第11章蝸桿傳動

第11章蝸桿傳動11.1蝸桿傳動的類型及特點11.2圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)11.3蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)11.4蝸桿傳動受力分析和強度計算11.5蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡 計算11.6普通圓柱蝸桿傳動的精度等級選擇及其安裝和維護11.7常用各類齒輪傳動的選擇11.1蝸桿傳動的類型、及

特點一、構(gòu)成二、分類（1）圓柱蝸桿傳動蝸桿是圓柱形的,其蝸桿又有幾種型式.阿基米德蝸桿漸開線蝸桿*法面直廓蝸桿*錐面包絡(luò)圓柱蝸桿*圓弧圓柱蝸桿傳動*（2）環(huán)面蝸桿傳動*（3）錐蝸桿傳動三、特點下一節(jié)一、構(gòu)成由蝸桿、蝸輪組成，用于傳遞空間交錯軸之間的運動和動力。通常用的是交錯角為90度的減速運動,這時需以蝸桿為原動件.二、分類按蝸桿形狀不同可分為三類：阿基米德蝸桿其加工方法與普通螺紋相似，應(yīng)使刀刃頂平面通過蝸桿軸線優(yōu)點：通常在無須磨削加工的情況下廣泛使用。缺點：精度不高應(yīng)用：低速輕載或不太重要的傳動。漸開線蝸桿可用兩把直線刀刃的車刀在車床上加工，兩把刀分別切出左右側(cè)螺旋面，或也可用滾刀，并在專用機床上磨削。制造精度較高，利于成批生產(chǎn)，適用于功率較大的高速傳動。

法面直廓蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿傳動:

其端面齒廓為凹圓弧

（2）環(huán)面蝸桿傳動（3）錐蝸桿傳動三、特點優(yōu)點1、傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；在傳遞動力中，單級蝸桿傳動比在傳遞運動中，如某些分度機構(gòu)和儀表中，單級傳動比可達(dá)1000；2、傳動平穩(wěn)，噪音小；3、可以實現(xiàn)自鎖；當(dāng)導(dǎo)程角小于齒面的當(dāng)量摩擦角；缺點：1、傳動效率低嚙合齒面相對滑動速度較大，磨擦損失較大，所以不宜用于大功率傳動。2、蝸輪常用貴重的減磨材料制造，成本較高。返回下一節(jié)11.2圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)一、蝸桿傳動的主要參數(shù)1、模數(shù)m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。在中間平面內(nèi)蝸桿傳動的嚙合如同齒條和齒輪的嚙合一樣。因此在設(shè)計時，常取中間平面上的參數(shù)（如模數(shù)和壓力角）和尺寸作為計算基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動的計算關(guān)系。正確嚙合條件在中間平面內(nèi)，（模數(shù)和壓力角均取標(biāo)準(zhǔn)值）蝸桿的軸向模數(shù)和蝸輪的端面模數(shù)相等；蝸桿的軸向壓力角和蝸輪的端面壓力角相等；且蝸桿與蝸輪的螺旋線旋向相等。2、蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)蝸桿頭數(shù)一般取1，2，4，6當(dāng)要求傳動比大或要求自鎖時，取Z1=1；當(dāng)要求傳動比較小或傳遞功率較大時，為提高傳動效率，常取2，4，6；蝸輪齒數(shù)一般取28-80Z2過少，會使蝸輪產(chǎn)生根切，所以為保證傳動的平穩(wěn)性，過大，將使蝸輪尺寸增大，蝸桿長度也隨之增加，而剛度下降，影響嚙合精度；3、傳動比4、蝸桿分度圓直徑由于蝸輪輪齒呈圓弧狀包在蝸桿上，因此用于切制蝸輪的滾刀必須與蝸桿的尺寸、形狀相同。于是只要有一種尺寸的蝸桿，就得有一種對應(yīng)的蝸輪滾刀。對于同一模數(shù)，可以有很多不同直徑的蝸桿，因而對每一模數(shù)，就要配備很多把蝸輪滾刀，顯然很經(jīng)濟。為限制蝸輪滾刀的數(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1～4個蝸桿分度圓直徑。所以蝸桿分度圓直徑是標(biāo)準(zhǔn)值。

5、蝸桿直徑系數(shù)它是導(dǎo)出值。當(dāng)模數(shù)一定時，q值增大則蝸桿直徑增大，蝸桿的剛度提高。因此對于小模數(shù)的蝸桿，規(guī)定較大q值，以使蝸桿有足夠的剛度。6、蝸桿導(dǎo)程角（螺旋線升角）升角小時傳動效率低，但可實現(xiàn)自鎖；升角大時傳動效率高，但蝸桿的車削加工較困難；蝸桿螺旋面與分度圓柱面的交線為螺旋線7、蝸輪螺旋角正確嚙合時蝸桿與蝸輪的螺旋線旋向相等。一般取右旋。8、中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距二、蝸桿傳動的幾何尺寸計算下一節(jié)11.3蝸桿傳動的

失效形式、材料和結(jié)構(gòu)一、齒面相對滑動速度二、蝸桿傳動的失效形式三、蝸桿傳動的計算準(zhǔn)則四、材料選擇五、結(jié)構(gòu)下一節(jié)一、齒面相對滑動速度軸交角為900的蝸桿傳動中，在輪齒節(jié)點P處，蝸桿的圓周速度和蝸輪的圓周速度也成900，所以在嚙合傳動中，齒面有較大的相對滑動速度（產(chǎn)生熱量，使?jié)櫥蜏囟壬叨呄?，潤滑條件變差，傳動效率降低）對齒面的潤滑情況、齒面的失效形式、發(fā)熱等都有很大的影響。二、蝸桿傳動的失效形式

由于材料和結(jié)構(gòu)的原因，蝸桿輪齒的強度高于蝸輪輪齒的強度，所以失效總是先發(fā)生在蝸輪上。由于蝸桿和蝸輪齒廓間較大的相對滑動速度，發(fā)熱量大而效率降低。因而傳動的主要失效形式為膠合、磨損和齒面點蝕等。1、閉式蝸桿傳動（或潤滑條件差及散熱不良）易發(fā)生點蝕或膠合；2、開式傳動

因潤滑油不清潔閉式傳動中，易發(fā)生磨損。

三、蝸桿傳動的計算準(zhǔn)則1、閉式蝸桿傳動

按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核。如載荷平穩(wěn)、無沖擊，可以只按齒面接觸疲勞強度，不必校核。并熱平衡計算（因摩擦嚴(yán)重，發(fā)熱大，以免發(fā)生膠合失效）

2、開式傳動或傳動時載荷變動較大，或蝸輪齒數(shù)大于90，僅按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計。四、材料選擇要求不僅要有足夠的強度，還要有良好的減磨性、耐磨性和抗膠合性能。1、蝸桿材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼，經(jīng)淬火或滲碳淬火，并應(yīng)磨削。高速重載：15Cr20Cr，滲碳淬火和磨削；40～45HRC速度不高載荷不大：40、45鋼調(diào)質(zhì)處理，220～250HBS2、蝸輪材料青銅或鑄鐵錫青銅：耐磨及抗膠合性能好，但價格昂貴，用于相對滑動速度高；鋁鐵青銅：機械性能好，但抗膠合性略差，用于相對滑動速度較低；灰鑄鐵：只用于的傳動五、結(jié)構(gòu)

1、蝸輪整體式主要用于直徑較小的青銅或鑄鐵蝸輪

組合式齒圈式螺栓聯(lián)接式拼鑄式

2、蝸桿下一節(jié)

11.4蝸桿傳動受力分析

和強度計算一、蝸桿傳動的受力分析例題二、蝸桿傳動的齒面接觸強度計算三、蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強度計算四、蝸輪材料的許用應(yīng)力下一節(jié)

蝸桿傳動的受力分析與斜齒輪相似。如圖下置式傳動，蝸桿為主動件，右旋。假定：（1）蝸輪輪齒和蝸桿螺旋面之間的相互作用力集中于節(jié)點P，并按單齒對嚙合考慮；（2）暫不考慮嚙合齒面間的摩擦力。作用于蝸桿上的軸向力=蝸輪上的圓周力作用于蝸桿上的圓周力=蝸輪上的軸向力作用于蝸桿上的徑向力=蝸輪上的徑向力一、蝸桿傳動的受力分析力的大小方向判斷蝸輪（或蝸桿）的轉(zhuǎn)向：對于右（左）旋蝸桿用右（左）手定則：用四指彎曲表示蝸桿的回轉(zhuǎn)方向，大拇指伸直代表蝸桿軸向力，則蝸輪嚙合點的線速度方向與大拇指所指示的方向相反，根據(jù)嚙合點的線速度方向即可確定蝸輪轉(zhuǎn)向。軸向力方向：蝸桿的軸向力由左右手法則定；蝸輪的軸向力與蝸桿的圓周力方向相反；圓周力方向主動蝸桿的圓周力與轉(zhuǎn)向相反蝸輪的圓周力與轉(zhuǎn)向相同；徑向力兩徑向力都由力的作用點指向各自軸線。返回例題

蝸桿的失效多發(fā)生在蝸輪上，所以進行蝸桿傳動強度計算時，只需對蝸輪輪齒進行強度校核。在中間平面，其嚙合傳動相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合，因此蝸輪的齒面接觸疲勞強度可以參照斜齒輪的計算方法。將節(jié)點處的嚙合參數(shù)代入赫茲公式，可得齒面接觸疲勞強度的校核公式.蝸輪齒面接觸疲勞強度的校核公式設(shè)計計算公式二、蝸桿傳動的齒面接觸強度計算式中：d1：蝸桿分度圓直徑；

K：載荷系數(shù)；：蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力；返回三、蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強度計算通常按斜齒輪計算方法作近似計算。但蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度高于斜齒輪輪齒。蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算校核公式設(shè)計計算公式

在閉式蝸桿傳動中，蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度所限定的承載能力，大多超過由齒面接觸疲勞強度和熱平衡計算所限定的承載能力，故不必進行彎曲疲勞強度計算。只有在開式傳動中，或在經(jīng)受強烈沖擊的傳動中，或當(dāng)蝸輪采用脆性材料是，才需進行齒根彎曲疲勞強度計算。返回四、蝸輪材料的許用應(yīng)力1、蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力由材料的抗失效能力決定。錫青銅：其失效形式主要為疲勞點蝕，許用應(yīng)力的大小與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)：鑄鋁鐵青銅或鑄鐵：其失效形式主要為膠合，表11.7

2、蝸輪的許用彎曲應(yīng)力表11.8返回下一節(jié)11.5蝸桿傳動的效率、

潤滑和熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率二、蝸桿傳動的潤滑三、熱平衡計算下一節(jié)一、蝸桿傳動的效率

齒輪傳動中的功率損失，主要包括嚙合中的摩擦損失、軸承中的摩擦損失和攪動潤滑油的功率損失?？傂拾ㄈ糠郑狠嘄X嚙合的效率軸承效率攪油效率所以總的效率為影響因素：1、：取決于蝸桿蝸輪的材料，潤滑油種類，表面硬度和相對滑動速度；隨著相對滑動速度的升高，易于形成油膜，從而使摩擦系數(shù)降低，2、導(dǎo)程角：：隨著導(dǎo)程角的增大而升高，所以在傳遞動力中多采用多頭蝸桿。但導(dǎo)程角過大會增加制造困難，并且當(dāng)，自鎖但效率低。

返回1、潤滑油粘度和潤滑方法閉式傳動，一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行 選擇；開式傳動：則采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂2、蝸桿布置和潤滑方式油池潤滑（下置式）浸油深度為蝸桿的一個齒高，且油面不超過蝸桿滾動軸承最下方滾動體中心。（上置式）浸油深度約為蝸輪外徑的1/3壓力噴油潤滑速度大于10m/s，油噴在嚙合區(qū)，增強冷卻效果。二、蝸桿傳動的潤滑返回1、發(fā)熱量（消耗于摩擦而變?yōu)闊崃浚?、散熱量（經(jīng)箱體散發(fā)）3、熱平衡條件：若蝸桿傳動在單位時間內(nèi)損耗的功率全部轉(zhuǎn)化為熱量，并由箱體表面散發(fā)出去而達(dá)到平衡，則熱平衡條件：三、熱平衡計算4、工作溫度5、措施1）在油箱外殼增加散熱片，以增大出熱面積；2）在蝸桿軸上裝風(fēng)扇；3）在箱體油池中裝設(shè)蛇形冷卻水管；4）對于大功率蝸桿減速器，可采用壓力噴油潤滑；返回例11.2如圖為一普通圓柱蝸桿傳動。已知：m=6mm，q=9，Z1=2，Z2=60。蝸桿輸入功率P1=5.5KW，轉(zhuǎn)速n1=2920r/min。試求：1）蝸桿和蝸輪上各力的大小和方向；

2）蝸輪的旋向和轉(zhuǎn)向；

3）傳動的嚙合效率和總效率；返回11.6普通圓柱蝸桿傳動的精度

等級選擇及其安裝和維護一、精度等級及其選擇1、精度等級2、安裝精度下一節(jié)一、精度等級及其選擇1、精度等級GB10089-88對普通圓柱蝸桿傳動1～１２個精度等級：1級精度最高，其余等級依次降低，12級為最低。一般6～9級精度應(yīng)用最多。6級精度：用于中等精度機床的分度機構(gòu)中，允許的蝸輪圓周速度；7級精度：用于中等精度的運輸機或高速傳遞動力場合，允許的蝸輪圓周速度；8級精度：用于一般的動力傳動中，允許的蝸輪圓周速度；9級精度：用于不重要的低速傳動機構(gòu)或手動機構(gòu)。返回2、安裝精度

蝸桿傳動的安裝精度要求很高。根據(jù)其嚙合特點，應(yīng)使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線。因此蝸輪的軸向安裝定位要求很準(zhǔn)，裝配時必須調(diào)整蝸輪的軸向位置。方法：（1）可采用墊片組調(diào)整蝸輪的軸向位置及軸承的間隙；（2）利用蝸輪與軸承之間的套筒作較大距離的調(diào)整，調(diào)整時可改變套筒的長度?；蛑鴥煞N方法聯(lián)合使用。返回下一節(jié)11.7常用各類齒輪傳動的選擇一、各類齒輪傳動性能的比較

表11.11二、傳動類型的選擇二、傳動類型的選擇

1、傳遞大功率時，一般均采用圓柱齒輪。2、在聯(lián)合使用圓柱、圓錐齒輪時，應(yīng)將圓錐齒輪放在高速級，這樣可使圓錐齒輪上所受的載荷相對減小，從而減小圓錐齒輪的尺寸。3、圓柱齒輪與斜齒輪相比，一般斜齒輪的強度比直齒輪高，且傳動平穩(wěn)，所以斜齒輪適用于高速傳動場合。

4、直齒圓錐齒輪僅適用于的場合，高速時可采用曲面齒。

5、蝸桿減速器：當(dāng)蝸桿圓周速度，采用蝸桿下置式當(dāng)蝸桿圓周速度，采用蝸桿上置式；

6、在聯(lián)合使用齒輪、蝸桿傳動時，有齒輪傳動在高速級和蝸桿傳動在高速級兩種結(jié)構(gòu)。前者結(jié)構(gòu)緊湊，后者傳動效率較高返回Z3ⅡZ1ⅠZ2Z4n1O31、如圖已知蝸桿輸入功率P=8KW,轉(zhuǎn)速, ,，傳動比，。試求：（1）為使軸Ⅱ上的軸承所受軸向力最小，蝸桿應(yīng)為

旋，蝸輪應(yīng)為

旋；；（2）在圖上標(biāo)出蝸輪的回轉(zhuǎn)方向；（3）計算蝸輪上所受三個分力的大小。

右旋右右解：返回習(xí)題1、起吊重物用的手動蝸桿傳動，宜采用

蝸桿。A）單頭、小導(dǎo)程角B)單頭、大導(dǎo)程角C)多頭、小導(dǎo)程角D)多頭、大導(dǎo)程角（A）2、

對于一般傳遞動力的閉式蝸桿傳動，其選擇蝸輪材料的主要依據(jù)是