機械設(shè)計基礎(chǔ)第七章 蝸桿傳動

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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

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中間平面：通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。

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與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動的特點：1單級傳動比大(10~80),結(jié)構(gòu)緊湊。2傳動平穩(wěn)，噪聲小3可實現(xiàn)自鎖(蝸桿導(dǎo)程角γ當(dāng)量摩擦角ρv)4傳動效率低(η=0.7~0.8)5成本高7.1.2蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動

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環(huán)面蝸桿傳動

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圓柱蝸桿傳動

{

普通圓柱蝸桿傳動(直線刀刃加工)圓弧圓柱蝸桿傳動(凸圓弧刀刃加工)

根據(jù)齒面形狀不同，普通圓柱蝸桿分為阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿和法向直廓蝸桿阿基米德蝸桿的加工：車制阿基米德蝸桿時,刀具切削刃的平面通過蝸桿軸線。蝸桿齒形在通過蝸桿軸線的截面內(nèi)為側(cè)邊呈直線的齒條齒形,在垂直于蝸桿軸線的截面內(nèi)為阿基米德螺旋線。

ρ=aθ(a為常數(shù))

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蝸輪的加工

與蝸桿相嚙合的蝸輪一般是在滾齒機上用蝸輪滾刀切制的。滾刀形狀和尺寸必需和與被加工蝸輪相嚙合的蝸桿相當(dāng),只是滾刀外徑要比實際蝸桿大2倍頂隙。蝸輪在中間平面上的齒形是漸開線齒形。漸開線蝸桿的齒形：在垂直于蝸桿軸線的截面內(nèi)為漸開線,在通過蝸桿軸線的截面內(nèi)為凸廓曲線。阿基米德蝸桿難于磨削漸開線蝸桿和法向直廓蝸桿可以磨削

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蝸桿有左、右旋之分，常用右旋蝸桿蝸桿可分為單頭蝸桿(一條螺旋線,即Z1=1)、雙頭蝸桿(兩條螺旋線Z1=2,)和多頭蝸桿(Z1=4、6等),尋常取Z1=1、2或4。對于動力傳動，常按7、8、9級精度制造7級精度適用于υ2≤7.5m/s,8級精度適用于υ2≤3m/s,9級精度適用于υ2≤1.5m/s本章以阿基米德蝸桿傳動為例，探討普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計計算問題。7.2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸7.2.1普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)蝸桿傳動的設(shè)計計算以中間平面的參數(shù)為基準(zhǔn)

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1.模數(shù)m和壓力角α在中間平面內(nèi),蝸桿的軸面模數(shù)和壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)和壓力角分別相等,且等于標(biāo)準(zhǔn)值。

ma1=mt2=m

αa1=αt2=α標(biāo)準(zhǔn)壓力角

α=20

o

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2.蝸桿分度圓直徑d1、蝸桿導(dǎo)程角γ及蝸輪螺.旋角β蝸桿分度圓柱：齒厚與齒槽寬相等的圓柱。直徑為d1

為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，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d1

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模數(shù)m、蝸桿分度圓直徑d表7.1模數(shù)、蝸桿分度圓直徑1及m2d1值(摘自GB10085-88)md1m2d1md1m2d1118182.5(22.4)28(35.5)45140175221.92815(40)3

1.252031.2520.4353.15(28)277.835.5(45)352.55566.3(63)90(50)63

1.62051.22871.68

2(18)22.4(28)35.57289.64112142

56446.5

(31.5)

504

40

(50)8008

711136

640

m/mmd1/mmmd1/mm2

50

(80)2500444512.5

112(62)31754032

80537616

(100)6400

1408960

100012501575225010(71)16090(112)

1985

m/mmd1/mmmd1/mm23

(90)

112

(140)

200(112)140

(180)

250

1.90001120016000

14062175002187531250

28672358404608064000

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蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角(蝸桿導(dǎo)程角)γ:蝸桿導(dǎo)程角蝸桿分度圓柱螺旋線上任一點的切線與垂直于蝸桿軸線的平面之間所夾的銳角

tgγ=z1Pa1/πd1=z1m/d1

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當(dāng)兩軸的交織角為900時：γ=β2正確嚙合條件

ma1=mt2=m

αa1=αt2=α

γ=β2

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3傳動比i、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2n1Z2傳動比i==n2Z1蝸桿頭數(shù)Z1:Z1,易自鎖，i大，效率低。Z1過多加工困難蝸桿頭數(shù)Z1尋常取為：1,2,4,6蝸輪齒數(shù)Z2=iZ1,一般取Z2=26~80蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用值傳動比i=z2/z1蝸桿頭數(shù)z1蝸輪齒數(shù)5~6630~367~13428~5214~27228~5428~401,228~80401

z2

i

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4齒面間相對滑動速度υs相對滑動速度沿蝸桿輪齒螺旋線方向υ122υs=υ1+υ2=cosγπd1n1=601000cosγ當(dāng)潤滑、散熱等條件不良時,會使齒面產(chǎn)生磨損和膠合；

υs大，

而當(dāng)具備良好的潤滑條件、特別是能形成油膜時,υs大有助于形成油膜,減少摩擦、磨損,提高傳動效率和承載能力。

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5中心距a中心距計算公式

a=(d1+d2)/2≠m(z1+z2)/27.2.2普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算

h=1*a

c=0.2*

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名稱分度圓直徑中心距齒頂圓直徑齒根圓直徑蝸輪最大外圓直徑蝸輪齒頂圓弧半徑蝸輪齒根圓弧半徑蝸輪輪緣寬度蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程角

符號dadadfde2Ra2Rf2bγp

蝸桿d1a=(d1+d2)/2da1=d1+2mdf1=d1-2.4m

蝸輪d2=mz2

喉圓da2=d2+2mdf2=d2-2.4mde2=da2+(1~2)mRa2=df1/2+0.2mRf2=da1/2+0.2mz1≤3時，b≤0.75da1z1=4時，b≤0.67da1

γ=arctan(z1m/d1)P=πmz1=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)m10(mm)時，加長25(mm)當(dāng)m=10~16(mm)時，加長35~40(mm)

蝸桿螺旋部分長度

L

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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、磨損和輪齒折斷，而且失效尋常發(fā)生在蝸輪輪齒上。由于相對滑動速度大，膠合和磨損比齒輪更簡單發(fā)生。

7.3.1設(shè)計準(zhǔn)則對閉式傳動其主要失效形式為點蝕、膠合和磨損，但由于目前對膠合和磨損的計算還缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù),且膠合和磨損與齒面接觸應(yīng)力有關(guān)，因此,尋常按齒面接觸疲乏強度條件計算蝸桿傳動的承載能力。并進(jìn)行熱平衡計算,必要時要對蝸桿軸進(jìn)行強度和剛度計算。一般不需計算蝸輪輪齒的彎曲強

度。

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開式蝸桿傳動中，多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此只按齒根彎曲疲乏強度進(jìn)行設(shè)計。7.3.3蝸桿和蝸輪材料的選擇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、易跑和及抗膠合性能。蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制成，要求齒面光亮并具有較高的硬度。對于高速重載:蝸桿常用淬火熱處理，得到硬齒面一般狀況：蝸桿用碳素鋼調(diào)質(zhì)處理，得到軟齒面。在低速或手搖傳動中，蝸桿也可不經(jīng)熱處理。

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蝸輪材料：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵鑄造錫磷青銅(ZCuSn10P1):減摩性、耐磨性最好，抗膠合能力最強