機(jī)械設(shè)計(jì),蝸桿傳動(dòng)

1、第九章第九章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)9-1 概 述9-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸9-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)9-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算9-6 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介9-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑9-19-1概述 蝸桿傳動(dòng)用于傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為90。9-1 概 述1）傳動(dòng)比大，一般 i =1080，最大可達(dá)1000；2）重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；4）齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率低；主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。（蝸桿傳動(dòng)）一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：3）結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖；二、蝸桿傳動(dòng)的類型

2、二、蝸桿傳動(dòng)的類型其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿的齒廓形狀不同。蝸桿傳動(dòng)的類型類型蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；重合度大；承載能力和效率較高。阿基米德蝸桿（ ZA蝸桿）（圖92a）漸開線蝸桿 （ZI蝸桿）（圖92b）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）（圖92c） 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)（圖91a）（圖91b）（圖91c）本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)分為12個(gè)精度等級(jí)，常用59級(jí)，精度等級(jí)的選擇參見表91。蝸

3、桿傳動(dòng)概述普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的三種類型蝸桿傳動(dòng)的類型類型2 29-29-2蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸1 19-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸1. 模數(shù)模數(shù) m 和和齒形角齒形角 a a在主平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪的模數(shù)相等且為標(biāo)準(zhǔn)值。2. 蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑 d1 和直徑系數(shù)和直徑系數(shù) q蝸桿分度圓直徑 d1 為標(biāo)準(zhǔn)值，見表92。主平面：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。是蝸桿的軸面是蝸輪的端面ZA蝸桿傳動(dòng)在主平面內(nèi)，相當(dāng)于漸開線齒條與齒輪的嚙合。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在主平面內(nèi)確定。即 mx1= mt2 = m即：q = d1md1與模數(shù) m 的比值稱為蝸桿直徑系數(shù) q。阿基米德蝸桿的軸

4、面齒形角 x120法向直廓蝸桿的法向齒形角 n120d1 = q m是導(dǎo)出值一、蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)一、蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)主平面（見表92）（Z1與Z2的薦用值表）(蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān)系)蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸2 24. 蝸桿的頭數(shù)蝸桿的頭數(shù) z1、蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù) z23. 蝸桿分度圓柱蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角導(dǎo)程角g gqzdmzdmz11111tang z1g效率 ，但加工困難。正確嚙合條件：d1(分度圓周長(zhǎng))gmz1mmx1= mt212 （蝸輪、蝸桿旋向相同）x1= t2 z1 傳動(dòng)比 i，但傳動(dòng)效率 。常取，z11，2，4，6。 可根據(jù)傳動(dòng)比選取，見表93。 z2= i z1 。 如 z2

5、 太小，將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。如 z2 太大，蝸輪直徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。 一般 z23280主要參數(shù)與幾何尺寸d1蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸3 35. 傳動(dòng)比傳動(dòng)比 i1221zznni6. 中心距中心距mzqdda)(21)(2122112dd 中心距的常用值見P199。二、蝸桿傳動(dòng)的變位二、蝸桿傳動(dòng)的變位變位：即加工蝸輪時(shí)，改變刀具的位置。而蝸桿相當(dāng)于刀具。故，只是蝸輪變位，而蝸桿不變位。即蝸輪尺寸變化，蝸桿尺寸不變。但是，變位以后，蝸桿的節(jié)圓改變，而蝸輪的節(jié)圓永遠(yuǎn)與分度圓重合。主要參數(shù)與幾何尺寸( d1= q m z1m)( d2= z2 m )(圖93)變位的目的

6、：調(diào)整中心距和傳動(dòng)比調(diào)整中心距所需變位系數(shù)：maazqmax)(212 常取 0.5x0.5三、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸三、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸見表94和圖94。主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸4 4適用于齒面滑動(dòng)速度 較高的傳動(dòng)。9-3 9-3 失效形式、材料和結(jié)構(gòu)9-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)一、失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1. 主要失效形式：主要失效形式： 蝸輪齒面的點(diǎn)蝕、膠合、過度磨損和疲勞斷齒等。二、蝸桿傳動(dòng)的常用材料二、蝸桿傳動(dòng)的常用材料蝸桿蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼，見表95。按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。

7、 2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式傳動(dòng)：開式傳動(dòng)：通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。錫青銅：鋁青銅：灰鑄鐵：（見表96）蝸輪常用材料有：ss 8 m/s 的場(chǎng)合。（抗膠合能力差）s 2 m/s 的場(chǎng)合。（抗膠合能力強(qiáng)，抗點(diǎn)蝕能力差）失效形式、材料和結(jié)構(gòu)2 2三、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)三、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿軸），圖95。 無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但剛度較前一種差。當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)2. 蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸輪的結(jié)構(gòu)1. 蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿的結(jié)構(gòu)整體式：組合

8、式：用于鑄鐵蝸輪和小尺寸的青銅蝸輪。用于大尺寸的青銅蝸輪。失效形式、材料和結(jié)構(gòu)3 3為了減摩的需要，為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪 組合式蝸輪蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)9-49-4受力分析、效率和潤(rùn)滑2xF一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析輪齒所受的法向力Fn，可分解為：切向力Ft 、徑向力Fr

9、、軸向力Fx。蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷gacoscos2n22ndTF11212dTFFxt22212dTFFtxatant2r2r1FFF在不計(jì)摩擦力時(shí)，有以下關(guān)系：式中： n蝸輪的法向壓力角，gaacostantannT2蝸輪的轉(zhuǎn)矩，112iTT1xF1xFnF9-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑受力分析練習(xí)蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算2xF右旋求蝸桿的旋向？Fx12tF求蝸桿的轉(zhuǎn)向？1xF練 習(xí)受力分析、效率和潤(rùn)滑2 2三、蝸桿傳動(dòng)的效率三、蝸桿傳動(dòng)的效率321式中：1嚙合效率；2軸承的效率；3考慮攪油損耗的效率；二、相對(duì)滑動(dòng)速度：二、相對(duì)滑動(dòng)速度：222121sincossgg蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效

10、率和潤(rùn)滑四、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑目的：減摩、散熱。 潤(rùn)滑油粘度及給油方式一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)滑油的粘度和給油方法，見表910。蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/61/3。給油方法：油池潤(rùn)滑：噴油潤(rùn)滑蝸桿傳動(dòng)的受力分析、效率和潤(rùn)滑)tan(tan1gg)tan11(dmzg Z1嚙合效率1與蝸桿頭數(shù) z1 的近似關(guān)系見表99。式中：g蝸桿的導(dǎo)程角；當(dāng)量摩擦角，見表98?；瑒?dòng)速度，則 為什么？受力分析、效率和潤(rùn)滑3 39-59-5蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算1 1一、蝸輪齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、蝸輪齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“點(diǎn)蝕”和“膠合”失效。強(qiáng)

11、度條件：HH以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 H 。校核式：gcos47. 92212ddKTZEHH式中：ZE彈性系數(shù)，見表86；T2蝸輪的工作轉(zhuǎn)矩（N.mm)；蝸輪的許用接觸應(yīng)力（MPa)，見表911。H（917）9-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算承載能力計(jì)算2 2設(shè)計(jì)式：qm3222cos47.9HEzZKTg（918）注：1）gcos47.9的值根據(jù) z1 查表912。將 d1mq 和 d2mz2 代入校核式整理得2）設(shè)計(jì)中，根據(jù)由上式計(jì)算的 值，查表92確定標(biāo)準(zhǔn)的m和q。qm3蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算動(dòng)載荷系數(shù)，見P205；vK齒向載荷分布系數(shù)，見P205；KKA工作情況系數(shù)，見表97；K

12、KKKAvK載荷系數(shù)，蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“疲勞斷齒”。強(qiáng)度條件：FF校核式：YYmddKTFF21264.1F式中：YF齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù) 查表913。3coszz螺旋角系數(shù)，gY1401Y蝸輪的許用彎曲應(yīng)力（MPa)，見表911 。F設(shè)計(jì)式：qm3YYzKTFF2264.1（920）（921）注：設(shè)計(jì)中，根據(jù)由上式計(jì)算的 值，查表92確定標(biāo)準(zhǔn)的m和q。qm3蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算（注： ）靜強(qiáng)度計(jì)算和熱平衡 四、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡四、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡 由于 低，運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生熱量多，導(dǎo)致溫度升高，破壞潤(rùn)滑狀態(tài)，從而 使摩擦

13、增大，甚至發(fā)生膠合。 為控制溫升，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡：在單位時(shí)間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算三、蝸輪輪齒的靜強(qiáng)度計(jì)算三、蝸輪輪齒的靜強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于工作中有短時(shí)過載或尖峰載荷的蝸桿傳動(dòng)，需計(jì)算其靜強(qiáng)度。靜強(qiáng)度計(jì)算公式與疲勞強(qiáng)度的相應(yīng)公式相同，只是許用應(yīng)力有所不同。靜強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力確定見P120。熱平衡計(jì)算2 2 即01111000tthAP75.110033.0aA（a傳動(dòng)的中心距）有散熱片時(shí)：hAPtt)1 (1000101油的溫升：6070h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，一般取 h( 12 18 ) W/(m2)；A 箱體的散熱面積(m2)，可按下式近似計(jì)算，t1潤(rùn)滑油的工作溫度()； 通常取 t1 20 式中：P1傳動(dòng)的輸入功率（kW)；t0環(huán)境溫度()。摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)的熱量蝸桿傳動(dòng)的承載能力