第八章蝸桿傳動(dòng)

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浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院胡家秀

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐剛濤教學(xué)課件編創(chuàng)制作第八章蝸桿傳動(dòng)第一節(jié)概述第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸〇第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和精度第四節(jié)蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算⊙第五節(jié)蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算第六節(jié)蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述

蝸桿傳動(dòng)是特殊的交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)（螺旋齒輪傳動(dòng)），其特殊點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1.交錯(cuò)軸的軸交角Σ=β1＋β２＝90°。2.小斜齒輪齒數(shù)很小，一般z1=(1～４），呈桿狀，因此稱為蝸桿。蝸桿螺旋角β1很大，為方便應(yīng)用時(shí)取其余角γ，稱為導(dǎo)程角。

γ角的范圍一般為3.5°～33°。3.大斜齒輪齒數(shù)可取得相對(duì)多，一般

z2≥28，其螺旋角β2很??；為改善傳動(dòng)接觸情況和便于準(zhǔn)確安裝，其齒頂制成弧形，是為蝸輪。一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的類型1.按蝸桿形狀:阿基米德蝸桿（ZA）漸開(kāi)線蝸桿(ZI)法向直廓蝸桿(ZN)錐面包絡(luò)蝸桿(ZK)圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時(shí)嚙合齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；同時(shí)嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大(10~360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。2.按輪齒旋向：左旋、右旋3.按工作條件：閉式、開(kāi)式、半開(kāi)半閉4.按蝸桿頭數(shù)：?jiǎn)晤^、多頭普通圓柱蝸桿傳動(dòng)線的法向剖面內(nèi)，端面齒廓為延伸漸開(kāi)線加工較簡(jiǎn)便，利于加工多頭蝸桿．可用砂輪磨齒。其加工精度和表面質(zhì)量容易保證，常用于機(jī)床的多頭精密蝸桿傳動(dòng)。3.漸開(kāi)線蝸桿[ZI蝸桿]，刀具切削刃平面與基圓柱相切，端面齒廓為漸開(kāi)線。制造精度、表面質(zhì)量、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)效率較高、適用于成批生產(chǎn)和大功率、高速、精密傳動(dòng)。

1.阿基米德蝸桿[ZA蝸桿]，切削刃平面通過(guò)蝸桿軸線，端面齒廓為阿基米德螺旋線，蝸桿車制簡(jiǎn)便，故傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率較低．蝸桿頭數(shù)多時(shí)車削較困難。

2.法向直廓蝸桿[ZN蝸桿]，切削刃置于齒槽中線（或齒厚中線）處螺旋圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿軸向齒廓為凹圓弧形，相配蝸輪齒廓為凸圓弧形。中間平面內(nèi)，蝸桿與蝸輪間形成凹凸齒廓嚙合。圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)具有：效率高（達(dá)90以上），承載能力大（約為普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的1.5～2.5倍），傳動(dòng)比范圍大、體積小等優(yōu)點(diǎn)。適用于高速重載傳動(dòng)，正在逐漸取代普通圓柱蝸桿傳動(dòng)。環(huán)面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與圓柱蝸桿傳動(dòng)比較，具有下列特點(diǎn)：l）輪齒間具有較好的油膜形成條件，因而抗膠合的承載能力和效率都較高；2）同時(shí)接觸的齒數(shù)較多，因而其承載能力為圓柱蝸桿傳動(dòng)的1.5～4；3）制造和安裝較復(fù)雜，對(duì)精度要求較高；4）需要考慮冷卻方法。錐面蝸桿傳動(dòng)錐面鍋桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是：1）嚙合齒數(shù)多，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高；2）蝸輪能用淬火鋼制造，可以節(jié)約有色金屬。第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸mt1=mt2=mαt1=αt2=αβ2=γ1.模數(shù)m與壓力角α以普通蝸桿傳動(dòng)為例，

GB10088—88將中間平面的蝸桿軸向模數(shù)mx1和壓力角αx1規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，因此蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件一、主要參數(shù)2.蝸桿的導(dǎo)程角γ3．蝸桿分度圓直徑d1

為了減少蝸輪滾刀數(shù)量，規(guī)定蝸桿分度圓直徑d1為標(biāo)準(zhǔn)值在蝸桿軸剛度允許的情況下，設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，要求傳動(dòng)效率高時(shí)，dl可選小值；而當(dāng)要求強(qiáng)度和剛度大時(shí)，d1選大值。4．蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動(dòng)比i蝸桿頭數(shù)z1的選擇：z1

，則傳動(dòng)效率η，加工難度增加，一般取z1=（1～4）。大傳動(dòng)比設(shè)計(jì)時(shí)用單頭蝸桿。蝸輪齒數(shù)z2的選擇：根據(jù)傳動(dòng)比i和蝸桿頭數(shù)z1決定：z2=iz1，動(dòng)力傳遞時(shí)取大值，以利平穩(wěn)性，z2不應(yīng)少于28；另一方面蝸輪齒數(shù)多，蝸輪尺寸越大，蝸桿軸越長(zhǎng)，因而剛度越小，影響蝸桿傳動(dòng)的嚙合精度，因此一般z2不大于100。蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比i=z2/z1≠d2／d1，蝸桿傳動(dòng)減速器的傳動(dòng)比公稱值已形成系列。二、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸圓柱蝸桿傳動(dòng)主要幾何尺寸的計(jì)算公式見(jiàn)表8-4。〇第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和精度一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效形式與齒輪類似，有齒面疲勞點(diǎn)蝕、膠合、磨損與輪齒折斷。與圓柱齒輪傳動(dòng)比較：

相對(duì)滑動(dòng)速度vs較大，太因而溫升高，效率低，更容易出現(xiàn)膠合和磨位磨損。在潤(rùn)滑及散熱不良時(shí)，閉式傳動(dòng)易出現(xiàn)膠合，蝸輪齒面軟，出現(xiàn)溝痕。蝸輪輪齒的磨損比齒輪傳動(dòng)嚴(yán)重。二、蝸桿蝸輪常用材料及熱處理

傳動(dòng)副材料優(yōu)化匹配:

蝸桿，鋼制，常淬硬并磨制，以提高其強(qiáng)度與剛度；蝸輪齒圈，常采用青銅（低速時(shí)用鑄鐵）。蝸桿材料選擇:(1)一般不重要的蝸桿用45鋼調(diào)質(zhì)處理。(2)高速、重載但載荷平穩(wěn)時(shí)用碳鋼、合金鋼，表面淬火處理。(3)高速、重且載荷變化大時(shí)，可采用合金鋼經(jīng)滲碳淬火處理。蝸輪材料選擇:(1)相對(duì)滑動(dòng)速度vs≤25m/s的高速重要蝸桿傳動(dòng),錫青銅。(2)vs≤10m/s的蝸桿傳動(dòng)，鑄鋁青銅。（3）vs＜2m/s的低速、輕載、不重要的蝸桿傳動(dòng)，灰鑄鐵。

三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)

按GB100089-88的規(guī)定，蝸桿傳動(dòng)的精度有12個(gè)精度等級(jí)，1級(jí)最高，12級(jí)最低。對(duì)于傳遞動(dòng)力用的蝸桿傳動(dòng)，一般可按照6～9級(jí)精度制造，6級(jí)用于蝸輪速度較高的傳動(dòng)，9級(jí)用于低速及手動(dòng)傳動(dòng)。具體可根據(jù)表8-8選取。分度機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)等要求運(yùn)動(dòng)精度高的傳動(dòng)，要按照5級(jí)或5級(jí)以上的精度制造。

第四節(jié)蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析Ft1=-Fa2=2T1/d1Fa1=-Ft2=-2T2/d2Fr1=-Fr2=-Ft2tanα——T1、T2分別為作用在蝸桿和蝸輪上的轉(zhuǎn)矩（N·mm），T2=T1iη；η為蝸桿傳動(dòng)的效率。蝸桿和蝸輪受力方向判別（左右手法則）右旋蝸桿，用右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向握住，大拇指指向即為蝸桿軸向分力Fa1的方向。左旋蝸桿，用左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向握住，大拇指指向即為蝸桿軸向分力Fa1的方向。

二、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

（一）蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)如同斜齒輪與齒條嚙合，沿用赫茲公式，得：校核公式設(shè)計(jì)公式T2為蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·mm）；K為載荷因數(shù)，一般取

K=l～1.4，當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸輪圓周速度v2≤3m/s，7級(jí)精度以上時(shí)取較小值，否則取較大值；d1、d2分別為蝸桿和蝸輪分度圓直徑（mm）；z2為蝸輪齒數(shù)；γ為蝸桿導(dǎo)程角（°），見(jiàn)表8-2；[σH]為蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力（MPa）。（一）蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

1.64KT2

校核公式

σbb=YFSYβ

≤[σbb]d1d2m

1.64KT2設(shè)計(jì)公式

m2d1≥YFS

Yβ

z2[σbb]YFS為螺旋角因數(shù)，Yβ為蝸輪復(fù)合齒形因數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)查圖6-39；d1、d2分別為蝸桿和蝸輪分度圓直徑（mm）；[σbb]為蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力（MPa），其值由表8-6查得

⊙第五節(jié)蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱

平衡計(jì)算

一、蝸桿傳動(dòng)的效率

蝸桿傳動(dòng)的效率相對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)低得多，因此提高傳動(dòng)的效率具有特別重要的意義。蝸桿傳動(dòng)總效率η的計(jì)算η1——考慮輪齒嚙合齒面間摩擦損失時(shí)的效率,η1=tanγ/

tan（γ+ρv）；η2——考慮油的攪動(dòng)和飛濺損耗時(shí)的效率；η3——考慮軸承摩擦損失時(shí)的效率。由于攪油損耗與軸承摩擦損失功率不大，一般取η2η3=0.95～0.97。η=η1η2η3

二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑

閉式蝸桿傳動(dòng)應(yīng)采用粘度高，油性好的礦物油，并適當(dāng)加些極性添加劑，保證良好的潤(rùn)滑。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)應(yīng)采用脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑，并采取措施防止灰塵、水滴浸入，否則會(huì)惡化潤(rùn)滑條件，加快磨損

三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算

計(jì)算原則：使箱體保持在一定溫度水平t1，使蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量與箱體散發(fā)的熱量達(dá)到平衡狀態(tài)。蝸桿傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱量所消耗的功率Ps＝1000（1-η）P1

箱體散發(fā)熱量的相當(dāng)功率Pc

＝KA（t1-t2）平衡時(shí)Ps＝Pc；則t1=

1000（1-η）P1/KA+

t2

≤[t1]

K為散熱系數(shù)，[W／（m2·℃）]；

A為散熱面積（m2），A=A1+0.5A2，Al指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁能被油飛濺到的箱殼面積，A2指箱體的