機(jī)械原理蝸桿傳動(dòng)

第11章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)概述蝸桿傳動(dòng)的類型普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑與熱平衡圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1精選ppt蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用第11章蝸桿傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：①單級(jí)傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊；②傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲和振動(dòng)??；③適中選取蝸桿傳動(dòng)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)反行程自鎖等。缺點(diǎn)：①傳動(dòng)效率低，一般只有0.70～0.92，當(dāng)有自鎖時(shí)其效率低于0.5；②需用較貴重的有色金屬制造蝸輪。2精選ppt§1蝸桿傳動(dòng)的類型蝸桿傳動(dòng)的類型圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿延伸漸開線蝸桿7-23精選ppt阿基米德蝸桿傳動(dòng)(ZA型)

阿基米德蝸桿又稱為軸向直齒廓蝸桿，這種蝸桿切削時(shí)的刀具切削平面通過蝸桿軸線，所切出的蝸桿齒廓在軸面內(nèi)為直線；在與軸線垂直的平面內(nèi)，為阿基米德螺旋線。該類型蝸桿具有加工、測(cè)量簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)；單齒面不便于磨削，不宜采用硬齒面，傳動(dòng)效率低，只是用于低速輕載的傳動(dòng)中。a)單刀加工（當(dāng)導(dǎo)程角γ≤3°時(shí)）b)雙刀加工（當(dāng)導(dǎo)程角γ＞3°時(shí)）4精選ppt漸開線蝸桿傳動(dòng)(ZI型)

漸開線蝸桿是使刀具切削平面通過蝸桿基圓的切平面時(shí)，所切出的蝸桿。其齒廓在基圓的切平面內(nèi)為直線，而齒廓與垂直于蝸桿軸線的平面交線為漸開線。這種蝸桿可用滾刀滾銑，也可進(jìn)行磨削。因而，制造精度較高，也可采用硬齒面。適用于批量生產(chǎn)、大功率、高速傳動(dòng)的場(chǎng)合。5精選ppt延伸漸開線蝸桿傳動(dòng)〔ZN型)延伸漸開線蝸桿又稱為法向直廓蝸桿，切削時(shí)刀具的切削平面在垂直于齒槽〔或齒厚〕中點(diǎn)螺旋線的法平面內(nèi)，在法面內(nèi)的齒形為直線。而在垂直于軸線平面內(nèi)的齒形為延伸漸開線。這種蝸桿容易實(shí)現(xiàn)磨削，可采用硬齒面，精度和傳動(dòng)效率較高。適用于螺旋線數(shù)較多、導(dǎo)程較大的蝸桿傳動(dòng)。a)單刀加工b)雙刀加工6精選ppt圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)〔ZC型〕圓弧齒圓柱蝸桿〔ZC〕與上述蝸桿不同，其齒闊的形狀為圓弧。用于傳遞動(dòng)力的圓弧齒圓柱蝸桿，在螺旋線的法平面內(nèi)齒廓為凹圓?。辉谖仐U的軸面內(nèi)為近似的凹圓弧。蝸輪齒廓在蝸桿的軸面內(nèi)為近似的凸圓弧。因此，蝸桿蝸輪嚙合時(shí)為凹凸圓弧齒嚙合傳動(dòng)，承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高，是目前我國(guó)推廣使用的一種蝸桿傳動(dòng)。b)蝸桿法面齒形c)蝸桿軸面齒形7精選ppt主要參數(shù)§2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)壓力角

=20

標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m查表1、模數(shù)m、壓力角α★中間平面〔主平面〕——通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面：★正確嚙合條件——mx1=mt2=m

x1

=

t2==20°γ=

★標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)——∵中間平面內(nèi)→相當(dāng)于齒輪齒條嚙合∴取中間平面的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)※蝸桿的軸〔x面〕蝸輪的端面〔t面〕2、蝸桿分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q為了限制滾刀數(shù)目→d1標(biāo)準(zhǔn)化〔見表〕蝸桿直徑系數(shù)：q=d1/m8精選ppt主要參數(shù)§2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)壓力角

=20

標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m查表1、模數(shù)m、壓力角α★中間平面〔主平面〕——通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面：★正確嚙合條件——mx1=mt2=m

x1

=

t2==20°γ=

★標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)——∵中間平面內(nèi)→相當(dāng)于齒輪齒條嚙合∴取中間平面的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)※蝸桿的軸〔x面〕蝸輪的端面〔t面〕2、蝸桿分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q為了限制滾刀數(shù)目→d1標(biāo)準(zhǔn)化〔見表〕蝸桿直徑系數(shù)：q=d1/m9精選ppt4.蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角γ5.中心距a〔傳動(dòng)比和中心距薦用值見教材或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。〕γ3.蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2z1↓，自鎖↑，但效率↓；z1↑，效率↑，但制造困難。因此，要求傳動(dòng)效率高的蝸桿傳動(dòng)選較多的頭數(shù)；而要求自鎖的蝸桿傳動(dòng)那么選單頭為宜。z2＝iz1=28～80。但需注意：①規(guī)定z2≥28〔z2min≥17〕?！弋?dāng)z2＜26時(shí)，嚙合區(qū)↓↓，傳動(dòng)平穩(wěn)性↓；當(dāng)z2≥30時(shí)，可實(shí)現(xiàn)兩對(duì)齒以上的嚙合。②傳遞動(dòng)力時(shí)，要求z2≤80?！弋?dāng)d2不變時(shí)，z2↑，m↓，蝸輪輪齒彎曲強(qiáng)度↓；而當(dāng)m不變時(shí)，z2↑,→d2↑，→蝸桿長(zhǎng)度↑→蝸桿剛度↓。③此外還應(yīng)防止蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)之間存有公因數(shù)，以使蝸桿蝸輪磨損均勻。6.傳動(dòng)比

i

和齒數(shù)比u10精選ppt⑵蝸桿傳動(dòng)變位的目的：①湊配中心距〔變位前后，z2=z’2，即i不變，a’≠a〕

⑴蝸桿傳動(dòng)變位的方法：在切制蝸輪時(shí)，使刀具相對(duì)于加工標(biāo)準(zhǔn)蝸輪時(shí)的位置沿徑向進(jìn)行移位來實(shí)現(xiàn)。蝸桿傳動(dòng)的變位為了有利于提高蝸輪輪齒的強(qiáng)度，最好取x2＞011精選ppt②改變傳動(dòng)比〔變位前后，a’=a，但z’2≠z2，即i改變，〕變位前：變位后：∵a’

=a，∴有：當(dāng)z’2＜z2

時(shí)x＞0→i↓當(dāng)z’2＞z2

時(shí)x＜0→i↑顯然：如：∵蝸輪齒數(shù)只能為整數(shù)∴x只能取±0.5和±1，而不能取其他的值。蝸桿傳動(dòng)的幾何計(jì)算12精選ppt§3蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算①閉式蝸桿傳動(dòng)：膠合、點(diǎn)蝕和磨損；開式蝸桿傳動(dòng)：磨料磨損；②失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上；2、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么※1、蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式

閉式傳動(dòng)：①先按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)②再按齒根彎曲強(qiáng)度校核③熱平衡計(jì)算④細(xì)長(zhǎng)蝸桿軸需作剛度計(jì)算開式傳動(dòng)：只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算出m，然后將模數(shù)加大10%左右。3、蝸桿傳動(dòng)材料的選擇及其性能※對(duì)蝸桿副材料的要求是：有足夠的強(qiáng)度、良好的抗膠合性能、耐磨性、減磨性及跑和性能好。因此常采用青銅作蝸輪的齒圈，與淬硬后經(jīng)磨削的鋼制蝸桿相配。1〕蝸桿材料及選擇，見表

蝸桿常用材料主要有優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。2〕蝸輪材料及其選擇，一般地：※vs≥12～25m/s的重要傳動(dòng)→錫青銅〔CuSn10P1〕vs≤6～10m/s的傳動(dòng)→鋁青銅〔CuAl10Fe3〕vs≤2m/s的傳動(dòng)→灰鑄鐵〔HT200〕〔一〕蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么及常用材料13精選pptFt2Ft1Fx2Fx1Fr1Fr2T2n2n1T1◆主動(dòng)輪上與嚙合點(diǎn)速度方向相反◆從動(dòng)輪上與嚙合點(diǎn)速度方向相同◆指向各自的輪心★力的方向：◆主動(dòng)輪Fx1用左、右手定那么◆從動(dòng)輪用對(duì)應(yīng)關(guān)系求：Fx2=-Ft1圓周力：徑向力：軸向力：圓周力：徑向力：★力的大?。狠S向力：Fr1=Ft2tan

t=

Fr2★力的對(duì)應(yīng)關(guān)系：★旋向〔蝸桿蝸輪嚙合時(shí)〕：※蝸桿右旋——蝸輪也是右旋蝸桿左旋——蝸輪也是左旋〔二〕蝸桿傳動(dòng)的受力分析14精選ppt〔三〕蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算載荷PcK

=KA

K

KvKA—使用系數(shù)；查表K

—齒向載荷分配系數(shù)；載荷平穩(wěn)時(shí)，K

=1；有沖擊、振動(dòng)時(shí)，K

=1.3～1.6。Kv—?jiǎng)虞d系數(shù)；v2≤3m/s時(shí)，Kv=1.0～1.1;v2＞3m/s時(shí)，Kv=1.1～1.2;Lmin—最小接觸線長(zhǎng)度ξmin—接觸線長(zhǎng)度變化系數(shù)，取ξmin=0.75；εα—端面重合度，取εα=2；θ—蝸輪包角，取θ=100°15精選ppt〔三〕圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1.蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算⑴強(qiáng)度條件式：式中：①ZE－材料彈性系數(shù)，查表7-9；②T２－蝸輪轉(zhuǎn)矩，工作載荷不變時(shí)：③[

]Ｈ－許用接觸應(yīng)力。⑵設(shè)計(jì)公式：16精選ppt〔一〕圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算蝸輪的許用接觸應(yīng)力[

]Ｈ式中：②j－蝸輪每轉(zhuǎn)一圈每個(gè)輪齒的嚙合次數(shù)；當(dāng)N＞25×107時(shí)，取N=25×107；當(dāng)N＜2.6×105時(shí)，取N=2.6×105；①KHN－接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)，，；③－鑄造錫青銅的基本許用接觸應(yīng)力，MPa，見表。1、當(dāng)蝸輪材料為鑄造錫青銅時(shí)：主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕→2、當(dāng)蝸輪材料為鑄造鋁鐵青銅或灰鑄鐵時(shí)：主要失效形式為蝸輪齒面的膠合→按滑動(dòng)速度查（見表）。17精選ppt蝸輪齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)蝸輪齒數(shù)過多〔z2＞80〕,m↓↓時(shí),可能出現(xiàn)輪齒折斷18精選ppt蝸桿軸的剛度計(jì)算⒈蝸桿軸剛度計(jì)算的目的蝸桿屬于比較細(xì)長(zhǎng)的零件，工作中受到載荷作用后會(huì)產(chǎn)生彈性變形。如果彈性變形過大，就將影響蝸桿與蝸輪的正確嚙合，導(dǎo)致輪齒偏載，甚至?xí)a(chǎn)生干預(yù)。因此，在蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)蝸桿的彈性變形進(jìn)行計(jì)算、并加以限制。⒉蝸桿軸剛度計(jì)算影響蝸桿傳動(dòng)性能的彈性變形主要是蝸桿的撓曲變形。引起蝸桿產(chǎn)生撓取變形的作用力主要有徑向力Fr和圓周力Ft。在這兩個(gè)力的作用下，蝸桿將在兩個(gè)方向上產(chǎn)生彈性變形。為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常把蝸桿螺紋局部視為以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段。于是可得式中：[y]—最大許用撓度，[y]=d1/1000；其余參數(shù)見教材。19精選ppt蝸桿傳動(dòng)總效率蝸桿傳動(dòng)嚙合效率攪油或?yàn)R油效率軸承效率一對(duì)滾動(dòng)軸承為η3＝0.99~0.995滑動(dòng)軸承為η3＝0.9７~0.9８普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算〔一〕蝸桿傳動(dòng)的效率γ根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度由表11-8選取，20精選ppt1、潤(rùn)滑油及其添加劑2、潤(rùn)滑油粘度及給油方法為提高蝸桿傳動(dòng)的抗膠合性能，常采用黏度較大的礦物油、或在潤(rùn)滑油中參加適量的添加劑，如抗氧化劑、抗磨劑、油性極壓添加劑等。在表11-20中列出了蝸桿傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑油牌號(hào)。在表11-21中列出了不同滑動(dòng)速度時(shí)推薦選用的潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度值，供設(shè)計(jì)時(shí)選用。閉式蝸桿傳動(dòng)常用潤(rùn)滑方法主要有油池浸油潤(rùn)滑、循環(huán)噴油潤(rùn)滑等方式。具體選擇可根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度大小確定。假設(shè)采用壓力噴油潤(rùn)滑，應(yīng)注意控制油壓，并應(yīng)使噴油嘴對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)兩邊都要裝噴油嘴。3、潤(rùn)滑油供油量為保證蝸桿傳動(dòng)的正常潤(rùn)滑、又不致因浸入油池深度過大，過分?jǐn)噭?dòng)潤(rùn)滑油而導(dǎo)致功率損失較大和潤(rùn)滑油溫升較高而過早失效，必須保證一定的油量。①蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)不超過一個(gè)齒高；②蝸桿上置時(shí)，蝸輪進(jìn)入深度約為蝸輪外徑的三分之一。同時(shí)還應(yīng)使齒頂與箱底保持適當(dāng)距離，以防止沉入箱底的雜質(zhì)被攪起而降低潤(rùn)滑性能。潤(rùn)滑的目的：由于蝸桿傳動(dòng)滑動(dòng)速度大、效率低、產(chǎn)生的熱量大，如果潤(rùn)滑不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致過渡磨損、甚至產(chǎn)生膠合。為防止上述問題出現(xiàn)，如何保證蝸桿傳動(dòng)具有良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，就成為蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)至關(guān)重要的問題。〔二〕蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑21精選ppt〔三〕蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算⒈蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算的目的⒉熱平衡條件及其計(jì)算式Φ1＝Φ2傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量Φ1＝1000P(1-

)散發(fā)出去的熱量Φ2＝αdS(t-t0)熱平衡計(jì)算的參數(shù)選取及有關(guān)說明：①工作環(huán)境溫度ta一般取為20℃；②一般工況下取外表傳熱系數(shù)αd＝8.15～17.45W/(m2·℃)；③散熱面積S----箱體能被空氣冷卻、且其內(nèi)壁又能被油飛濺到的面積。散熱片及散熱肋的面積均只計(jì)入其面積的一半〔50%)。對(duì)于散熱肋布置良好的固定式蝸桿減速器，S可用下式估算：1、見P2632、熱平衡條件：生成的熱量Φ1=散發(fā)的熱量Φ2問題：※1、為什么閉式蝸桿傳動(dòng)必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算？2、熱平衡條件是什么？22精選ppt⒊不能滿足熱平衡時(shí)可采取的措施⑴在蝸桿軸上加裝風(fēng)扇⑵在箱體內(nèi)加裝蛇形冷卻水管⑶采用壓力噴油循環(huán)冷卻潤(rùn)滑23精選ppt★

蝸桿的布置蝸桿下量時(shí)，浸油量至少為一個(gè)齒高，但不能超過最低滾動(dòng)體的中心。一般情況下，油量大些為好，這樣可沉淀油屑，便于冷卻散熱。速度高時(shí)，浸油量可少些，否那么攪油損失增加。蝸桿傳動(dòng)有蝸桿上置和蝸桿下置兩種布置〔圖當(dāng)采用浸油潤(rùn)滑時(shí)，蝸桿盡量下置；當(dāng)蝸桿的速度大于4～5m／s時(shí)，為防