第12章 蝸 桿 傳 動

第12章蝸桿傳動蝸桿傳動的類型和特點

12.1普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸12.2蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準則和材料選擇

12.3蝸桿傳動的受力分析12.4蝸桿傳動的強度計算12.5蝸桿傳動的安裝與維護12.7蝸桿傳動的效率及熱平衡計算

12.612.1蝸桿傳動的類型和特點蝸桿傳動由蝸桿、蝸輪和機架組成（如圖12-1所示），用于傳遞空間兩交錯軸間的運動和動力。圖12-1蝸桿傳動常用蝸桿傳動類型如下：12.1.1蝸桿傳動的類型1．圓柱蝸桿傳動（1）普通圓柱蝸桿傳動①阿基米德圓柱蝸桿（ZA型）②漸開線圓柱蝸桿（ZI型）③法向直廓圓柱蝸桿（ZN型）（2）圓弧圓柱蝸桿傳動（ZC型）圖12-2阿基米德圓柱蝸桿圖12-3漸開線圓柱蝸桿圖12-4法向直廓圓柱蝸桿2．環(huán)面蝸桿傳動3．錐蝸桿傳動圖12-5錐面包絡(luò)圓柱蝸桿圖12-6圓弧圓柱蝸桿圖12-7環(huán)面蝸桿傳動圖12-8錐蝸桿傳動與其他傳動相比，蝸桿傳動有以下特點。①傳動比大。一般動力傳動中，i=10～80；在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，i可達300，若主要是傳遞運動，i可達1000。②工作平穩(wěn)。由于蝸桿齒為連續(xù)不斷的螺旋齒，故傳動平穩(wěn)，噪音小。12.1.2蝸桿傳動的特點③可以實現(xiàn)自幀。在蝸桿傳動中，蝸桿猶如螺桿，蝸桿傳動作用力關(guān)系也和螺旋傳動一樣，故蝸桿導(dǎo)程角小于蝸桿副的當量摩擦角時，蝸桿傳動就具有自鎖性。④效率較低。由于蝸桿與蝸輪齒面間相對滑動速度很大，摩擦與磨損嚴重，故蝸桿傳動效率低。一般為

=0.7～0.9，自鎖時

<0.5。因此，在連續(xù)工作的閉式傳動中，應(yīng)具有良好的潤滑和散熱條件。⑤蝸輪材料較貴。為了減磨和抗膠合，蝸輪材料常選用青銅合金制造，成本較高。⑥不能實現(xiàn)互換。由于蝸輪是用與其匹配的蝸桿滾刀加工的，因此，僅模數(shù)和壓力角相同的蝸桿與蝸輪是不能任意互換的。蝸桿傳動適用于傳動比大、傳遞功率不大且不作長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合。由于普通圓柱蝸桿容易制造且在各種機械中得到廣泛應(yīng)用，故本章僅討論普通圓柱蝸桿傳動。12.2.1普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)1．模數(shù)m和壓力角

mx1=mt2=m x1=t2=12.2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸圖12-9普通圓柱蝸桿傳動的嚙合當用滾刀切制蝸輪時，為了減少滾刀的數(shù)量，國家標準對每個模數(shù)規(guī)定了幾種蝸桿分度圓直徑d1（見表12-1），且

d1=mq

2．蝸桿分度圓直徑d1S=z1px3．蝸桿導(dǎo)程角

和蝸輪螺旋角

圖12-10蝸桿分度圓上導(dǎo)程角

4．傳動比i、蝸桿頭數(shù)zl和蝸輪齒數(shù)z2蝸桿傳動參數(shù)和尺寸計算以中間平面為基準（見圖12-9），計算公式見表12-3。蝸桿傳動推薦用的系列值及參數(shù)匹配見表12-4。12.2.2普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算1．蝸桿的結(jié)構(gòu)2．蝸輪的結(jié)構(gòu)12.2.3蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)圖12-11蝸桿軸結(jié)

構(gòu)

形

式特

點（a）整體式當直徑小于100mm時，可以用青銅鑄成整體；當滑動速度v1≤2m/s時，可用鑄鐵鑄成整體（b）輪箍式青銅輪緣與鑄鐵輪心通常采用配合，并加臺肩和螺釘固定，螺釘數(shù)為6～12（c）螺栓聯(lián)接式以光制螺栓聯(lián)接，螺栓孔要同時鉸制其配合為

。螺栓數(shù)按剪切計算確定，并以輪緣受擠壓，校核輪緣材料許用擠壓應(yīng)力

jp=0.3s。s——輪緣材料屈服強度（d）鑲鑄式青銅輪緣鑲鑄在鑄鐵輪心上，并在輪心上預(yù)制出榫槽，以防滑動（適用大批量生產(chǎn)）表12-5 蝸桿的典型結(jié)構(gòu)12.3.1蝸桿傳動的相對滑動速度vs蝸桿傳動中，在蝸桿與蝸輪齒面間會產(chǎn)生很大的滑動速度vs，由圖12-12得12.3蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準則和材料選擇圖12-12蝸桿傳動的滑動速度圖12-13vs的估值蝸桿傳動的主要失效形式是膠合和磨損。閉式蝸桿傳動以膠合為主要失效形式，開式蝸桿傳動主要是齒面磨損。對閉式蝸桿傳動，一般按齒面接觸強度計算，并進行熱平衡校核，只有當z>80或蝸輪負變位時，才進行蝸輪齒根彎曲疲勞強度校核；對于開式蝸桿傳動，只需進行齒根彎曲疲勞強度計算。12.3.2蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計準則根據(jù)蝸桿傳動的失效特點，蝸桿副材料不但應(yīng)具有足夠的強度，而且還應(yīng)具有良好的減磨性和抗膠合性。實踐證明，較理想的蝸桿副材料是磨削淬硬的鋼制蝸桿匹配青銅蝸輪。12.3.3蝸桿和蝸輪的材料選擇蝸桿常用材料為碳鋼或合金鋼。高速重載的傳動，蝸桿常用低碳合金結(jié)構(gòu)鋼（如20Cr、20CrMn、20CrNi和20CrMnTi等）經(jīng)滲碳淬火，表面硬度可達HRC50～63；中速中載傳動，蝸桿常用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼（如45、40Cr、35CrMo和42SiMn等）經(jīng)表面淬火，表面硬度達到HRC45～55；低速、不重要的傳動，可采用45號鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度達到HBS255～270。常用蝸輪材料有鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅及灰鑄鐵等。錫青銅的抗膠合和耐磨性能最好，但價格較貴，用于vs≥5m/s的重要傳動；鋁鐵青銅具有足夠的強度，并耐沖擊，價格便宜，但膠合及耐磨性能不如錫青銅，一般用于vs≤5m/s的傳動中；灰鑄鐵用于vs≤2m/s的不重要場合。1．許用接觸應(yīng)力[

H]錫青銅的許用接觸應(yīng)力按下式計算12.3.4蝸桿材料的許用應(yīng)力圖12-14滑動速度影響系數(shù)Zvs圖12-15壽命系數(shù)ZN、YN2．許用彎曲應(yīng)力[

'F]蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪傳動受力分析相似，在不計算摩擦力的情況下，作用在輪齒上的法向力Fn可分解為空間3個互相垂直的分力：圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fx。12.4蝸桿傳動的受力分析圖12-16蝸桿傳動的受力分析12.5.1蝸輪齒面接觸疲勞強度計算1．驗算公式12.5蝸桿傳動的強度計算2．設(shè)計公式1．驗算公式12.5.2蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算2．設(shè)計公式12.6.1蝸桿傳動的效率閉式蝸桿傳動的功率損耗包括三部分：輪齒嚙合時的摩擦損耗、軸承摩擦損耗和攪油損耗，故蝸桿傳動的總效率為

=

1

2

312.6蝸桿傳動的效率及熱平衡計算蝸桿傳動效率主要取決于

1，一般

1隨

的增大而提高，但

>28°后，

1提高已不明顯，而且大導(dǎo)程角的蝸桿制造困難，所以實用為

≤27°。熱平衡，是指蝸桿傳動單位時間內(nèi)由摩擦產(chǎn)生的熱量H1應(yīng)小于（或等于）同時間內(nèi)由箱體表面散發(fā)的熱量H2，即H1≤H2，從而保證箱體內(nèi)油溫穩(wěn)定在規(guī)定范圍。12.7.1蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動一般采用油潤滑，常用潤滑油牌號為N220、N320、N460或N680號蝸輪油。為提高抗膠合和磨損的能力，蝸桿傳動通常選用粘度較大的潤滑油。潤滑油粘度及潤滑方法見表12-11。12.7蝸桿傳動的安裝與維護