8機(jī)械傳動-蝸桿傳動

蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動的失效形式及材料選擇蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動的效率與熱平衡計(jì)算第八章

蝸桿傳動8.1蝸桿傳動的類型和特點(diǎn)蝸桿傳動用來傳遞空間兩交錯軸之間的運(yùn)動和動力，一般兩軸交角為

90°，如右圖所示。蝸桿傳動由蝸桿與蝸輪組成。一般為蝸桿主動、蝸輪從動，具有自鎖性，作減速運(yùn)動。蝸桿傳動廣泛應(yīng)用與各種機(jī)械和儀器設(shè)備之中。蝸桿傳動一.

蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動二.蝸桿傳動的特點(diǎn)1、蝸桿傳動的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大。一般傳動比i=10-40，最大可達(dá)80。若只傳遞運(yùn)動（如分度運(yùn)動），其傳動比可達(dá)

1000。2、傳動平穩(wěn)、噪音小。3、可制成具有自鎖性的蝸桿。4、蝸桿傳動的主要缺點(diǎn)是效率較低。5、蝸輪的造價(jià)較高。蝸桿傳動的特點(diǎn)和應(yīng)用8.2蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸一、蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇規(guī)定通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面為中間平面。1.模數(shù)和壓力角蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算都是以中間平面內(nèi)的參數(shù)和幾何關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)。在中間平面上，蝸輪與蝸桿的嚙合相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。2.蝸桿分度圓直徑d1及蝸桿直徑系數(shù)q蝸桿分度圓螺旋導(dǎo)程角Z1、q已知時(shí)，導(dǎo)程角即為定值。蝸桿的頭數(shù)Z1和蝸輪的齒數(shù)Z2可參考表。蝸桿傳動傳動比i i=n1/n2=Z2/Z1蝸桿傳動的中心距aa=(d1+d2)/2=m(q+Z2)/2二、蝸桿傳動的幾何尺寸計(jì)算8.3

蝸桿傳動的失效形式及材料選擇一、蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效形式和齒輪傳動相類似。由于材料和結(jié)構(gòu)的原因,蝸桿螺旋部分的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度,所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒上。蝸輪傳動中由于蝸桿與蝸輪齒面間的相對滑動速度較大,效率低,摩擦發(fā)熱大,因此其主要失效形式是蝸輪齒面的膠合、點(diǎn)蝕和磨損。二、常用材料由蝸桿傳動的失效分析可知,蝸桿、蝸輪的材料要具有優(yōu)良的減摩性、耐磨性和抗膠合性能,并具有足夠的強(qiáng)度。常用的蝸輪材料有:鑄錫青銅

ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5,適用于滑動速度較高的重要傳動；鑄鋁青銅ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和ZCuAl10Fe3,其抗膠合能力雖比錫青銅差,但強(qiáng)度較高,價(jià)格便宜,一般用于滑動速度小于10m/s的場合；滑動速度小于2

m/s時(shí),可用灰鑄鐵。蝸桿材料主要為碳鋼和合金鋼。為了防止變形,常對蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。常用的蝸桿、蝸輪配對材料見表。蝸輪常用材料的許用接觸應(yīng)力見表和表。蝸桿、蝸輪配對材料8.4

蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算二、蝸桿傳動的受力分析1、蝸輪轉(zhuǎn)向的確定2、輪齒上的作用力n1d1P

Ft1Fr1Fn

n

Fa1d2分度圓柱面n2PFt2Fa2Fr2Ft1Ft1n1d1Fa1n2Fr2Ft2Fr1Fa1Fa2Ft1n1(a)(b)(c)P蝸桿傳動受力分析力的大小計(jì)算如下:

211a

2t1Ft1

Fr

2

Ft

2

tan

d

2T2Fa1

Ft

2

Fd2TF

二、強(qiáng)度計(jì)算1)蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算蝸桿傳動可以近似地看作齒條與斜齒輪的嚙合傳動,因此以赫茲應(yīng)力公式為基礎(chǔ),考慮蝸桿和蝸輪齒廓特點(diǎn),可推出齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式和設(shè)計(jì)公式。校核公式:HH

d

d

2

m2d

d

21

2

1

2KT2

KT2

500

5002)蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度所限定的承載能力,大都超過齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計(jì)算所限制的承載能力,因此,一般不進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。只有在少數(shù)情況下,如在強(qiáng)烈沖擊的傳動中或蝸輪采用脆性材料時(shí),計(jì)算其彎曲強(qiáng)度才有意義。需要計(jì)算時(shí)可參考有關(guān)書籍。8.5

蝸桿傳動的效率與熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動的效率閉式蝸桿傳動的總效率包括三部分:輪齒嚙合摩擦損失效率、軸承摩擦損失效率及零件攪動潤滑油飛濺損失效率。其中最主要的是嚙合摩擦損失效率,其大小可近似用螺旋傳動的效率公式計(jì)算。后兩項(xiàng)功率損失不大,其效率一般為0.95~0.97。因此,蝸桿主動時(shí),蝸桿傳動的總效率為tan(

v

)

(0.95

~0.97)

tan

式中,γ為蝸桿導(dǎo)程角；ρv為當(dāng)量摩擦角,可根據(jù)滑動速度vs由表查取。蝸桿傳動的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv和當(dāng)量摩擦角ρv蝸桿傳動的總效率η2.

蝸桿傳動的熱平衡計(jì)算由于蝸桿傳動相對滑動速度大,發(fā)熱量大,若不及時(shí)散熱,則會導(dǎo)致潤滑不良而使輪齒磨損加劇,甚至產(chǎn)生膠合,因此,對閉式蝸桿傳動應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。蝸桿傳動轉(zhuǎn)化為熱能所消耗的功率Ps為Ps=1000(1-η)P1經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當(dāng)功率Pc為Pc=ksA(t1-t0)達(dá)到平衡時(shí),

Ps=Pc,

因此可得到熱平衡時(shí)潤滑油的工作溫度t1的計(jì)算公式:101k

Ass

t

t

t

1000P

(1

)普通蝸桿傳動的箱體散熱面積A,可用下式估算：

a

1.75A

0.33

100

式中,a為中心距,單位為mm。散熱措施如果潤滑油的工作溫度