課件及視頻蝸桿傳動

1、機第七章蝸桿傳動第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)概述蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的相對滑動速度和效率蝸桿傳動的設計機第一節(jié)概述一、蝸桿傳動特點二、蝸桿傳動的類型機一、蝸桿傳動的特點蝸桿傳動的應用（一）利用其大傳動比特性用于機床、汽車、冶金、礦山和起重機械設備等的傳動系統(tǒng)及儀器儀表中。利用其自鎖性用于各種設備、電梯卷揚機等起重機械中，起安全保護作用。機一、蝸桿傳動的特點（二）蝸桿傳動的形成蝸桿傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。小齒輪外形酷似一根螺桿，稱為蝸桿。相嚙合的大齒輪是一個斜齒輪稱為蝸輪。機一、蝸桿傳動的特點（二）蝸桿傳動的形成蝸桿傳動用來傳遞空間兩交錯軸間

2、的運動和動力。通常兩軸交角為90。這樣的交錯軸斜齒圓柱齒輪機構在嚙合傳動時，齒廓間的接觸仍為點接觸。將蝸輪分度圓柱面的直母線改為圓弧形，使其部分地包住蝸桿，同時用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀加工蝸輪，這樣加工出的蝸輪與蝸桿在嚙合傳動時，能保證齒廓間為線接觸，以便傳遞較大的動力。機一、蝸桿傳動的特點（三）蝸桿傳動的主要特點傳動比大，結構比較緊湊。動力傳動中單級傳動比i =1080，分度機構中傳動比可達1000。傳動平穩(wěn)，沖擊、噪聲小。 傳遞交錯軸之間運動。相對滑動速度較大，效率低，摩擦磨損嚴重,不適用于大功率長期連續(xù)工作。為了避免過熱，需要良好的潤滑條件和散熱裝置。1.2.3.4.5.6通常蝸桿為

3、原動件實現(xiàn)運動，當其反行程不自鎖時，蝸輪可為原動件作增速運動。可以利用反行程自鎖的特點在工業(yè)中應用，如鑄造車間運送鐵水包的升降機構。機二、蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型通常根據(jù)蝸桿形狀和加工方法分類阿基米德圓柱蝸桿圓柱面蝸桿法向直廓蝸桿漸開線蝸桿蝸桿傳動環(huán)面蝸桿圓錐面蝸桿(a)圓柱面蝸桿傳動(b)環(huán)面蝸桿傳動(c)錐面蝸桿傳動機第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸一、正確嚙合條件二、主要參數(shù)和幾何尺寸計算機一、正確嚙合條件中間平面 ：對于兩軸線垂直交錯的阿基米德圓柱蝸桿傳動，通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。在中間平面內(nèi)蝸桿蝸輪的嚙合傳動相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合傳動。又被稱為主平

4、面。20130415-8W-21T-42H機一、正確嚙合條件正確嚙合條件為： mt2 t2 m （旋向相同）ma1a1 20130415-8W-21T-42H機械設計基礎（BIT）-by L D二、主要參數(shù)和幾何尺寸計算中間平面上蝸桿傳動相當于漸開線齒輪與齒條的傳動，蝸桿傳動計算，以中間平面參數(shù)為準，直接應用齒輪傳動的幾何關系進行幾何計算。1模數(shù)和壓力角2. 蝸桿頭數(shù)（齒數(shù)）蝸輪齒數(shù)3蝸桿分度圓直徑和導程角4傳動比5中心距機械設計基礎（BIT）-by L D二、主要參數(shù)和幾何尺寸計算1模數(shù)和壓力角 mmma1t2a1 t22. 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選取由傳動比并考慮效率來選定。一般為Z1=14

5、。傳遞運動，要求傳動比大，蝸桿頭數(shù)取小值。傳遞動力，蝸桿頭數(shù)取大值，傳動效率和承載能力高；蝸桿頭數(shù)太大，蝸桿加工選取。不宜大于80。蝸輪齒數(shù)應根據(jù)傳動比和蝸桿頭數(shù)機械設計基礎（BIT）-二、主要參數(shù)和幾何尺寸計算將蝸桿在分度圓柱面上展開3蝸桿分度圓直徑和導程角tan z1 pa z1m z1md1d1d1z1tan m mqd1pa蝸桿軸向齒距z1tan q 蝸桿直徑系數(shù)為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并有利于標準化，規(guī)定了蝸桿分度圓直徑的系列值，即將蝸桿直徑系數(shù)標準化。P122表7-1機械設計基礎（BIT）-by Lu二、主要參數(shù)和幾何尺寸計算導程角的選擇原則：動力傳動，為提高傳動效率，宜選取較大的導

6、程角，取=1530，此時為多頭蝸桿。若蝸桿的導程角小，則傳動效率低，易自鎖，通常要求自鎖的傳動，則取=3.54.5。按多數(shù)在 3 31之間。n1z2i4傳動比n2z15中心距蝸桿傳動的標準中心距為a 1 (d d ) 1 m(q z)12222081121-13W-21T-42H機第三節(jié)一、力的大小計算蝸桿傳動的受力分析 2000T1 FFt1a 2d12000T 1 i2000TF F 2a1t2dd22Fa1 nta 2cosn二、力的方向判斷蝸桿傳動各分力的方向可以按圓柱齒輪相同的方法確定,注意如何判斷蝸輪的轉(zhuǎn)向。20120416-8W-21T-42H091118-11W-20T-40H

7、機第四節(jié)蝸桿傳動的相對滑動速度和效率一、滑動速度二、效率三、自鎖機一、滑動速度v1cos d1n160 1000 cos v v 2 v 2(m/s)s12式中， d1為蝸桿的節(jié)圓直徑 (mm)；n1為蝸桿轉(zhuǎn)速 (rmin)；當潤滑和散熱條件不良時，相對滑動速度大，會使傳動發(fā)熱嚴重，易產(chǎn)生齒面磨損和膠合。機二、蝸桿傳動效率蝸桿傳動的總效率為： 1231為嚙合效率；2 軸承效率；3 濺油效率。其中，當蝸桿主動時，蝸桿傳動的嚙合效率為 tan z mtan 1d1tan( )1v1或 z1初步設計時，蝸桿傳動的總效率可以參考下面的數(shù)值。 0.7 0.75 0.75 0.82 0.82 0.92 0

8、.6 0.7z1 1,z1 2,z1 3 4,z1 1 4,閉式傳動開式傳動機二、蝸桿傳動效率其中，當蝸輪主動時，蝸桿傳動的嚙合效率為： tan( v )1tan v如果，則嚙合效率為負值，蝸桿傳動發(fā)生自鎖，這種蝸桿傳動，即使由蝸桿主動時傳動效率也非常低，通常在50%以下。另外，在振動條件下，摩擦系數(shù)的值會有波動，因此不能單靠蝸桿傳動的自鎖作用來實現(xiàn)制動，在重要場合應另外設計可靠的制動裝置。（參考西北工大機械原理第五版：機械的效率與自鎖一章內(nèi)容）機第五節(jié)蝸桿傳動的設計一、失效形式、設計準則和材料選擇二、蝸輪輪齒強度和蝸桿的剛度計算三、熱平衡計算四、潤滑方式選擇五、蝸桿和蝸輪的結構機一、失效形式

9、、設計準則和材料選擇1失效形式由于蝸桿傳動齒面間相對滑動速度大（滑動與滾動的本質(zhì)區(qū)別），發(fā)熱量大，其失效形式主要是齒面膠合，其次是點蝕、斷齒、磨損和塑性變形等。2設計準則由于材料和齒形上的原因，蝸桿螺紋部分的強度總要高于蝸輪輪齒的強度，失效通常發(fā)生在蝸輪上，所以一般只對蝸輪的輪齒進行承載能力計算。主要考慮齒面接觸疲勞強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算，通過降低許用應力來考慮膠合、磨損失效的影響。對閉式傳動應進行熱平衡計算。機一、失效形式、設計準則和材料選擇3蝸桿、蝸輪常用材料原則： 具有一定強度， 良好的耐磨性和抗膠合的性能蝸桿材料一般情況：45、35SiMn、40Cr，表面淬火 HRC 4550

10、高速重載：20Cr、15Cr、20nTi，滲碳淬火 HRC 5662低速輕載或不重要傳動：45、40，調(diào)質(zhì)HBS 220300蝸輪材料：一般情況：ZCuAl10Fe3高速傳動：ZCuSn10Pl、 ZCuSn5Pb5Zn5低速輕載或不重要傳動：HT150、HT200機一、失效形式、設計準則和材料選擇如何根據(jù)滑動速度來確定蝸輪的選材滑動速度較高(525ms)長期工作重要的高速蝸桿傳動中，蝸輪常用采用鑄錫青銅制1)造，抗膠合和 磨損的性能好，允許滑動速度大，容易切削加工；但價格貴，強度較低。2)滑動速度8m/s蝸輪可采用鑄鋁鐵青銅或鑄鋅青銅。有足夠的強度，鑄造性能好、耐沖擊、價廉。但切削性能差、抗

11、膠合性能不如錫青銅。3)滑動速度2m/s蝸輪可用球墨鑄鐵或灰鑄鐵蝸輪，也可用尼龍或增龍材料制成。機二、蝸輪輪齒強度和蝸桿的剛度計算1.蝸輪輪齒強度計算（計算方法與斜齒輪類似）9000KT2 ZHEH2m3qz2接觸疲勞強度22Zm3q 9000KT Ez 22H2 1530KT2 cos Y 彎曲疲勞強度F2F2F2m3qz2m3q 1530KT2 cos Yz F22F22.蝸桿剛度計算(視為以齒根圓直徑為直徑的軸） yymax一般取y=d /1000120100426-8W-21T-42H機三、熱平衡計算1.熱平衡計算目的：控制油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。在時間產(chǎn)生的熱量為P ( 1H11

12、000)時間內(nèi)散逸的熱量為K s( A1 tH)0t2熱平衡溫度t 1000P( 1 )t t 10KAst60oo90機三、熱平衡計算2. 提高散熱能力的措施：增加散熱面積：例如，在箱體外壁合理設計并鑄出或焊上散熱筋片；提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：例如，在蝸桿端部加裝風扇；在器油池中加裝蛇形冷卻水管進行冷卻；采用噴油潤滑。機三、熱平衡計算提高散熱能力的措施機四、潤滑方式選擇1.目的潤滑是減少摩擦磨損最有效段。還可用潤滑油進行冷卻，以保證正常油溫和粘度。蝸桿傳動所采用潤滑油、潤滑方式及裝置與齒輪傳動相同2.方式（1）相對滑動速度有適當?shù)挠土?。vs510 ms時，采用油池浸油潤滑，應相對滑動速度 1015

13、ms vs4ms時，常將蝸桿置于蝸輪之上，此時蝸輪浸入油內(nèi)的深度不得超過蝸輪半徑的三分之一；如速度vs4ms時攪油損失較低，可考慮刻將蝸桿下置浸油深度約為蝸桿的12個齒高。（2）相對滑動速度vs1015ms，則應采用噴油潤滑，噴油嘴要對準蝸桿嚙入端；機五、蝸桿和蝸輪的結構1.蝸桿結構車削蝸桿銑削蝸桿機五、蝸桿和蝸輪的結構2.蝸輪結構齒圈壓配式整體式螺栓聯(lián)接式鑲鑄式20110415-7W-21T-42H機例題例題7-1 設計一起重設備用的蝸桿傳動，載荷為中等沖擊，蝸驅(qū)動，傳遞的額定功率P15 kW，蝸桿轉(zhuǎn)速為桿軸由電n1=1460 r/min，蝸輪轉(zhuǎn)速為n2=120 r/min。解：采用阿基米德

14、圓柱蝸桿傳動1選擇材料蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度45 HRC。蝸輪用ZCuSn10P1金屬型鑄造。2選擇齒數(shù)理論傳動比i n1 1460 12.17n2120選取蝸桿頭數(shù) z14，則蝸輪齒數(shù) z2412.166748.67 圓整z2=49機例題選取蝸桿頭數(shù)z14，則蝸輪齒數(shù) z2412.166748.67圓整 z2=49z2 49 12.25實際傳動比：i z14 n1 1460 119.18 r/minn蝸輪實際轉(zhuǎn)速：2i12.25 n2 119.1837 120 0.68%n n2驗算蝸輪轉(zhuǎn)速誤差：n2 120機例題3按蝸輪齒面接觸疲勞強度確定主要參數(shù) 0.9初選效率計算蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩

15、T 9549 P2 9550 P10.9 5 9550 360.54 (N m)2nn119.183722 H 220 MPa蝸輪接觸許用應力（表7-3）ZE 155MPa取載荷系數(shù)K=1.6,機例題ZE 155MPa取載荷系數(shù)K=1.6,根據(jù)接觸強度初步設計公式（7-12）2m3q32H2根據(jù)表7-1，取標準數(shù)值模數(shù)m=5mmd1=50mmq=10分度圓直徑蝸桿直徑系數(shù)機例4驗算蝸輪圓周速度題d 2 m z 2 5 49 2 45m m蝸輪分度圓直徑 d 2 n 23.14 245 119.1837 60 1000 v 1.53m /s 15m /s圓周速度60 1000 5. 校核蝸輪彎曲

16、強度 arctg z1 arctg 4 21.8 2148 05 蝸桿導程角q10蝸桿彎曲許用應力（表7-6） F2 73MPaz2cos3 49z 61.2186當量齒數(shù)zv蝸輪齒形系數(shù)Yvcos3 21.801409（表7-5） Y 1.40 1.34 1.40 (61.2186 - 60) 1.3963F2F280 60根據(jù)蝸輪齒根彎曲強度校核公式（7-13） 1530KT2 cos Y 1530 1.6 360.54 cos21.801409 1.3963 18.68MPaF2F253 10 49m3qz 2安全F 2F 2機例題6.蝸桿剛度計算（略）7熱平衡計算（略）8. 其它幾何尺

17、寸計算a 1 (d d ) 1 (50 245) 147.5mm實際中心距蝸桿齒頂圓直徑1222d d 2h*m 50 2 1 5 60mma11ad2( h * c * ) m 62 m md蝸桿齒根圓直徑f11ab1b1z 2 1 2 5 49 1 70 .7 m m2 m蝸桿螺旋部分長度圓整?。? 1m md2 h * m 2 4 5 2 1 5 2 5 5 m m蝸輪喉圓直徑（齒頂圓直徑）da2 2ad2( h * ) m c *d233 m m蝸輪齒根圓直徑f2 2ar a 1 d 147.5 1 255 20mm2蝸輪咽喉母圓半徑g 2a22機例題b 2 2 m ( 0 .5 b 2 38m mq 1 ) 3