第七章 蝸桿傳動

第七章蝸桿傳動7.1蝸桿傳動的特點和類型7.1.1蝸桿傳動的特點及應(yīng)用蝸桿傳動的特點：

1、能夠?qū)崿F(xiàn)空間交錯軸之間的傳動，通常交錯角為90°；2、單級傳動比大（一般為10～80），結(jié)構(gòu)緊湊；3、傳動平穩(wěn)，噪音小；4、可以實現(xiàn)自鎖（當(dāng)時）；5、傳動效率低，通常為70％~80％；6、成本較高。7.1.2蝸桿傳動的類型根據(jù)蝸桿的形狀不同，蝸桿傳動分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動三大類。環(huán)面、圓柱及錐蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動錐蝸桿傳動根據(jù)刀具加工位置的不同（根據(jù)垂直于蝸桿軸線剖面上的齒廓形狀），普通圓柱蝸桿分為：阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿。阿基米德蝸桿

加工時，標(biāo)準(zhǔn)齒條形車刀水平放置在蝸桿軸線平面內(nèi)；軸截面齒形為直齒齒條形齒廓；法截面齒形為外凸曲線齒廓；橫截面齒廓為阿基米德螺旋線。漸開線蝸桿可用兩把刀具加工，刀具頂面與基圓柱相切，一把刀具的刀刃高于蝸桿軸線，另一把刀具的刀刃低于蝸桿軸線；橫截面為漸開線齒廓，軸截面為凸曲線齒廓；齒廓能磨削加工，加工精度高，多用于較高速,較精密或較大功率傳動.法向直廓蝸桿車刀刀刃平面位于螺旋線的法面上；橫截面為延伸漸開線齒廓，法截面為直線齒廓；齒廓可以進(jìn)行磨削加工，多用于精密傳動。根據(jù)蝸桿的頭數(shù)不同：單頭蝸桿、雙頭蝸桿、多頭蝸桿等。7.2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸7.2.1普通圓柱阿基米德蝸桿傳動的主要參數(shù)1、蝸桿傳動的正確嚙合條件及模數(shù)m和齒形角。中間平面：通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。對于蝸桿，其為蝸桿的軸面；對于蝸輪，中間平面為蝸輪的端面蝸桿傳動的設(shè)計計算以中間平面為準(zhǔn)。蝸桿傳動中間平面主要參數(shù)關(guān)系節(jié)距與模數(shù)的關(guān)系蝸桿的導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角的關(guān)系蝸桿正確嚙合條件2、蝸桿分度圓直徑d1和導(dǎo)程角蝸桿的分度圓直徑：蝸桿上理論齒厚等于齒槽寬的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角ｑ為蝸桿的直徑系數(shù)；Z１為蝸桿的頭數(shù)；加工蝸輪的滾刀是和蝸桿尺寸參數(shù)完全相同的蝸桿滾刀。一個蝸桿對應(yīng)一個蝸桿滾刀。為了限制加工蝸輪時滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，因此對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d13、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2

蝸桿頭數(shù)：是指組成蝸桿螺紋線的數(shù)量Z1，通常取為：1，2，4,6

(若要得到大傳動比，可取Z1＝1，但此時傳動效率低；Z1越大傳動效率越高，但加工越困難。）蝸輪齒數(shù)，一般取Z2=26~80（Z2過少易根切，過多會使結(jié)構(gòu)尺寸過大，蝸桿長度增加，導(dǎo)致蝸桿剛度降低，影響嚙合精度。）傳動比：傳動比i蝸桿頭數(shù)z1蝸輪齒數(shù)z27~13428~5214~27228~5428~402、128~80>401>40蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用值4、齒面間相對滑動速度式中：d1--蝸桿分度圓直徑，mm；

n1--蝸桿的轉(zhuǎn)速，r/min；蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角。7.2.2普通圓柱蝸桿傳動的幾何計算

中心距計算公式：齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)：名稱符號蝸桿蝸輪分度圓直徑dd1d2=mz2中心距aa=（d1+d2）/2齒頂圓直徑dada1=d1+2mda2=d2+2m齒根圓直徑dfdf1=d1-2.4mdf2=d2-2.4m蝸輪最大外圓直徑de2

de2=da2+m蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2

Ra2=df1+0.2m蝸輪齒根圓弧半徑Rf2

Rf2=da1+0.2m蝸輪輪緣寬度b

z1≤3時，b≤0.75da1z1=4時，b≤0.67da1蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程角γγ=arctan（z1m/d1）

pP=πm蝸桿螺旋部分長度

Lz1=1、2時，L≥(11+0.06z2)m;z2=4時，L≥(12.5+0.09z2)m;磨削蝸桿加長量：當(dāng)m<10(mm)時，加長25（mm）當(dāng)m=10～16(mm)時，加長35～40（mm）7.3蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和材料選擇7.3.1蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效形式主要是齒面膠合、點蝕、磨損和輪齒的折斷，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。7.3.2設(shè)計準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動中，蝸輪輪齒多因齒面膠合或點蝕而失效，因此通常按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計。并進(jìn)行熱平衡計算。開式蝸桿傳動中，多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)按齒根彎曲疲勞強度進(jìn)行設(shè)計。7.3.3蝸桿和蝸輪材料的選擇對材料的要求：蝸桿和蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨性及跑和性能。蝸桿材料：蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制成，要求齒面光潔并具有較高的硬度。蝸輪材料蝸輪常用材料：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5)：減摩性、耐磨性最好，抗膠和能力最強，但是抗彎曲強度較低，價格較高，多用于m/s

的重要傳動中。鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3):有足夠的強度，價格便宜，但是耐磨性和抗膠和能力差，用于m/s

的傳動中?；诣T鐵(HT150、HT200):用于m/s的低速或手動傳動中。7.4普通圓柱蝸桿的強度計算7.4.1蝸桿傳動的運動分析和受力分析式中：T1、T2—分別為蝸桿和蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，N.mm；，i為傳動比；d1、d2—分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑——齒形角；受力方向的判定蝸輪蝸桿傳動也分為左旋和右旋，且蝸輪與蝸桿的旋向相同。確定圓周力Ft及徑向力Fr的方向的方法與外嚙合圓柱齒輪傳動相同，而軸向力Fa的方向則可根據(jù)相應(yīng)的圓周力Ft的方向來判定，即Fa1與Ft2方向相反，F(xiàn)t1與Fa2的方向相反。也可按照主動件左右手定則來判斷。7.4.2蝸桿傳動的齒面接觸強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算的校核公式為：設(shè)計公式為：式中：T2—作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩(N.mm)

K—載荷系數(shù)

—蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力常用蝸輪材料及其許用接觸應(yīng)力蝸輪材料牌號鑄造方法適用的滑動速度(m/s)許用接觸應(yīng)力[σH]滑動速度(m/s)0.5123468ZcuSn10P1砂?！?5134金屬模200ZcuSn5Pb5Zn5砂?！?2128金屬模134離心澆鑄174ZcuAl10Fe3砂模≤1025023021018016012090金屬模離心澆鑄ZcuZn38Mn2Pb2砂?！?02152001801501359575金屬模HT150砂?！?13011590－－－－HT200通常按齒面接觸疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力，即在選擇許用應(yīng)力的時，要適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因素的影響。同時，對閉式傳動要進(jìn)行熱平衡計算，必要時對蝸桿強度和剛度進(jìn)行計算。7.5蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算7.5.1蝸桿傳動的效率計算：式中：—嚙合效率—分別為軸承效率和攪油效率一般取=0.95~0.96螺紋副的效率計算蝸桿傳動的總效率在設(shè)計蝸桿傳動時，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)Z1按下表初步估計蝸桿傳動的總效率。7.5.2蝸桿傳動的潤滑潤滑的目的：提高傳動效率、降低工作溫度、減少磨損、避免膠合等。蝸桿傳動潤滑油黏度和潤滑方式：運動粘度υ滑動速度vs(m/s)≤1<1～2.5≤2.5～5>5～10>10～15>15～25>25工作條件重載重載中載－－－－

/（mm2/s）100068032022015010068潤滑方法浸油潤滑浸油或噴油潤滑壓力噴油潤滑7.5.3蝸桿傳動熱平衡計算

熱平衡：散發(fā)的熱量＝產(chǎn)生的熱量在閉式傳動中，熱量是通過箱殼散逸，轉(zhuǎn)化為熱量的摩擦耗損功率：式中：p—傳動輸入的功率(kW)η—傳動總效率

經(jīng)箱體表面散發(fā)熱量的相當(dāng)功率：式中：k—散熱系數(shù)；A—散熱面積；

t1，t2—潤滑油的工作溫度和環(huán)境溫度；達(dá)到熱平衡時：式中：[t]—允許的潤滑油工作溫度常用散熱措施如果超過溫差允許值，可采取措施，以提高其散熱能力常用措施:1、合理設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)，鑄