第11章 蝸桿傳動(dòng)

蝸桿傳動(dòng)

第十一節(jié)蝸桿傳動(dòng)一、蝸桿傳動(dòng)的類型及特點(diǎn)

蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞空間兩交錯(cuò)軸間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，一般兩軸的交錯(cuò)角Σ=90°。

蝸桿傳動(dòng)通常為蝸桿作主動(dòng)件的減速傳動(dòng)。1．蝸桿傳動(dòng)的類型阿基米德蝸桿法面直廓蝸桿

圓柱蝸桿普通圓柱蝸桿漸開線蝸桿錐面包絡(luò)蝸桿圓弧圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

蝸桿沿軸線的形狀是以凹圓弧為母線的旋轉(zhuǎn)曲面。嚙合時(shí)蝸桿包著蝸輪，蝸輪也包著蝸桿，同時(shí)嚙合齒對(duì)多，承載能力高，約為阿基米德蝸桿傳動(dòng)的2~4倍。錐蝸桿傳動(dòng)

蝸桿為截錐體，在節(jié)錐上分布有等導(dǎo)程的螺旋齒。同時(shí)接觸點(diǎn)多，重合度大，承載能力高。側(cè)隙便于控制和調(diào)整。可做離合器用。

本章只介紹普通圓柱蝸桿傳動(dòng)。3．蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

①

結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大（動(dòng)力傳動(dòng)時(shí)i=7～80，分度傳動(dòng)時(shí)，i可達(dá)1000）；②

傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；

③當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自鎖。缺點(diǎn)：

①

由于蝸桿傳動(dòng)為交錯(cuò)軸傳動(dòng)，其齒面相對(duì)滑動(dòng)速度

大（圖9-42），摩擦、磨損大，發(fā)熱大，傳動(dòng)效率低，不宜用于大功率（一般不超過(guò)100kW）長(zhǎng)期連續(xù)工作的場(chǎng)合；②需要貴重金屬（如青銅）來(lái)制造蝸輪齒圈，成本高等。

蝸桿傳動(dòng)廣泛用于各種機(jī)械、冶金、石油、礦山及起重設(shè)備中。二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算1．蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)

通過(guò)蝸桿的軸線作垂直于蝸輪軸線的平面，稱為蝸桿傳動(dòng)的中間平面。在中間平面內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)，故蝸桿傳動(dòng)中間平面的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)a）中間平面圖b）中間平面上蝸桿齒形（1）模數(shù)、壓力角和正確嚙合條件（2）蝸桿分度圓直徑

d1

為限制加工蝸輪刀具的數(shù)量和便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定對(duì)于同一模數(shù)只有幾個(gè)對(duì)應(yīng)的蝸桿分度圓直徑，見(jiàn)表9-14。（3）蝸桿導(dǎo)程角

γ

導(dǎo)程角小，傳動(dòng)效率低，當(dāng)γ<ρν時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性能。正確嚙合條件（4）傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2蝸桿頭數(shù)z1

z2=iz1。為保證蝸輪輪齒不發(fā)生根切、蝸桿傳動(dòng)平穩(wěn)和有較高效率，z2≥28。z2越大，蝸輪尺寸越大，蝸桿越長(zhǎng)，致使蝸桿剛度降低，動(dòng)力傳動(dòng)，一般限制z2≤82。z1=1、2、4、6注意：傳動(dòng)比z1小，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率低；z1大，傳動(dòng)效率高，但導(dǎo)程角大，制造困難。通常z1取值為1、2、4、6。z1可根據(jù)傳動(dòng)比按表11-1選取。蝸輪齒數(shù)z22.幾何尺寸計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要幾何尺寸計(jì)算公式見(jiàn)表11-2。正確嚙合條件：傳動(dòng)比中心距三、蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度相對(duì)滑動(dòng)速度vs

由于材料、輪齒結(jié)構(gòu)等因素，蝸桿螺旋齒的強(qiáng)度比蝸輪輪齒的強(qiáng)度高，因此，蝸桿傳動(dòng)失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上，故一般只對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。1．蝸桿傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

閉式傳動(dòng)中，蝸桿副主要失效為齒面膠合和點(diǎn)蝕。通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。由于閉式傳動(dòng)散熱比較困難，還需作熱平衡計(jì)算。

開式傳動(dòng)中，蝸桿副主要失效為齒面磨損和輪齒折斷。只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。2

．蝸桿傳動(dòng)的材料及其選擇

根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的失效形式，要求蝸桿和蝸輪的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性能。（1）蝸桿

蝸桿一般采用碳鋼或合金鋼制造。對(duì)于高速重載蝸桿常用20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火至58~63HRC；或者采用45、40Cr等表面淬火至40~55HRC；不太重要的蝸桿，可采用40或45鋼等，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理至220~250HBW。蝸輪一般采用青銅或鑄鐵制造。對(duì)滑動(dòng)速度vs≥3m/s的重要傳動(dòng)，可采用耐磨性好的鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等；對(duì)滑動(dòng)速度vs≤3m/s的傳動(dòng)，采用耐磨性稍差，價(jià)格便宜的鑄鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3）；對(duì)于滑動(dòng)速度vs＜2m/s，要求不高時(shí)，可采用灰鑄鐵（HT150、HT200）。（2）蝸輪4．蝸桿傳動(dòng)的受力分析大小方向圓周力與相反軸向力左右手螺旋徑向力指向輪心4．蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

將蝸桿傳動(dòng)在中間平面的嚙合近似看成斜齒條與斜齒輪的嚙合。根據(jù)赫茲公式，仿照斜齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算并考慮蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)。鋼蝸桿配青銅或鑄鐵蝸輪時(shí)：校核公式：設(shè)計(jì)公式：

求出m2d1后，由表11-1確定m和d1,應(yīng)使表中的m2d1大于計(jì)算值。m/mm11.251.622.5d1/mm182022.42028(18)22.4(28)35.5(22.4)28(35.5)45m2d1/mm31831.253551.271.687289.6112142140175221.9281m/mm3.1545d1/mm(28)35.5(45)56(31.5)40(50)71(40)50(63)90m2d1/mm3277.8352.2446.555650464080011361000125015752250m/mm6.3810d1/mm(50)63(80)112(63)80(100)140(71)90(112)160m2d1/mm319582500317544454032537664008960710090001120016000m/mm12.51620d1/mm(90)112(140)200(112)140(180)250(140)160(224)315m2d1/mm31406217500218753125028672358404608064000560006400089600126000表11-2蝸桿傳動(dòng)的m、d1與m2d1值

（2）蝸輪齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度

由蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算和熱平衡計(jì)算所限定的承載能力，通常都能滿足蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，因此，只有在受強(qiáng)烈沖擊、振動(dòng)時(shí)，才考慮蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度。四、蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算1．傳動(dòng)效率—嚙合效率，按螺旋副的效率公式計(jì)算。當(dāng)量摩擦角；軸承效率：攪油效率：

蝸桿傳動(dòng)效率較低，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)必須計(jì)入傳動(dòng)效率η，在設(shè)計(jì)之初根據(jù)蝸桿頭數(shù)由表11-5先初估效率代入公式計(jì)算。設(shè)計(jì)后再驗(yàn)算效率，當(dāng)與初估值相差較大時(shí)，應(yīng)修改設(shè)計(jì)。2．蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑（1）目的：降低溫升，避免膠合和減少磨損，提高傳動(dòng)的效率、承載能力和壽命（2）潤(rùn)滑方法：取決于Vs和工作條件。蝸桿頭數(shù)1246總效率0.70.80.90.95滑動(dòng)速度(m/s)<1至2.5至55~1010~1515~25>25工作條件重重中潤(rùn)滑方法浸油潤(rùn)滑浸油或噴油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑3．蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算

對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)，為防止溫升過(guò)高，導(dǎo)致磨擦損耗過(guò)大或膠合破壞，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算。傳動(dòng)時(shí)損耗的功率P1—輸入功率

在自然通風(fēng)條件下，由箱體表面所散發(fā)熱量的折合功率。

熱平衡條件：—散熱系數(shù)：通常取A—箱體散熱面積［Δt］—溫差允許值，一般為60~700C。潤(rùn)滑油的溫差

Δt

若計(jì)算溫差超過(guò)允許值，可采取下列措施來(lái)改善散熱條件。（1）在箱體上加散熱片以增大散熱面積；（2）在蝸桿軸上裝風(fēng)扇進(jìn)行吹風(fēng)冷卻；（3）在箱體油池內(nèi)設(shè)蛇形冷卻水管，用循環(huán)水冷卻；（4）用循環(huán)油冷卻。五、蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)1．蝸桿結(jié)構(gòu)

蝸桿一般與軸做成一體，稱為蝸桿軸，僅在

df1/d≥1.7時(shí)，才采用蝸桿齒圈與軸裝配的方式。

銑制蝸桿車制蝸桿車制蝸桿：軸徑d=df1－（2～4）mm銑制蝸桿：軸徑df1可大于d2．蝸輪的結(jié)構(gòu)（1）整體式