窩桿傳動(dòng)課件

第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)概述普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向1．14“技術(shù)文件”指本合同附件二中規(guī)定的與合同設(shè)備的操作、維護(hù)、調(diào)試和檢驗(yàn)有關(guān)，以及與合同產(chǎn)品的制造有關(guān)的所有技術(shù)指標(biāo)、圖紙、說明、數(shù)據(jù)和其它文件。第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)概述1．蝸桿傳動(dòng)

概述普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向蝸桿傳動(dòng)概述2§1概述組成：作用：傳遞空間交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，兩交錯(cuò)軸間的夾角可為任意值，通常為900?！?概述組成：31.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)1．傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊i=6～80（傳遞動(dòng)力），i可達(dá)到1500（只傳遞運(yùn)動(dòng)的分度機(jī)構(gòu)）；傳動(dòng)比大，零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊。2．傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪聲蝸桿是連續(xù)的螺旋齒，逐漸進(jìn)入嚙合和退出嚙合的，嚙合的齒對(duì)多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。3．能實(shí)現(xiàn)反行程自鎖蝸桿作主動(dòng)件，蝸桿帶動(dòng)蝸輪。自鎖條件：蝸桿的導(dǎo)程角λ小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角φV。4．齒面上相對(duì)滑動(dòng)速度大，因此摩擦大，發(fā)熱大，效率低。當(dāng)蝸桿作主動(dòng)件時(shí)，η≈0.7～0.8；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，η≈0.4。1.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)41.2蝸桿傳動(dòng)的類型根據(jù)蝸桿形狀分為：圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。

a）圓柱蝸桿傳動(dòng)b）環(huán)面蝸桿傳動(dòng)c）錐蝸桿傳動(dòng)

1.2蝸桿傳動(dòng)的類型a）圓柱蝸桿傳動(dòng)b）5圓柱蝸桿傳動(dòng)分為：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)1.普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿的齒面可在車床上用直線刀刃的車刀車制。根據(jù)車刀安裝位置的不同，可加工出不同的齒廓形狀。根據(jù)齒廓形狀，普通圓柱蝸桿可分為：（1）阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）（2）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）（3）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）（4）錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）2.圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZC蝸桿）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相似，只是齒廓形狀不同。圓柱蝸桿傳動(dòng)分為：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)6阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）軸面齒廓為直線第6章窩桿傳動(dòng)課件7法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）法面齒廓為直線法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）8漸開線蝸桿（ZI蝸桿）端面齒廓為漸開線漸開線蝸桿（ZI蝸桿）9錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）第6章窩桿傳動(dòng)課件10§2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算2.1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇中間平面：過蝸桿軸線且與蝸輪軸線相垂直的平面。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)，故取中間平面上的參數(shù)（模數(shù)、壓力角等）和尺寸（齒根頂圓、分度圓等）為基準(zhǔn)，并采用齒輪傳動(dòng)的計(jì)算關(guān)系。§2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算2.1普通圓11蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)：m、α、z1、z2、蝸桿的直徑d1等，進(jìn)行蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要正確地選擇這些參數(shù)。1．m和α蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件：在中間平面上，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即把中間平面上的模數(shù)和壓力角規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，則阿基米德蝸桿的αx（軸向壓力角為200），其余三種（法向直廓蝸桿、漸開線蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿）的法向壓力角αn為標(biāo)準(zhǔn)值200。

蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)：m、α、z1、z2、蝸桿的直徑d1等，進(jìn)122．蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比，i=n1/n2=z2/z1①z1可根據(jù)傳動(dòng)比和效率選定，單頭蝸桿可實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，但η低，易自鎖，多頭蝸桿可提高η，但蝸桿頭數(shù)過多，又會(huì)給加工帶來困難。z1：若傳動(dòng)比大，且要求自鎖時(shí)，z1=1；若要求η高，傳遞功率大，z1可取2～4，常用2或4。②蝸輪齒數(shù)z2=iz1z2過小易產(chǎn)生根切，為避免根切和保證傳動(dòng)平穩(wěn)，通常z2>28；z2過大，尺寸增加與之嚙合的蝸桿長(zhǎng)度也隨之增加，致使蝸桿剛度不足，影響正常嚙合，z2≤80。2．蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2133．蝸桿的分度圓直徑d1和導(dǎo)程角λ把d1與m的比值稱為蝸桿直徑系數(shù)q，即q=d1/m蝸桿分度圓柱上的螺旋線升角稱為導(dǎo)程角λ

（px蝸桿軸向齒距）3．蝸桿的分度圓直徑d1和導(dǎo)程角λ144．蝸桿的螺旋角β1與蝸輪螺旋角β2在中間平面內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于斜齒條和斜齒輪傳動(dòng)，且β1、β2同向，β1+β2=900，λ=β2；斜齒輪：β1=β2，旋向相反。

5．中心距當(dāng)蝸桿的節(jié)圓和分度圓重合時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，這時(shí)蝸桿與蝸輪間的中心距也為標(biāo)準(zhǔn)中心距a。4．蝸桿的螺旋角β1與蝸輪螺旋角β2152.2蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)變位的主要目的是配湊中心距或傳動(dòng)比，使之符合標(biāo)準(zhǔn)值或推薦值。為了保持刀具尺寸不變，不能改變蝸桿的尺寸，因而只能對(duì)蝸輪進(jìn)行變位。①湊中心距時(shí)，蝸輪變位系數(shù)x2為②湊傳動(dòng)比時(shí)，變位前、后的傳動(dòng)中心距不變，即a=a′，用改變蝸輪齒數(shù)z2來達(dá)到傳動(dòng)比略作調(diào)整的目的。變位系數(shù)x2為2.2蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn)162.3蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算

2.3蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算17§3普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式及常用材料1、失效形式失效形式：點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合、磨損，無塑性變形。閉式傳動(dòng)：膠合、點(diǎn)蝕；開式傳動(dòng)：磨損、齒根折斷。—開式蝸桿傳動(dòng)多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此，應(yīng)以保證輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算?！]式蝸桿傳動(dòng)多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。另外，還應(yīng)作熱平衡計(jì)算?！仐U傳動(dòng)為防止蝸桿軸變形過大而影響嚙合狀況，還須進(jìn)行蝸桿軸剛度計(jì)算。§3普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形182、常用材料材料的基本要求：足夠的強(qiáng)度、磨合和耐磨性。蝸桿：碳鋼或合金鋼

高速重載：15Cr、20Cr并經(jīng)滲碳淬火，或40、45、40Cr并經(jīng)淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性，要求淬火后的硬度達(dá)到40～55HRC，經(jīng)氮化后的硬度為55～62HRC。

低速中載：40、45，調(diào)質(zhì)，硬度220～300HBS；蝸輪：鑄造錫青銅ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5，用于vS>12m/s的重要傳動(dòng)；鑄造鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3，用于一般用途，vS≤10m/s;灰鑄鐵HT150、HT200：用于vS<2m/s。2、常用材料193.2

蝸桿傳動(dòng)的受力分析①力的大?、诹Φ姆较騀a1方向的確定：根據(jù)蝸桿的轉(zhuǎn)向及螺旋線方向按左（右）手定則確定。3.2蝸桿傳動(dòng)的受力分析①力的大小20圓柱蝸桿傳動(dòng)例：

Fa1Fa2Fr2Fr1Ft1Ft2n1圓柱蝸桿傳動(dòng)例：Fa1Fa2Fr2Fr1Ft1213.3蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算

計(jì)算準(zhǔn)則：防止點(diǎn)蝕和膠合：接觸疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則；防止磨損和折斷：彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則。計(jì)算對(duì)象：蝸輪

原因：①蝸輪材料差（蝸桿常用碳鋼或合金鋼，并作淬火處理，蝸輪常采用青銅，使其形成具有良好減摩性的滑動(dòng)摩擦副）；②中間平面內(nèi)，蝸桿齒形齒根強(qiáng)度高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度。計(jì)算特點(diǎn)

閉式傳動(dòng)：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由于散熱較差，發(fā)熱大，為防止膠合，還應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算；

開式傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。3.3蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算準(zhǔn)則：221、初選d1/a值中心距a在蝸桿傳動(dòng)中是最基本的尺寸，其大小決定了傳動(dòng)的承載能力和外廓尺寸。1、初選d1/a值232、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算在中間平面內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于斜齒條與斜齒輪的嚙合傳動(dòng)，因此蝸輪可當(dāng)作斜齒圓柱齒輪，把蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)帶入到赫茲公式，可得蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式。校核公式式中ZE彈性影響系數(shù)，對(duì)于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)，取ZE=160MPa1/2；Zρ：接觸系數(shù)，考慮接觸線長(zhǎng)度L0和曲率半徑對(duì)接觸強(qiáng)度的影響；KA：使用系數(shù)，同齒輪傳動(dòng)。設(shè)計(jì)公式2、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算24許用接觸應(yīng)力

式中σHlim：接觸疲勞極限，MPa；SHmin：接觸疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，可取1～1.3；Zn轉(zhuǎn)速系數(shù)：Zh壽命系數(shù)；

其中：Lh為載荷不變時(shí)的壽命時(shí)數(shù)，因壽命不宜過短，故規(guī)定Zh一般應(yīng)小于1.6，Lh應(yīng)大于1500h。只有在間歇、短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)下工作的蝸桿傳動(dòng)才允許Zh＞1.6，即Lh＜1500h。許用接觸應(yīng)力25注：①設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，求得中心距a需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。進(jìn)而用下列公式求取蝸桿直徑d1、蝸桿頭數(shù)z1

和模數(shù)md1≈0.68a0.875z1=(7+2.4a)/u，z2=uz1m=(1.4-1.7)a/z2②d1和m均應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，z1和z2均應(yīng)為整數(shù)。利用tanγ=z1m/d1的關(guān)系可以求出蝸桿導(dǎo)程角γ。注：①設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，求得中心距a需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。263、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算特點(diǎn)：把蝸輪近似地當(dāng)做斜齒圓柱齒輪來考慮，只是應(yīng)將蝸桿傳動(dòng)參數(shù)代入，

校核公式

式中：σFlim：齒根彎曲疲勞極限；SFmin：彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，可取為1.4；b2、d2：蝸輪寬度和蝸輪直徑；[σF]：許用彎曲應(yīng)力。3、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算273.4蝸桿的剛度計(jì)算如果蝸桿變形過大，會(huì)影響蝸桿、蝸輪的正確嚙合，應(yīng)進(jìn)行剛度校核。計(jì)算特點(diǎn)：把蝸桿螺旋部分當(dāng)作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段：式中：I，危險(xiǎn)截面的慣性距，I=лd41/64；l，蝸桿兩端支承間的跨距；[δ]，許用最大撓度，[δ]=0.004m～0.01m。3.4蝸桿的剛度計(jì)算如果蝸桿變形過大，會(huì)影響蝸桿、蝸輪的正283.5蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)選擇與標(biāo)準(zhǔn)化狀況

（1）蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇蝸桿可以在車床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤銑刀或指形銑刀銑制。蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，要按照6-9級(jí)精度制造。（2）蝸桿傳動(dòng)減速器的標(biāo)準(zhǔn)化狀況標(biāo)準(zhǔn)化的蝸桿傳動(dòng)減速器：1）WD和WS型圓柱蝸桿減速器（JB/ZQ4390—86）2）圓弧齒圓柱蝸桿減速器（JB9147—88）3)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器（ZBJ19021—89）3.5蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)選擇與標(biāo)準(zhǔn)化狀況29WD型圓柱蝸桿減速器WD型圓柱蝸桿減速器30CWU型圓弧齒圓柱蝸桿減速器CWU型圓弧齒圓柱蝸桿減速器31（1）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)–模數(shù)m

有標(biāo)準(zhǔn)系列–齒形角α0砂輪軸截面齒形角α0=23o–齒廓圓弧半徑ρ砂輪軸截面圓弧半徑ρ=(5-6)m–變位系數(shù)x2一般推薦x2=0.5-1.5（2）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算（3）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算§4圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（1）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)§4圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)32§5普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算5.1蝸桿傳動(dòng)的效率η主要取決于計(jì)入嚙合摩擦損耗時(shí)的效率η1，當(dāng)蝸桿作主動(dòng)件時(shí)式中：γ，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角；

ρV，ρV=arctguV。一般η2η3=0.95～0.96。則

η=η1η2η3=(0.95～0.96)tanγ/tan(γ+ρV)§5普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算5.1蝸桿傳33蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度當(dāng)蝸桿傳動(dòng)在節(jié)點(diǎn)處嚙合時(shí)，蝸桿的圓周速度為v1，蝸輪的圓周速度為v2，滑動(dòng)速度vS為

v1

v2

vS蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度v1v2vS34影響效率因素：γ、ρV①當(dāng)ρV一定，增大γ，可提高效率（tanγ=z1/q，z1↑，γ↑，但z1不宜太多，η上升緩慢，γ>270以后，η增加緩慢，當(dāng)γ>450時(shí)，η下降）。②當(dāng)γ一定時(shí)，ρV↓，η↑當(dāng)vS越大時(shí)，ρV越小，但只有在潤(rùn)滑條件良好的情況下，才能采取增大vS，降低ρV以提高η的措施。注：當(dāng)蝸桿傳動(dòng)處于多級(jí)傳動(dòng)中時(shí)，為了提高η，往往將其放在高速級(jí)，甚至把蝸桿與電動(dòng)機(jī)直接連接，目的是為了提高vS，從而提高傳動(dòng)效率。但在設(shè)計(jì)之初，為了計(jì)算T2，η值可作如下估?。═2=T1iη）z1=1，η=0.70；z1=2，η=0.8；z1=4，η=0.9。影響效率因素：γ、ρV355.2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑①蝸桿的圓周速度v1≤10m/s時(shí)，可采用浸油潤(rùn)滑

下置蝸桿:一般浸油深度為蝸桿的一個(gè)齒高；但油面又不應(yīng)超過滾動(dòng)軸承最低滾動(dòng)體的中心。

上置蝸桿:不得已才采用；浸油深度可為蝸輪半徑的1/6-1/3。②v1>10m/s時(shí)，就必須采用壓力噴油潤(rùn)滑噴油嘴宜放在嚙出側(cè)；蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)，兩邊都要裝噴油嘴，而且要控制一定的油壓。5.2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑365.3蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算1．目的：對(duì)于閉式傳動(dòng)，若散熱性能不好，必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算，為防止膠合或急劇磨損。2．理論依據(jù)熱平衡條件：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)蝸桿傳動(dòng)所產(chǎn)生的熱量Φ1≤同一時(shí)間內(nèi)箱體的散熱量Φ2。式中Kt箱體表面的傳熱系數(shù)，Kt=（8.7～17.5）W/(m2.0C)；A內(nèi)表面能被潤(rùn)滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積；t1油的工作溫度；t0周圍空氣溫度，可取200。tp：油的許用工作溫度（℃）=600_700C，最高900C。

5.3蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算373．如果t1>tp可采取下列冷卻措施1）加散熱片以增大散熱面積；2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣的流通；3）在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。4）采用壓力噴油潤(rùn)滑冷卻。

3．如果t1>tp可采取下列冷卻措施38§6圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蝸桿螺旋部分的直徑不大，常和軸做成整體，a）結(jié)構(gòu)無退刀槽用銑制方法加工螺旋部分，b）結(jié)構(gòu)有退刀槽可用車制、銑制方法加工螺旋部分?！?圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蝸桿螺旋部分的直徑不大，常和39蝸輪結(jié)構(gòu)：1）齒圈式：2）螺栓聯(lián)接式：3）整體澆鑄式：4）拼鑄式：蝸輪結(jié)構(gòu)：40§7環(huán)面蝸桿傳動(dòng)7.1直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(TSL型)7.2平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)7.3錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

§7環(huán)面蝸桿傳動(dòng)7.1直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(TSL型)41§8蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向8.1蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀8.2改善蝸桿傳動(dòng)質(zhì)量的途徑與措施§8蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向8.1蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀42謝謝觀看謝謝觀看43第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)概述普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向1．14“技術(shù)文件”指本合同附件二中規(guī)定的與合同設(shè)備的操作、維護(hù)、調(diào)試和檢驗(yàn)有關(guān)，以及與合同產(chǎn)品的制造有關(guān)的所有技術(shù)指標(biāo)、圖紙、說明、數(shù)據(jù)和其它文件。第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)第6章窩桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)概述1．蝸桿傳動(dòng)

概述普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向蝸桿傳動(dòng)概述45§1概述組成：作用：傳遞空間交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，兩交錯(cuò)軸間的夾角可為任意值，通常為900?！?概述組成：461.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)1．傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊i=6～80（傳遞動(dòng)力），i可達(dá)到1500（只傳遞運(yùn)動(dòng)的分度機(jī)構(gòu)）；傳動(dòng)比大，零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊。2．傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪聲蝸桿是連續(xù)的螺旋齒，逐漸進(jìn)入嚙合和退出嚙合的，嚙合的齒對(duì)多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。3．能實(shí)現(xiàn)反行程自鎖蝸桿作主動(dòng)件，蝸桿帶動(dòng)蝸輪。自鎖條件：蝸桿的導(dǎo)程角λ小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角φV。4．齒面上相對(duì)滑動(dòng)速度大，因此摩擦大，發(fā)熱大，效率低。當(dāng)蝸桿作主動(dòng)件時(shí)，η≈0.7～0.8；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，η≈0.4。1.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)471.2蝸桿傳動(dòng)的類型根據(jù)蝸桿形狀分為：圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。

a）圓柱蝸桿傳動(dòng)b）環(huán)面蝸桿傳動(dòng)c）錐蝸桿傳動(dòng)

1.2蝸桿傳動(dòng)的類型a）圓柱蝸桿傳動(dòng)b）48圓柱蝸桿傳動(dòng)分為：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)1.普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿的齒面可在車床上用直線刀刃的車刀車制。根據(jù)車刀安裝位置的不同，可加工出不同的齒廓形狀。根據(jù)齒廓形狀，普通圓柱蝸桿可分為：（1）阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）（2）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）（3）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）（4）錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）2.圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZC蝸桿）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相似，只是齒廓形狀不同。圓柱蝸桿傳動(dòng)分為：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)49阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）軸面齒廓為直線第6章窩桿傳動(dòng)課件50法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）法面齒廓為直線法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）51漸開線蝸桿（ZI蝸桿）端面齒廓為漸開線漸開線蝸桿（ZI蝸桿）52錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）第6章窩桿傳動(dòng)課件53§2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算2.1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇中間平面：過蝸桿軸線且與蝸輪軸線相垂直的平面。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)，故取中間平面上的參數(shù)（模數(shù)、壓力角等）和尺寸（齒根頂圓、分度圓等）為基準(zhǔn)，并采用齒輪傳動(dòng)的計(jì)算關(guān)系。§2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算2.1普通圓54蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)：m、α、z1、z2、蝸桿的直徑d1等，進(jìn)行蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要正確地選擇這些參數(shù)。1．m和α蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件：在中間平面上，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即把中間平面上的模數(shù)和壓力角規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，則阿基米德蝸桿的αx（軸向壓力角為200），其余三種（法向直廓蝸桿、漸開線蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿）的法向壓力角αn為標(biāo)準(zhǔn)值200。

蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)：m、α、z1、z2、蝸桿的直徑d1等，進(jìn)552．蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比，i=n1/n2=z2/z1①z1可根據(jù)傳動(dòng)比和效率選定，單頭蝸桿可實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，但η低，易自鎖，多頭蝸桿可提高η，但蝸桿頭數(shù)過多，又會(huì)給加工帶來困難。z1：若傳動(dòng)比大，且要求自鎖時(shí)，z1=1；若要求η高，傳遞功率大，z1可取2～4，常用2或4。②蝸輪齒數(shù)z2=iz1z2過小易產(chǎn)生根切，為避免根切和保證傳動(dòng)平穩(wěn)，通常z2>28；z2過大，尺寸增加與之嚙合的蝸桿長(zhǎng)度也隨之增加，致使蝸桿剛度不足，影響正常嚙合，z2≤80。2．蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2563．蝸桿的分度圓直徑d1和導(dǎo)程角λ把d1與m的比值稱為蝸桿直徑系數(shù)q，即q=d1/m蝸桿分度圓柱上的螺旋線升角稱為導(dǎo)程角λ

（px蝸桿軸向齒距）3．蝸桿的分度圓直徑d1和導(dǎo)程角λ574．蝸桿的螺旋角β1與蝸輪螺旋角β2在中間平面內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于斜齒條和斜齒輪傳動(dòng)，且β1、β2同向，β1+β2=900，λ=β2；斜齒輪：β1=β2，旋向相反。

5．中心距當(dāng)蝸桿的節(jié)圓和分度圓重合時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，這時(shí)蝸桿與蝸輪間的中心距也為標(biāo)準(zhǔn)中心距a。4．蝸桿的螺旋角β1與蝸輪螺旋角β2582.2蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)變位的主要目的是配湊中心距或傳動(dòng)比，使之符合標(biāo)準(zhǔn)值或推薦值。為了保持刀具尺寸不變，不能改變蝸桿的尺寸，因而只能對(duì)蝸輪進(jìn)行變位。①湊中心距時(shí)，蝸輪變位系數(shù)x2為②湊傳動(dòng)比時(shí)，變位前、后的傳動(dòng)中心距不變，即a=a′，用改變蝸輪齒數(shù)z2來達(dá)到傳動(dòng)比略作調(diào)整的目的。變位系數(shù)x2為2.2蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn)592.3蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算

2.3蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算60§3普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式及常用材料1、失效形式失效形式：點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合、磨損，無塑性變形。閉式傳動(dòng)：膠合、點(diǎn)蝕；開式傳動(dòng)：磨損、齒根折斷?！_式蝸桿傳動(dòng)多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此，應(yīng)以保證輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算?！]式蝸桿傳動(dòng)多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。另外，還應(yīng)作熱平衡計(jì)算。—蝸桿傳動(dòng)為防止蝸桿軸變形過大而影響嚙合狀況，還須進(jìn)行蝸桿軸剛度計(jì)算?！?普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形612、常用材料材料的基本要求：足夠的強(qiáng)度、磨合和耐磨性。蝸桿：碳鋼或合金鋼

高速重載：15Cr、20Cr并經(jīng)滲碳淬火，或40、45、40Cr并經(jīng)淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性，要求淬火后的硬度達(dá)到40～55HRC，經(jīng)氮化后的硬度為55～62HRC。

低速中載：40、45，調(diào)質(zhì)，硬度220～300HBS；蝸輪：鑄造錫青銅ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5，用于vS>12m/s的重要傳動(dòng)；鑄造鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3，用于一般用途，vS≤10m/s;灰鑄鐵HT150、HT200：用于vS<2m/s。2、常用材料623.2

蝸桿傳動(dòng)的受力分析①力的大?、诹Φ姆较騀a1方向的確定：根據(jù)蝸桿的轉(zhuǎn)向及螺旋線方向按左（右）手定則確定。3.2蝸桿傳動(dòng)的受力分析①力的大小63圓柱蝸桿傳動(dòng)例：

Fa1Fa2Fr2Fr1Ft1Ft2n1圓柱蝸桿傳動(dòng)例：Fa1Fa2Fr2Fr1Ft1643.3蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算

計(jì)算準(zhǔn)則：防止點(diǎn)蝕和膠合：接觸疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則；防止磨損和折斷：彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則。計(jì)算對(duì)象：蝸輪

原因：①蝸輪材料差（蝸桿常用碳鋼或合金鋼，并作淬火處理，蝸輪常采用青銅，使其形成具有良好減摩性的滑動(dòng)摩擦副）；②中間平面內(nèi)，蝸桿齒形齒根強(qiáng)度高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度。計(jì)算特點(diǎn)

閉式傳動(dòng)：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由于散熱較差，發(fā)熱大，為防止膠合，還應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算；

開式傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。3.3蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算準(zhǔn)則：651、初選d1/a值中心距a在蝸桿傳動(dòng)中是最基本的尺寸，其大小決定了傳動(dòng)的承載能力和外廓尺寸。1、初選d1/a值662、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算在中間平面內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于斜齒條與斜齒輪的嚙合傳動(dòng)，因此蝸輪可當(dāng)作斜齒圓柱齒輪，把蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)帶入到赫茲公式，可得蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式。校核公式式中ZE彈性影響系數(shù)，對(duì)于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)，取ZE=160MPa1/2；Zρ：接觸系數(shù)，考慮接觸線長(zhǎng)度L0和曲率半徑對(duì)接觸強(qiáng)度的影響；KA：使用系數(shù)，同齒輪傳動(dòng)。設(shè)計(jì)公式2、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算67許用接觸應(yīng)力

式中σHlim：接觸疲勞極限，MPa；SHmin：接觸疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，可取1～1.3；Zn轉(zhuǎn)速系數(shù)：Zh壽命系數(shù)；

其中：Lh為載荷不變時(shí)的壽命時(shí)數(shù)，因壽命不宜過短，故規(guī)定Zh一般應(yīng)小于1.6，Lh應(yīng)大于1500h。只有在間歇、短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)下工作的蝸桿傳動(dòng)才允許Zh＞1.6，即Lh＜1500h。許用接觸應(yīng)力68注：①設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，求得中心距a需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。進(jìn)而用下列公式求取蝸桿直徑d1、蝸桿頭數(shù)z1

和模數(shù)md1≈0.68a0.875z1=(7+2.4a)/u，z2=uz1m=(1.4-1.7)a/z2②d1和m均應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，z1和z2均應(yīng)為整數(shù)。利用tanγ=z1m/d1的關(guān)系可以求出蝸桿導(dǎo)程角γ。注：①設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，求得中心距a需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。693、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算特點(diǎn)：把蝸輪近似地當(dāng)做斜齒圓柱齒輪來考慮，只是應(yīng)將蝸桿傳動(dòng)參數(shù)代入，

校核公式

式中：σFlim：齒根彎曲疲勞極限；SFmin：彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，可取為1.4；b2、d2：蝸輪寬度和蝸輪直徑；[σF]：許用彎曲應(yīng)力。3、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算703.4蝸桿的剛度計(jì)算如果蝸桿變形過大，會(huì)影響蝸桿、蝸輪的正確嚙合，應(yīng)進(jìn)行剛度校核。計(jì)算特點(diǎn)：把蝸桿螺旋部分當(dāng)作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段：式中：I，危險(xiǎn)截面的慣性距，I=лd41/64；l，蝸桿兩端支承間的跨距；[δ]，許用最大撓度，[δ]=0.004m～0.01m。3.4蝸桿的剛度計(jì)算如果蝸桿變形過大，會(huì)影響蝸桿、蝸輪的正713.5蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)選擇與標(biāo)準(zhǔn)化狀況

（1）蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇蝸桿可以在車床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤銑刀或指形銑刀銑制。蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，要按照6-9級(jí)精度制造。（2）蝸桿傳動(dòng)減速器的標(biāo)準(zhǔn)化狀況標(biāo)準(zhǔn)化的蝸桿傳動(dòng)減速器：1）WD和WS型圓柱蝸桿減速器（JB/ZQ4390—86）2）圓弧齒圓柱蝸桿減速器（JB9147—88）3)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器（ZBJ19021—89）3.5蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)選擇與標(biāo)準(zhǔn)化狀況72WD型圓柱蝸桿減速器WD型圓柱蝸桿減速器73CWU型圓弧齒圓柱蝸桿減速器CWU型圓弧齒圓柱蝸桿減速器74（1）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)–模數(shù)m

有標(biāo)準(zhǔn)系列–齒形角α0砂輪軸截面齒形角α0=23o–齒廓圓弧半徑ρ砂輪軸截面圓弧半徑ρ=(5-6)m–變位系數(shù)x2一般推薦x2=0.5-1.5（2）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算（3）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算§4圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（1）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)§4圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)75§5普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算5.1蝸桿傳動(dòng)的效率η主要取決于計(jì)入嚙合摩擦損耗時(shí)的效率η1，當(dāng)蝸桿作主動(dòng)件時(shí)式中：γ，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角；

ρV，ρV=arctguV。一般η2η3=0.95～0.96。則

η=η1η2η3=(0.95～0.96)tanγ/tan(γ+ρV)§5普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算5.1蝸桿傳76蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度當(dāng)蝸桿傳動(dòng)在節(jié)點(diǎn)處嚙合時(shí)，蝸桿的圓周速度為v1，蝸輪的圓周速度為v2，滑動(dòng)速度vS為

v1

v2