觸優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。分度機(jī)構(gòu)：i=1000, 通常i=880缺點(diǎn)： 傳動(dòng)效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。線接觸揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 環(huán)面蝸桿錐蝸桿 錐蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋形成的，而蝸輪在外觀上就像一個(gè)曲線錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機(jī)加工而成的。揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng)

3、 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。潘存云教授研制普通圓柱蝸桿揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的區(qū)別僅是加工用的車刀為圓弧刀刃。傳動(dòng)特點(diǎn)：1）傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)90%以上；2）承載能力高，約為普通圓柱蝸桿的1.52.5倍；3）結(jié)構(gòu)緊湊。揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2

4、蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 阿基米德螺線2阿基米德蝸桿單刀加工阿基米德蝸桿(ZA)揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 阿基米德蝸桿(ZA)阿基米德蝸桿雙刀加工潘存云教授研制阿基米德螺線揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米

5、德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 漸開線蝸桿(ZI)漸開線蝸桿漸開線基圓揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 潘存云教授研制dx延伸漸開線車刀對(duì)中齒厚中心法面法向直廓蝸桿(ZN)揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 法向

6、直廓蝸桿(ZN) dx延伸漸開線 2車刀對(duì)中齒槽中心法面揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK)2近似于阿基米德螺線是一種非線性螺旋齒面蝸桿。不能在車床上加工，只能在銑削或磨削，加工時(shí)工件作螺旋運(yùn)動(dòng)，刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。砂輪揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法

7、向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)： （1）傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)85 % 90%；（2）承載能力高，約為阿基米德蝸桿的24倍；（3）要求制造和安裝精度高。潘存云教授研制環(huán)面蝸桿揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng) 11-2蝸桿傳動(dòng)的類型錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 錐蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)： 錐蝸桿（1）同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大； （2）傳動(dòng)比范圍大，一般為10360； （3）承載能力和傳動(dòng)效率高； （4）制造安裝簡便，工藝性好。 阿基米德蝸桿最常用揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘

8、存云教授 潘存云教授研制d蝸桿旋向：左旋、右旋(常用)11精度等級(jí)：對(duì)于一般動(dòng)力傳動(dòng)，按如下等級(jí)制造：v17.5 m/s 7級(jí)精度v1 3 m/s 8級(jí)精度v112 m/s時(shí) ZCuSn10P1錫青銅制造。vS 12 m/s時(shí) ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅vS 6 m/s時(shí) ZCuAl10Fe3鋁青銅。vS 2 m/s時(shí)球墨鑄鐵、灰鑄鐵。11-4普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是齒面相對(duì)滑動(dòng)速度大，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重和磨損加劇。二、蝸桿傳動(dòng)的常用材料 揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 三、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 * 蝸桿的剛度計(jì)算 * 蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算* 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算為

9、了防止齒面過度磨損引起的失效，應(yīng)進(jìn)行* 傳動(dòng)系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算 為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進(jìn)行為了防止過熱引起的失效，就要進(jìn)行 揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制四、圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解為三個(gè)分力：圓周力Ft軸向力Fa徑向力Fr且有如下關(guān)系：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / d1 =2T2 / d2 = Ft2 tan式中T1 、T1分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。T2= T1 i 2揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制11p212p由相對(duì)運(yùn)動(dòng)

10、原理可知v2 = v1 + vS 齒面間滑動(dòng)速度vS= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作速度向量圖，得v2 = v1 tan蝸輪的轉(zhuǎn)向v222CW蝸輪轉(zhuǎn)向的確定 vSttv1v2揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云1112p12p右旋蝸桿：伸出左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的 切向速 度vp2的方向與拇指指向相同。用手勢(shì)確定蝸輪的轉(zhuǎn)向：左旋蝸桿：用右手判斷，方法一樣。22v2v2模型驗(yàn)證因蝸輪蝸桿相當(dāng)于螺旋副的運(yùn)動(dòng)，有一種實(shí)用且簡便的轉(zhuǎn)向判別方法：ar1r2揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制蝸桿傳

11、動(dòng)受力方向的判定 12pFt2Fa1Fr1Fr22(2)蝸輪切向力指向與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，且 Ft2=-Fa1 ；(4)蝸輪蝸桿所受徑向力垂直于各自的軸線， 且 Ft1=-Fa2 。(3)蝸桿切向力指向與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，且 Ft1=-Fa2 ； (1)蝸桿所受扭矩T1與轉(zhuǎn)動(dòng)方向1一致；T1T111Ft1Ft1Fa2Fa2揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 五、 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度校核公式：L0 KFnH = ZEa3KT2= ZEZ H 由上式可得設(shè)計(jì)公式：式中K為載荷系數(shù)，取K = KA Kv K Z接觸線長度和曲率半徑對(duì)接觸強(qiáng)度的影響系數(shù)。蝸輪齒面的接觸強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似，仍

12、以赫茲公式為基礎(chǔ)。以蝸輪蝸桿的節(jié)點(diǎn)處嚙合相應(yīng)參數(shù)代入即可。赫茲公式: a KT2H ZEZ23H 許用接觸應(yīng)力按下表選取。(1)接觸強(qiáng)度 揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影響系數(shù)ZZC蝸桿使用系數(shù)KA工作類型 I II III 載荷性質(zhì) 均勻、無沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù) 50 起動(dòng)載荷 小 較 大 大 KA 1 1.15 1.2 動(dòng)載系數(shù)Kv ， 當(dāng)V2 3 m/s , Kv=11.1 當(dāng)V23 m/s , Kv=1.11.

13、2 齒向載荷分布系數(shù)K ，當(dāng)載荷平穩(wěn)時(shí) ,取K =1 當(dāng)載荷變化時(shí) ,取K =1.11.3 ZA,ZI,ZN,ZK蝸桿揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力H MPa材 料 滑動(dòng)速度 vs/(m/s)蝸 桿 蝸 輪 45 其他情況 HRC45 HRC45 其它 滑動(dòng)速度 fv v fv v fv v fv v fv v 0.01 0.11 6 170.12 651 0.18 10120.18 10120.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 34

14、3 0.09 509 0.09 509 0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 509 2.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs /(m/s)揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制蝸桿加工困難 過大當(dāng) 28 時(shí)，效率增加很少。當(dāng) v 時(shí)，蝸桿具有自鎖性，但效率很低。50%=（0.950.96）tan(+v )tan 分析上述公式不直觀，工程上常用以下估計(jì)值。閉式傳動(dòng)：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1=4 =0.870.92z1=1、2 =0.600.70

15、開式傳動(dòng)：0 10 20 30 40 50 20406080100效率/(%) 在=45-/2 處效率曲線有極大值。f v =tanv =0.12對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)，宜采用多頭蝸桿自鎖極限一般取 510 1015 1525 25 載荷類型 重 重 中 （不限）（不限） （不限）（不限）900 500 350 220 150 100 80 運(yùn)動(dòng)粘度 v/cSt（40 ）蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度vs/(m/s)給油方法 油池潤滑 噴油潤滑或 油池潤滑 噴油壓力 MPa 0.7 2 3 表11-5蝸桿傳動(dòng)的潤滑油粘度薦用值及給油方法當(dāng)vs 510 m/s時(shí)，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸

16、油過深，約為一個(gè)齒高。當(dāng)vs 1015 m/s時(shí)，采用壓力噴油潤滑。當(dāng)v1 4 m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。ra/3 一個(gè)齒高揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算由于蝸桿傳動(dòng)效率低，發(fā)熱量大，若不及時(shí)散熱，會(huì)引起箱體內(nèi)，油溫升高，潤滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此，對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算由熱平衡條件H1= H2, 得：ta = ta + d S1000P1(1-) 其中P1 蝸桿傳遞的功率；d表面散熱系數(shù)；一般取d=8.1517.45 W/(m2 )S散熱面積(m2), 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對(duì)于箱體上的散熱片，

17、其散熱面積按50%計(jì)算。摩擦損耗產(chǎn)生的熱量 H1=1000P1(1-) 箱璧散發(fā)的熱量 H2=d S(t0- ta ) 蝸桿傳遞的效率；t0工作油溫，一般取60 70 ta工作環(huán)境溫度，一般取20 保持工作溫度所需散熱面積S = m2d (t0 - ta)1000P1(1-) 揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 當(dāng)工作油溫 t0 80 或散熱面積不足時(shí)，應(yīng)采取散熱措施：（1）增加散熱面積加散熱片；（2）提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 加風(fēng)扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。油泵冷卻器冷卻水揚(yáng)州大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制蝸桿的結(jié)構(gòu):通常與軸制成一體z1=1或2時(shí)：b1 (11+0.06z2)mz1= 4時(shí): b1 (12.5+0.09z2)mb1 蝸桿軸蝸桿長度b1的確定：12-6 圓柱蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)無退刀槽結(jié)構(gòu)：加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。