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§12.1蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)§12.2普通蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算§12.3蝸桿傳動的失效方式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么和資料選擇§12.4蝸桿傳動的受力分析§12.5蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算§12.6蝸桿傳動的效率及熱平衡計(jì)算第12章蝸桿傳動蝸桿傳動的特點(diǎn)蝸桿傳動廣泛運(yùn)用于各種機(jī)械設(shè)備和儀表中，常用于減速且蝸桿為自動件，軸交角為90°的場所。蝸桿傳動由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成，用于傳送空間兩交錯軸間的運(yùn)動和動力。蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)其齒面普通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外形不同。阿基米德蝸桿〔ZA型〕車刀刀刃與蝸桿軸線在同一程度線上，加工出來的蝸桿在軸剖面的齒形是直線，在法向剖面內(nèi)的齒形為曲線，垂直于軸線剖面的齒形為阿基米德螺旋線。漸開線蝸桿〔ZI型〕車刀刀刃與蝸桿的基圓柱相切，在切于基圓柱的軸向剖面Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ內(nèi)的齒形的一側(cè)為直線，在軸向剖面和法向剖面內(nèi)的齒形均為曲線，端面的齒形為漸開線。法向直廓蝸桿〔ZN型〕車刀刀刃放在蝸桿齒面的法平面內(nèi)，加工出來的蝸桿在法向剖面內(nèi)的齒形是直線，在軸剖面內(nèi)的齒形為曲線，在端面上的齒形為延伸漸開線錐面包絡(luò)圓柱蝸桿〔ZK型〕將直母線梯形圓盤銑刀的直母線放置于蝸桿齒間的法面內(nèi)，蝸桿在各個(gè)剖面內(nèi)的齒形都是曲線。圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動如下圖。蝸桿螺紋段的外形是以凹圓弧為母線所構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)曲面。該傳動同時(shí)嚙合的齒對數(shù)增多，承載才干為普通圓柱蝸桿的2～4倍，齒間光滑油膜易構(gòu)成和堅(jiān)持，效率高，體積小，壽命長，但制造、安裝復(fù)雜。蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)錐蝸桿傳動如下圖，蝸桿為一等導(dǎo)程的錐形螺紋，故稱錐蝸桿。渦輪像一個(gè)曲線齒圓錐齒輪，故稱錐輪。他們的軸線在空間交錯，交錯角通常為90°。錐蝸桿傳動的特點(diǎn)是：嚙合齒數(shù)多，重合度大，故傳動平穩(wěn)，承載才干高，渦輪能用淬火鋼制造，可節(jié)省有色金屬。蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)蝸桿傳動的精度：142頁表7-1普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算復(fù)習(xí)蝸桿傳動的滑動速度和效率第三節(jié)蝸桿傳動的滑動速度和效率一、齒面間相對滑動速度；蝸桿傳動中，在蝸桿與蝸輪齒面間會產(chǎn)生很大的滑動速度，由圖得二、蝸桿傳動的效率閉式蝸桿傳動的功率損耗包括三部分：輪齒嚙合時(shí)的摩擦損耗、軸承摩擦損耗和攪油損耗，故蝸桿傳動的總效率為式中——蝸桿傳動的嚙合效率，當(dāng)蝸桿為自動件時(shí)：〔其中為蝸桿導(dǎo)程角，為當(dāng)量摩擦角，查表7-4，147頁〕?！S承效率及攪油效率，普通取。蝸桿傳動效率主要取決于，普通隨的增大而提高，但后，提高已不明顯，而且大導(dǎo)程角的蝸桿制造困難，所以適用為。蝸桿傳動的滑動速度和效率在傳動尺寸設(shè)計(jì)出之前，為近似地設(shè)計(jì)出蝸輪受的轉(zhuǎn)矩T2，傳動效率可如下估?。何仐U頭數(shù)z11234總效率η0.700.800.850.9蝸桿傳動的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇第四節(jié)蝸桿傳動的失效方式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么蝸桿傳動齒輪的受力情況與齒輪傳動根本一樣，故蝸桿傳動的失效方式也與齒輪傳動類似。但是，由滑動速度計(jì)算公式可知，蝸桿傳動齒面間具有很大的滑動速度，同時(shí)，傳動效率低，發(fā)熱量大，因此，蝸桿傳動的主要失效方式是膠合和磨損。閉式蝸桿傳動以膠合為主要失效方式，開式蝸桿傳動主要是齒面磨損。由于目前對膠合和磨損的計(jì)算尚無成熟的方法，故仍按齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)展條件性計(jì)算，只在許用應(yīng)力數(shù)值中適當(dāng)思索膠合和磨損的影響。1.失效方式2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么對閉式蝸桿傳動，普通按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)展設(shè)計(jì)，按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)展校核，并進(jìn)展熱平衡計(jì)算，以免過高的溫升引起光滑失效，導(dǎo)致齒面膠合。對于開式渦輪傳動，通常只須按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)展設(shè)計(jì)。蝸桿通常為細(xì)長軸，過大的彎曲變形將導(dǎo)致嚙合區(qū)接觸不良，因此，當(dāng)蝸桿軸的支撐跨距較大時(shí)，應(yīng)校核其剛度能否足夠。蝸桿資料的強(qiáng)度通常比蝸輪資料高，且蝸桿齒為延續(xù)的螺旋齒，故蝸桿副的失效普通出如今蝸輪上。通常只對蝸輪進(jìn)展承載才干計(jì)算。蝸桿傳動的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇3.蝸桿和蝸輪的資料選擇蝸桿常用資料為碳鋼或合金鋼。高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。這樣可以提高外表硬度，添加耐磨性。低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。蝸輪常用資料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。根據(jù)蝸桿傳動的失效特點(diǎn)，蝸桿副資料不但應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，而且還應(yīng)具有良好的減磨性和抗膠合性能。實(shí)際證明，較理想的蝸桿副資料是磨削淬硬的鋼制蝸桿匹配青銅蝸輪。蝸桿傳動的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇蝸桿傳動的受力分析普通蝸桿傳動的承載才干計(jì)算2蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪類似，輪齒在遭到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。在不計(jì)摩擦力時(shí)，有以下關(guān)系：蝸桿傳動的受力分析在分析蝸桿和蝸輪受力方向時(shí)，必需先指明自動輪和從動輪〔普通蝸桿為自動輪〕；蝸桿或蝸輪的螺旋方向：左旋或右旋；蝸桿的轉(zhuǎn)向和位置。蝸桿與蝸輪輪齒上各方向判別如下：②徑向力的方向：由嚙合點(diǎn)分別指向各自軸心；③軸向力的方向：蝸桿自動時(shí)，蝸桿軸向力的方向由“自動輪左、右手定那么〞判別，即右旋蝸桿用右手〔左旋用左手〕，四指順著蝸桿轉(zhuǎn)動方向彎曲，大拇指指向即蝸桿軸向力的方向。蝸輪軸向力的方向與蝸桿圓周力方向相反。①圓周力的方向：自動輪圓周力與其節(jié)點(diǎn)速度方向相反，從動輪圓周力與其節(jié)點(diǎn)速度方向一樣；蝸桿傳動受力方向判別蝸桿傳動的承載才干計(jì)算一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為：適用于鋼制蝸桿對青銅或鑄鐵蝸輪渦輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為由于阿基米德蝸桿在中間平面上，相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動，而蝸輪又相當(dāng)于一個(gè)斜齒輪，所以蝸桿傳動可以近似的看做齒條與斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動。目的：防止“點(diǎn)蝕〞和“膠合〞失效。強(qiáng)度條件：≤蝸桿傳動的承載才干計(jì)算式中——載荷系數(shù)，見150頁

查表12.為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪構(gòu)造，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇蝸輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合性能好的鑄錫青銅，ZcuSn10P1，砂其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形普通蝸桿傳動的效率光滑與熱平衡2目的：防止“點(diǎn)蝕〞和“膠合〞失效。7蝸桿傳動的安裝與維護(hù)常用蝸輪的構(gòu)造方式如下：渦輪像一個(gè)曲線齒圓錐齒輪，故稱錐輪。蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)7蝸桿傳動的安裝與維護(hù)蝸桿傳動的光滑及熱平衡計(jì)算軸剖面的齒形是直線，在法向剖面內(nèi)的齒形為曲線，垂直蝸桿傳動的承載才干計(jì)算二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要準(zhǔn)確計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力比較困難，通常把蝸輪近似地看做斜齒輪來思索，進(jìn)展條件性計(jì)算。設(shè)計(jì)公式為：式中——蝸輪齒形系數(shù)，按查表7-7，153頁；蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為：蝸桿傳動的承載才干計(jì)算三、蝸桿的剛度計(jì)算通常把蝸桿螺旋部分看做以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段，進(jìn)展剛度校核。其最大撓度可按下式作近似計(jì)算。詳細(xì)見153頁普通蝸桿傳動的效率光滑與熱平衡2蝸桿傳動的光滑光滑的主要目的在于減摩與散熱。由于光滑不良時(shí)，傳動效率將顯著降低，而且會帶來猛烈的磨損和產(chǎn)生膠合的危險(xiǎn)，所以往往采用粘度大的礦物油進(jìn)展良好的光滑。在光滑油中還參與添加劑，使其提高抗膠合才干。詳細(xì)光滑方法與齒輪傳動的光滑相近。蝸桿傳動的光滑及熱平衡計(jì)算閉式蝸桿傳動的光滑油黏度及光滑方法見表7-9，154頁。開式蝸桿傳動常采用黏度較高的齒輪油或光滑脂。光滑油量光滑油量的選擇既要思索充分的光滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。對于下置蝸桿傳動，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。光滑油粘度及給油方式普通根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進(jìn)展選擇。給油方法包括：油池潤滑、噴油光滑等，假設(shè)采用噴油光滑，噴油嘴要對準(zhǔn)蝸桿嚙入端，蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)，兩邊都要裝有噴油嘴。而且要控制一定的油壓，12.6.2蝸桿傳動的熱平衡計(jì)算由于傳動效率較低，對于長期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動，會產(chǎn)生較大的熱量。假設(shè)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，那么系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會破壞潤滑形狀，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：自然冷卻從箱壁散去的熱量為：Ks——箱體外表的散熱系數(shù)，沒有循環(huán)空氣流動時(shí)可取Ks＝(8.15~10.5)W/(m2?K)；通風(fēng)良好時(shí)Ks＝(14~17.45)A——箱體的可散熱面積(m2)；t1——光滑油的任務(wù)溫度(℃)；t0——環(huán)境溫度(℃)。普通取20度在熱平衡條件下可得：可用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算，普通限制在60~70℃，最高不超越90℃蝸桿傳動的光滑及熱平衡計(jì)算W/(m2?K)假設(shè)t1超越允許值，必需采用以下措施以提高散熱才干。蝸桿傳動的光滑及熱平衡計(jì)算冷卻水管動畫演示壓力噴油動畫演示12.2.3蝸桿、蝸輪的構(gòu)造1.蝸桿的構(gòu)造蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制造。無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的方法?！矂赢嬔菔尽秤型说恫郏菪糠挚捎密囍?，也可用銑制加工，但該構(gòu)造的剛度較前一種差。〔動畫演示〕12.2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸2.蝸輪的構(gòu)造為了減摩的需求，蝸輪通常要用青銅制造。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪構(gòu)造，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的構(gòu)造方式如下：整體式蝸輪齒圈式蝸輪鑲鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪觀看蝸輪照片12.2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動的跑和和試運(yùn)轉(zhuǎn)蝸桿傳動安裝蝸桿傳動安裝要求精度高。應(yīng)使蝸輪的中間平面經(jīng)過蝸桿的軸線。如右圖所示。為保證傳動的正確嚙合，任務(wù)時(shí)蝸輪的中間平面不允許有軸向挪動，因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式。蝸桿傳動的維護(hù)很重要，又留意周圍的通風(fēng)散熱情況。12.7蝸桿傳動的安裝與維護(hù)蝸桿傳動裝配后，須經(jīng)跑合，以使齒面接觸良好。跑合時(shí)采用低速運(yùn)轉(zhuǎn)，通常r/min,逐漸加載至額定載荷，跑合1～5h。假設(shè)發(fā)現(xiàn)蝸桿齒面上粘有青銅，應(yīng)立刻停車，用細(xì)砂紙打去，在繼續(xù)跑合。跑合好后，應(yīng)清洗全部零件，換新光滑油，并應(yīng)把此時(shí)蝸輪相對于蝸桿的軸向位置打上印記，便于以后裝拆時(shí)配對和調(diào)整到位。新機(jī)試車時(shí)，先空載運(yùn)轉(zhuǎn)，然后逐漸加載至額定載荷，察看齒面嚙合、軸承密封及溫升等情況。

例題12.1設(shè)計(jì)一運(yùn)輸機(jī)的閉式蝸桿傳動。蝸桿輸入功率，蝸桿的轉(zhuǎn)速，傳動比，載荷平穩(wěn)，單向回轉(zhuǎn)，，通風(fēng)良好。預(yù)期運(yùn)用壽命15000h，估計(jì)散熱面積解：〔1〕選擇資料并確定許用應(yīng)力蝸桿：由于功率不大，采用45鋼外表淬火，硬度>45HRC。蝸輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合性能好的鑄錫青銅，ZcuSn10P1，砂模鑄造。查表12.6，蝸輪資料的根本許用接觸應(yīng)力為查表12.8，蝸輪資料的根本許用彎曲應(yīng)力為12.7蝸桿傳動的安裝與維護(hù)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N〔蝸輪轉(zhuǎn)速〕計(jì)算壽命系數(shù)計(jì)算許用應(yīng)力：12.7蝸桿傳動的安裝與維護(hù)〔2〕確定蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)由表12.1，根據(jù)傳動比i值取〔3〕計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩取〔4〕按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算取載荷系數(shù)由式〔12.10〕得12.7蝸桿傳動的安裝與維護(hù)查表12.2，按選取得m=8，q=10