機(jī)械設(shè)計(jì)第十一章

12023/2/31第十一章蝸桿傳動(dòng)電子科技大學(xué)凌丹機(jī)械設(shè)計(jì)2第十一章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的類型普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(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)主要內(nèi)容3蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)很大的傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)很少（z1=1～4），蝸輪齒數(shù)很多(z2=30～80)，所以蝸桿傳動(dòng)可獲得很大的傳動(dòng)比而使機(jī)構(gòu)比較緊湊。分度機(jī)構(gòu)可達(dá)300，若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。4微調(diào)機(jī)構(gòu)(Wormadjustment)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)5傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，和蝸輪齒逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合，因此與蝸輪齒的嚙合是連續(xù)的；同時(shí)嚙合的齒對(duì)較多。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)6滿足一定條件時(shí)，能實(shí)現(xiàn)自鎖分度圓柱螺旋升角當(dāng)量摩擦角用于起重設(shè)備中。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)7

摩擦和磨損嚴(yán)重，傳動(dòng)效率較低，發(fā)熱量大。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)8蝸桿傳動(dòng)的類型圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿延伸漸開線蝸桿蝸桿傳動(dòng)的類型9圓柱蝸桿傳動(dòng)----單包絡(luò)

SE(SingleEnveloping)WormGearing環(huán)面蝸桿傳動(dòng)—雙包絡(luò)DE(DoubleEnveloping)WormGearing蝸桿傳動(dòng)的類型10環(huán)面蝸桿傳動(dòng)—雙包絡(luò)DE(DoubleEnveloping)WormGearing112.按蝸桿螺旋線旋向右旋蝸桿左旋蝸桿3.按蝸桿螺旋線數(shù)雙頭蝸桿單頭蝸桿多頭蝸桿蝸桿傳動(dòng)的類型12第十一章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的類型普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(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)主要內(nèi)容13重點(diǎn)內(nèi)容：

蝸輪蝸桿的主要參數(shù)正確嚙合條件分度圓柱螺旋角的計(jì)算蝸桿直徑系數(shù)的概念普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)14中間平面：過蝸桿軸線，與蝸輪軸線垂直的平面。即：蝸桿的軸面/蝸輪的端面d1Bpde2ada2d2df2df1da1hahfh普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)15蝸桿蝸輪軸面模數(shù)ma1端面模數(shù)mt2軸面壓力角aa1端面壓力角at2蝸桿頭數(shù)z1齒數(shù)z2分度圓柱導(dǎo)程角g螺旋角b分度圓柱直徑d1蝸輪分度圓直徑d2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)161.模數(shù)m和壓力角正確嚙合條件：ma1=mt2a1=

t2=

蝸桿螺旋線與蝸輪輪齒旋向相同普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)172.蝸桿分度圓直徑d1加工蝸輪時(shí)使用蝸桿滾刀；蝸桿滾刀的尺寸即為與蝸輪正確嚙合的蝸桿的尺寸。但m一定時(shí)，由于z1和γ的變化，d1是變化的。為減少滾刀的數(shù)目及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定一定數(shù)量的分度圓直徑。分度圓直徑與模數(shù)的比值稱為直徑系數(shù)q。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)183.蝸桿頭數(shù)z1蝸桿頭數(shù)：z1=1,2,4，6。頭數(shù)少，傳動(dòng)比大，自鎖性好，傳動(dòng)效率較低。頭數(shù)過多，傳動(dòng)效率高，但加工困難。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)194.導(dǎo)程角gpaz1paz1pad1蝸桿的分度圓柱分度圓柱展開普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)20πd1lpa1γ1d1γ1多線蝸桿的分度圓柱導(dǎo)程角普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)215.傳動(dòng)比i和齒數(shù)比u傳動(dòng)比齒數(shù)比蝸桿主動(dòng)時(shí)：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)226.蝸輪齒數(shù)z2蝸輪齒數(shù)：z2=iz1,(通常28~80)，z2<17時(shí)會(huì)發(fā)生根切；z2<26時(shí)傳動(dòng)不平穩(wěn)；z2>80時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸增大，蝸桿剛度降低。i=z1/z2

z1z2≈57~1514~3029~82642129~3129~6129~6129~82普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)237.蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距a為湊中心距，經(jīng)常變位（對(duì)蝸輪進(jìn)行變位）。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)24第十一章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的類型普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(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)主要內(nèi)容25失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算26一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料1.失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效通常發(fā)生在蝸輪上。蝸輪齒面材料軟，蝸桿螺旋齒部分的強(qiáng)度高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度。27齒面點(diǎn)蝕齒面膠合閉式傳動(dòng)的主要失效形式：點(diǎn)蝕、齒面膠合一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料28開式傳動(dòng)的主要失效形式：齒面磨損、齒根折斷一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料292.計(jì)算準(zhǔn)則開式傳動(dòng)：應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開式傳動(dòng)的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。閉式傳動(dòng)：通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，而按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。此外，閉式蝸桿傳動(dòng)，由于散熱較為困難，還應(yīng)作熱平衡核算。一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料303.常用材料要求：具有足夠的強(qiáng)度，良好的磨合和耐磨性能。①蝸輪——指齒冠部分材料：減摩較好的軟材料鑄錫青銅：vs≥3m/s鋁鐵青銅：vs≤4m/s灰鑄鐵HT：vs≤2m/sZCuSn10P1ZCuAl10Fe3一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料3132②蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬面蝸桿：首選淬火→磨削調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設(shè)備時(shí)選用。表面硬度、耐磨性一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料33d1FnabcFa1Ft1Fr1a’b’enpd1Fa1Ft1Fr1pFa2Ft2Fr2p二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析34各分力方向Fr：指向各自輪心Ft蝸桿與n1反向蝸輪與n2同向Fa蝸桿：左、右手定則蝸輪：※二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析35n1n112例題二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析36n4輸出ⅢⅠⅡ1234已知：蝸桿軸Ⅰ為輸入，大錐齒輪軸Ⅱ?yàn)檩敵?，軸Ⅲ轉(zhuǎn)向如圖。試：確定各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa12.Fa3→Fa2→Ft1→n1蝸輪右旋蝸桿右旋→例題二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析37例題：圖示為蝸輪蝸桿—圓柱斜齒輪—直齒圓錐齒輪三級(jí)傳動(dòng)。已知，蝸桿為主動(dòng)，且按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖中繪出：1)各輪轉(zhuǎn)向；2)使II軸軸承所受軸向力較小時(shí)斜齒輪輪齒的旋向；3)各主動(dòng)輪嚙合點(diǎn)處的作用力的方向。二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析38解：1）在圖中畫出各輪轉(zhuǎn)向

從圖中觀察，蝸輪輪齒的旋向?yàn)橛倚?，因此，蝸桿右旋。用右手螺旋法則確定蝸輪2的轉(zhuǎn)向如圖。n2n3n4n5n6二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析392).使II軸軸承所受軸向力較小時(shí)斜齒輪輪齒的旋向；Ft1Fa2Fa3n3齒輪3右旋，齒輪4左旋二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析40例題：圖示為某起重設(shè)備的減速裝置。已知各輪齒數(shù)z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，輪1轉(zhuǎn)向如圖所示，卷筒直徑D=136mm。此時(shí)重物是上升還是下降？二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析41分析：傳動(dòng)裝置由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與一行星輪系組成。蝸桿4與行星輪系中的系桿轉(zhuǎn)速相同。

蝸桿右旋，用右手螺旋法則可以確定蝸輪的轉(zhuǎn)向。此時(shí)重物將上升。42三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1.蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算接觸系數(shù)圖11-18材料的彈性影響系數(shù)(160MPa)0.5蝸輪傳遞的扭矩載荷系數(shù)許用接觸應(yīng)力43動(dòng)載系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)使用系數(shù)表11-5v≤3m/s1.0~1.1v>3m/s1.1~1.2

載荷系數(shù)載荷平穩(wěn)1沖擊振動(dòng)1.3~1.6三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算44表11-5使用系數(shù)KA工作類型IIIIII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)起動(dòng)次數(shù)<2525-50>50起動(dòng)載荷小較大大KA11.151.2三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算45接觸系數(shù)圖11-180.20.250.300.350.40.450.50.550.63.63.22.82.42.0ZI蝸桿（ZAZNZK也適用）ZC蝸桿三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算46灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力直接查表[σ]H(MPa)材料滑動(dòng)速度vs(m/s)蝸桿蝸輪<0.250.250.5123420或20Cr滲碳，淬火，45號(hào)鋼淬火，齒面硬度大于45HRC灰鑄鐵HT20020616615012795--灰鑄鐵HT200250202182154115--鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3--25023021018016045號(hào)鋼或Q275灰鑄鐵HT15017213912510679--灰鑄鐵HT20020816815212896--三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算47鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ]H'(MPa)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度≤45HRC>45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造113135金屬模鑄造128140三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算482.蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算難于精算條件性估算彎曲強(qiáng)度主要與模數(shù)、蝸輪齒寬有關(guān)。按當(dāng)量齒數(shù)查圖11-19三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算49蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力蝸輪材料鑄造方法單側(cè)工作(r=0)雙側(cè)工作(r=-1)鑄錫青銅ZCuSn10P1砂模鑄造4029金屬模鑄造5640鑄錫青銅ZCuSnSPb5Zn5砂模鑄造2622金屬模鑄造3226鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3砂模鑄造8057金屬模鑄造9064灰鑄鐵HT150砂模鑄造4028HT200砂模鑄造483450四、蝸桿的剛度計(jì)算把蝸桿螺旋部分看做以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段。d1Fa1Ft1Fr151y——蝸桿軸的最大撓度。Ft1——蝸桿所受的圓周力。Fr1——蝸桿所受的徑向力。E——蝸桿材料的彈性模量。I——蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩。I=df14/64，df1——蝸桿齒根圓直徑。L’——蝸桿兩端支承間的跨距。初步計(jì)算時(shí)可取L’≈0.9d2

d2——蝸輪分度圓直徑。[y]——許用最大撓度。[y]=d1/1000,d1——蝸桿分度圓直徑。四、蝸桿的剛度計(jì)算52第十一章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的類型普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(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)主要內(nèi)容53一、蝸桿傳動(dòng)的效率η=η1·η2·η3

1——嚙合效率。v——當(dāng)量摩擦角——蝸桿分度圓導(dǎo)程角；2——軸承效率。3——攪油效率。一般取2.3=0.95~0.96總效率：54z1=1,z1=2,z1=4z1=6=0.7=0.8=0.9=0.95設(shè)計(jì)時(shí),可先估算總效率蝸桿傳動(dòng)總效率的計(jì)算公式55蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度齒面相對(duì)滑動(dòng)速度大。當(dāng)潤(rùn)滑和散熱不良時(shí)，易發(fā)生齒面磨損和膠合；當(dāng)潤(rùn)滑和散熱良好時(shí)，滑動(dòng)速度越大，越有利于嚙合面間油膜的形成，摩擦系數(shù)越小。5657例題1蝸輪滑車如圖所示，起重量F=10kN,蝸桿為雙頭,模數(shù)m=6.3mm,分度圓直徑d1=63mm,蝸輪齒數(shù)z2=40,卷筒直徑D=148mm，蝸桿傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv=0.1，軸承、濺油和鏈傳動(dòng)效率損失為8%，工人加在鏈上的作用力F‘=200N。試求鏈輪直徑D’，并驗(yàn)算蝸桿傳動(dòng)是否自鎖。58解題過程1.蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩2.蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩593.求鏈輪的直徑下一步要計(jì)算和h16061

62

例題2有一傳動(dòng)比i＝20的鋼制蝸桿－錫青銅蝸輪傳動(dòng)。已知蝸桿頭數(shù)z1＝2，蝸桿頂圓直徑da1＝60mm，中間平面上蝸輪頂圓直徑da2＝210mm，ha*=1，蝸桿軸轉(zhuǎn)速n1＝1124r/min，蝸桿經(jīng)滲碳淬火、磨削、拋光處理，潤(rùn)滑良好。求該傳動(dòng)的嚙合效率1

。63解題過程需要計(jì)算64解題過程65查表11-18

，根據(jù)滑動(dòng)速度材料熱處理，66此機(jī)構(gòu)能否自鎖？蝸桿機(jī)構(gòu)自鎖條件：g<jv不能自鎖。67

圖示為起重機(jī)構(gòu)的主視圖和左視圖，卷筒與蝸輪同軸。已知，主動(dòng)齒輪1的齒數(shù)z1=24，模數(shù)m=4mm，轉(zhuǎn)速n1=1470r/min，齒輪1、2的中心距a=160mm；蝸桿3的頭數(shù)z3=1，直徑系數(shù)q=16，蝸輪4的齒數(shù)z4=30，接觸面間的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv=0.03；卷筒5的直徑D=500mm,重物重量Q=3×104N。

例題368此蝸桿傳動(dòng)能否自鎖？求蝸桿傳動(dòng)的輪齒嚙合效率h1?設(shè)齒輪傳動(dòng)的效率h0=0.8，忽略軸承功率損耗及攪油功率損耗。為使重物勻速上升，需要加在主動(dòng)齒輪1上的轉(zhuǎn)矩是多少？69解（1）判斷機(jī)構(gòu)能否自鎖蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自鎖的條件：該機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)自鎖。70（2）求蝸桿傳動(dòng)的輪齒嚙合效率h1?（3）設(shè)齒輪傳動(dòng)的效率h0=0.8，忽略軸承功率損耗及攪油功率損耗。為使重物勻速上升，需要加在主動(dòng)齒輪1上的轉(zhuǎn)矩是多少？設(shè)加在齒輪1上的轉(zhuǎn)矩為T171z1=24，模數(shù)m=4mm，中心距a=160mm72例題4圖示為某起重設(shè)備的減速裝置。已知各輪齒數(shù)z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，輪1轉(zhuǎn)向如圖所示，卷筒直徑D=136mm。試求：

1)此時(shí)重物是上升還是下降；

2)設(shè)系統(tǒng)效率η=0.68,為使重物勻速上升,施加在輪1上的驅(qū)動(dòng)力矩T1=10N.m,問重物的重量是多少?73解：1)判斷此時(shí)重物是上升還是下降分析：傳動(dòng)裝置由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與一行星輪系組成。蝸桿4與行星輪系中的系桿轉(zhuǎn)速相同。

說明輪1與系桿轉(zhuǎn)向相同，可以確定蝸桿4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。74

蝸桿右旋，用右手螺旋法則可以確定蝸輪的轉(zhuǎn)向。此時(shí)重物將上升。（2）求重物的重量卷筒的扭矩752023/2/376二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑方法：77三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡由于η↓—