第十二章蝸桿傳動

第十二章蝸桿傳動§12—1蝸桿傳動的類型及特點

蝸桿傳動是一種在空間交錯軸間傳遞運動的機構(gòu)(交錯角一般為90)。由主動件蝸桿和從動件蝸輪組成蝸桿的形狀象個圓柱形螺紋的螺桿蝸桿的旋向：右旋蝸桿和左旋蝸桿（一般為右旋）蝸桿的頭數(shù)：單頭蝸桿(蝸桿上只有一條螺旋線，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒)雙頭蝸桿(蝸桿上有兩條螺旋線，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個齒)依此類推，設(shè)蝸桿頭數(shù)為（一般z1

），蝸輪齒數(shù)為z2

、則傳動比i為：

蝸輪形狀象斜齒輪，只是它的輪齒沿齒長方向又彎曲成圓弧形，以便與蝸桿更好地嚙合。圓柱面蝸桿傳動

一、蝸桿傳動的特點二、蝸桿傳動的類型1.按蝸桿形狀:其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。阿基米德蝸桿（ZA）漸開線蝸桿(ZI)法向直廓蝸桿(ZN)錐面包絡(luò)蝸桿(ZK)圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動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，這種蝸桿同時嚙合齒數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大(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3.按工作條件:閉式,開式,半開半閉圓弧圓柱蝸桿的軸向齒廓為凹圓弧形，相配蝸輪的齒廓為凸圓弧形。在中間平面內(nèi)，蝸桿與蝸輪間形成凹凸齒廓嚙合。圓弧圓柱蝸桿傳動具有效率高（達90以上），承載能力大（約為普通圓柱蝸桿傳動的1.5—

2.5倍），傳動的比范圍大，體積小等優(yōu)點，適用于高速重載傳動，有逐漸取代普通圓柱蝸桿傳動的趨勢。

圓柱面蝸桿傳動

環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動§12—2蝸桿傳動的基本參數(shù)及幾何尺寸一、蝸桿傳動主要參數(shù)1.模數(shù)和壓力角中間平面:通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面為中間平面(蝸桿軸面,蝸輪端面)

蝸桿傳動的設(shè)計計算都是以中間平面內(nèi)的參數(shù)和幾何關(guān)系為標準。在中間平面上，蝸輪與蝸桿的嚙合相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。

正確嚙合條件ma1=mt2=mαa1=αt2=200γ=β2、導(dǎo)程角

在m和d1為標準值時，z1↑→γ↑γ越大傳動效率越高，傳遞動力時要求效率高γ=15°-30°且應(yīng)采用多頭蝸桿γ越小傳動效率越低,要求反行程自鎖時γ<=3°30'3、傳動比I,蝸桿的頭數(shù)z1,,蝸輪齒數(shù)z2較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)過多時不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。(蝸桿頭數(shù)與傳動效率關(guān)系)蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即z2=iz1。z2不宜太?。ㄈ鐉2>28)，否則將使傳動平穩(wěn)性變差。z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。

（Z1與Z2的薦用值表）a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)

5.中心距4、蝸桿的分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q

由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，蝸桿的尺寸參數(shù)與加工蝸輪的蝸輪滾刀尺寸參數(shù)相同，為了限制滾刀的數(shù)目及便于滾刀的標準化，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數(shù)m的比值(q=d1

／m)稱為蝸桿的直徑系數(shù)。q=d1/mq稱為蝸桿的直徑系數(shù)d1=mqq值越小，即蝸桿直徑d1

越小，則升高γ越大，傳動效率越高，但直徑d1

變小會導(dǎo)致蝸桿的剛度和強度削弱，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。二.蝸桿傳動的幾何尺寸d1=mq

d2=mZ2

ha1=ha2=ha*m=m

hf1=hf2=(ha*+c*)m=1.2mda1=d1+2ha1=(q+2)mda2=d2+2ha2=(z2+2)mdf1=d1-2hf1=(q-2.4)mdf2=d2-2hf2=(z2-2.4)ma=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)§12—3蝸桿傳動的失效形式，材料和結(jié)構(gòu)一、齒面間滑動速度VS

較大的VS引起：1、易發(fā)生齒面磨損和膠合2、如潤滑條件良好（形成油膜條件）則較大的VS則有助于形成潤滑油膜，減少摩擦、磨損，提高傳動效率

、

分別為蝸桿、蝸輪在節(jié)點C的速度γ為蝸桿導(dǎo)程角二、蝸桿傳動的失效形式及計算準則

1、蝸桿傳動的失效形式（主要是蝸輪失效）閉式傳動：膠合點蝕開式傳動：磨損按齒面接觸疲勞強度設(shè)計校核齒根彎曲疲勞強度計算熱平衡2、蝸桿傳動的強度計算準則

閉式傳動：開式傳動:齒根彎曲疲勞強度計算三、蝸桿、蝸輪的常用材料要求：1）足夠的強度；2）良好的減摩、耐磨性；3）良好的抗膠合性；因此常采用青銅作蝸輪齒圈，與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配。蝸桿常用材料為碳素鋼和合金鋼，要求齒面光潔并且有較高硬度。一般蝸桿可采用45，40等碳素鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～250HBS。對高速重載的蝸桿常用20Cr，20crMnTi，滲碳淬火到56～62HRc；或40r，38SiMnMo，表面淬火到45～55HRC，并應(yīng)磨削。蝸輪常用材料為青銅和鑄鐵。鑄造錫青銅，如zCuSnl0P1，zcuSn5Pb5Zn5，抗膠合，耐磨性能好，易切削加工，但價格貴，一般用于高速(v<25m／s)重要場合。鋁鐵青銅，如zCuA1l0Fe3，具有足夠強度，并耐沖擊，價格也低，但切削性能和抗膠合性能較差，故不適于高速，常用于Vs<=6m/s場合?；诣T鐵主要用于低速、輕載的場合。四、蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。

無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。

有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度較前一種差。1、蝸桿的結(jié)構(gòu)2、蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當蝸輪直徑較大時，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪§12—4蝸桿傳動的強度計算

一、蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相同，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。蝸桿傳動受力方向判斷Ft——主反從同

力的方向和蝸輪轉(zhuǎn)向的判別

Fr——指向各自的軸線

Fa1——蝸桿左右手螺旋定則

軸向力

徑向力圓周力

蝸輪轉(zhuǎn)向的判別：Fa1的反向即為蝸輪的角速度w2方向（即拇指的反方向）左手或右手：蝸桿旋向四指環(huán)繞方向：蝸桿轉(zhuǎn)向拇指指向：蝸桿所受軸向力方向☆判定蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)向：蝸桿為左旋，蝸輪轉(zhuǎn)向為順時針二、蝸桿傳動的強度計算閉式傳動蝸輪齒面接觸疲勞強度計算

按主平面內(nèi)斜齒輪與齒條嚙合進行強度計算

校核公式

設(shè)計公式

[бH]為蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力，Mpa.對于錫青銅查表7-4；對于鋁鐵青銅或鑄鐵查表7-5；T2為蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm；Z2為蝸輪齒數(shù)；K為載荷系數(shù)，用以考慮載荷集中和動載荷的影響。一般K=1.1-1.5。當蝸桿跨度大時要進行剛度計算

蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算對于閉式蝸桿傳動，輪齒彎曲折斷的情況較少出現(xiàn)，通常僅在蝸輪齒數(shù)較多(Z2>80-100)時才進行輪齒彎曲疲勞強度計算。對于開式傳動，則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度進行設(shè)計。蝸輪輪齒彎曲強度的計算方法，在此不予討論。一、蝸桿傳動的效率h1─嚙合效率；h2─軸承效率；h3─濺油效率；h1是對總效率影響最大的因素，可由下式確定：所以Z1↑→γ↑→η↑式中：ρ

－蝸桿的導(dǎo)程角；v－當量摩擦角?！?2—4蝸桿傳動的強度計算

設(shè)計時，蝸桿傳動的效率可估取為：閉式傳動：Z1=1η=0.65～0.75Z1=2η=0.75～0.82Z1=4,6η=0.82～0.92

自鎖時η＜0.5開式傳動：Z1=1,2η=0.60～0.70二、蝸桿傳動的潤滑三、蝸桿傳動熱平衡計算

潤滑油在齒面間被稀釋，加劇磨損和膠合。

效率低，發(fā)熱大，溫升高，潤滑油粘度下降原因——設(shè)蝸桿傳動功率為P1（KW）,效率為

蝸桿傳動轉(zhuǎn)化熱量所消耗的功率為：經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當功率為：

kS——箱體表面散熱系數(shù)

A——箱體散熱面積

t1——油的工作溫度

t0——環(huán)境溫度

達到熱平衡時

可得到熱平衡時的溫度

【t1】——油的許可工作溫度一般

【t1】=70o—90oa為中心距當油溫>[t1]或散熱條件不符合要求時，可采用以下措施。1.增加散熱片2.在蝸桿軸端加軸流風(fēng)扇3.在油池中安裝冷卻水管4.用循環(huán)油冷卻三.蝸桿傳動的精度等級與標記GB/T10089-1988——對蝸桿、蝸輪傳動規(guī)定了12個精度等級，1級精度最高，12級最低。

普通圓柱蝸桿傳動的精度，一般以6-9級應(yīng)用得最多。

6級精度可用于蝸輪圓周速度v>5m/s的場合；7級精度常用于v<7.5