第十二章蝸桿傳動

第十二章蝸桿傳動12.1蝸桿傳動的類型、特點、參數(shù)和尺寸12.2蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和常用材料12.3蝸桿傳動受力分析及強度計算

12.4蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算12.5蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容一、蝸桿傳動的組成第一節(jié)概述

二、蝸桿傳動的類型按蝸桿形狀分類：圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動

錐蝸桿傳動

按螺旋面的形狀分

按螺旋線的方向分阿基米德蝸桿漸開線蝸桿三、蝸桿傳動的特點1、傳動比大(單級蝸桿傳動比i=5～80)、結(jié)構(gòu)緊湊；2、傳動平穩(wěn)、噪聲低；連續(xù)不斷嚙合3、能實現(xiàn)自鎖(蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角)；4、傳動效率低、發(fā)熱大；5、成本高。中間平面第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸一、主要參數(shù)1）中間平面。該平面為蝸桿的軸面或為蝸輪的端面。2)中間平面嚙合相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。3）中間平面的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。

螺紋二、主要參數(shù)和幾何尺寸計算

1．模數(shù)和壓力角

2.蝸桿頭數(shù)（齒數(shù)），蝸輪齒數(shù)

3．蝸桿分度圓直徑

和導(dǎo)程角

4．傳動比

5．中心距a

由于在中間平面上蝸桿傳動相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的傳動，所以蝸桿傳動的計算，以中間平面的參數(shù)為準(zhǔn)，并直接應(yīng)用齒輪傳動的幾何關(guān)系進(jìn)行幾何計算。1．模數(shù)和壓力角

2.蝸桿頭數(shù)（齒數(shù)），蝸輪齒數(shù)由傳動比并考慮效率來選定。一般為=1~4。①傳遞運動，要求傳動比大，取小值。②傳遞動力，取大值，傳動效率和承載能力高；太多，蝸桿加工困難。蝸輪齒數(shù)應(yīng)根據(jù)傳動比和選取。不宜大于80。3．蝸桿分度圓直徑

和導(dǎo)程角為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并有利于標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定了蝸桿分度圓直徑的系列值，即將蝸桿直徑系數(shù)、d1標(biāo)準(zhǔn)化。是導(dǎo)出值d1

=q

m≠z1m5．中心距a

蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距為

4．傳動比

圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸9表12-3蝸桿傳動的幾何尺寸計算標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高分度圓直徑蝸輪蝸桿計算公式符號名稱二、正確嚙合條件正確嚙合條件為：第三節(jié)蝸桿傳動的受力分析式中：T1、T2分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。計算Fr，按照齒條分析&ft2=fa1圓柱蝸桿傳動的受力分析3力對應(yīng)關(guān)系：

當(dāng)兩軸交錯角為90°時，各力的對應(yīng)關(guān)系為：

Ft1=-Fa2，F(xiàn)a1=-Ft2，F(xiàn)r1=-Fr2練習(xí)右旋求蝸桿的旋向？Fa1Ft1n1求蝸桿的轉(zhuǎn)向？n1要把中間軸上的軸向力抵消一部分，蝸桿的旋向?左重物提升裝置一、滑動速度式中，為蝸桿的節(jié)圓直徑(mm)；為蝸桿轉(zhuǎn)速(r／min)；為蝸桿的導(dǎo)程角。第四節(jié)蝸桿傳動的相對滑動速度和效率二、蝸桿傳動效率表12-9當(dāng)量摩擦系數(shù)f’和當(dāng)量摩擦角ρ’蝸輪材料錫青銅無錫青銅蝸桿齒面硬度HRC>45其他情況HRC>45滑動速度vsm/sf’ρ’

f’ρ’

f’ρ’

0.010.116.28?0.126.84?0.1810.2?

0.100.084.57?0.095.14?0.137.4?

0.500.0553.15?0.0653.72?0.095.14?

1.000.0452.58?0.0553.15?0.074?

2.000.0352?0.0452.58?0.0553.15?

3.000.0281.6?0.0352?0.0452.58?

4.000.0241.37?0.0311.78?0.042.29?

5.000.0221.26?0.0291.66?0.0352?

8.000.0181.03?0.0261.49?0.031.72?

10.00.0160.92?0.0241.37?

15.00.0140.8?0.0201.15?

24.00.0130.74?γ↑→

η↑→對動力傳動，宜采用多頭蝸桿→蝸桿加工困難γ過大當(dāng)γ>28?

時，效率η增加很少。當(dāng)γ≤

ρ’

時，蝸桿具有自鎖性，但效率η很低。分析：工程上常用以下估計值。閉式傳動：z1=1η=0.70~0.75z1=2η=0.75~0.82z1=4η=0.87~0.92z1=1、2η=0.60~0.70開式傳動：一、失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和材料選擇1．失效形式

由于蝸桿傳動齒面間相對滑動速度大，發(fā)熱量大，其失效形式主要是齒面膠合，其次是點蝕、斷齒、磨損和塑性變形等。第五節(jié)蝸桿傳動的設(shè)計通常只計算蝸輪的齒根彎曲疲勞強度。閉式傳動：開式傳動：按蝸輪的齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強度，并進(jìn)行熱平衡計算。2.設(shè)計準(zhǔn)則

3．蝸桿、蝸輪常用材料：

原則：具有一定強度，良好的耐磨性和抗膠合的性能。

高速重載蝸桿：20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火56~62HRC)

或40Cr42SiMn45(表面淬火45~55HRC)一般蝸桿：4045鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為220~250HBS)蝸輪材料：vS>12m/s時→ZCuSn10P1錫青銅制造。vS<12m/s時→ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅vS≤6m/s時→ZCuAl10Fe3鋁青銅。vS<2m/s時→球墨鑄鐵、灰鑄鐵。

二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)

1.蝸桿結(jié)構(gòu)2.蝸輪結(jié)構(gòu)

螺釘聯(lián)接式螺栓聯(lián)接式整體澆鑄式輪箍式或拼鑄式三、蝸輪輪齒的強度計算

設(shè)計公式為：蝸桿傳動輪齒齒面接觸強度條件為：m、d1應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值確定。表12-5錫青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σH]蝸輪材料鑄造方法適用的滑動速度蝸桿齒面硬度10-1錫青銅5-5-5錫青銅砂型≤12180200金屬型≤12135150Vsm/sHBS≤350HRC≥45金屬型≤25200220砂型≤10110125當(dāng)蝸輪采用錫青銅制造時，蝸輪的損壞形式主要是疲勞點蝕，其許用的接觸應(yīng)力如下表：當(dāng)蝸輪采用無錫青銅或鑄鐵制造時，蝸輪的損壞形式主要是膠合。其許用的接觸應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料組合和滑動速度來確定。表12-6鋁青銅及鑄鐵蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σH]Mpa蝸輪材料蝸桿材料滑動速度vsm/s10-3鋁青銅HT150淬火鋼*滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼0.52501301101230115902109070180——160——120——2346890——*蝸桿未經(jīng)淬火時需將表中[σH]值降低20%。HT150、HT200四、潤滑方式選擇

1.目的

潤滑是減少摩擦磨損最有效的手段。還可用潤滑油進(jìn)行冷卻，以保證正常油溫和粘度。若潤滑不良，→效率顯著降低↓→早期膠合或磨損潤滑對蝸桿傳動而言，至關(guān)重要。2.方式蝸桿傳動所采用的潤滑油、潤滑方式及潤滑裝置與齒輪傳動類似。潤滑方式的選擇：當(dāng)vs≤5~10m/s時，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深；當(dāng)vs>10~15m/s時，采用壓力噴油潤滑。當(dāng)v1>4m/s時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)；五、熱平衡計算

1.熱平衡計算目的：控制油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)（由于蝸桿傳動效率低、發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)油溫升高，潤滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合）。熱平衡：在單位時間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量=散發(fā)的熱量。2.提高散熱能力的措施：

①增加散熱面積：例如，在箱體外壁合理設(shè)計并鑄出或焊上散熱筋片；②提高