蝸輪蝸桿傳動設(shè)計

1、7 蝸桿傳動7.1 蝸桿傳動的特點、應(yīng)用和類型 7.1.1蝸桿傳動的特點和應(yīng)用         組成：蝸桿、蝸輪（一般蝸桿為主動件，蝸輪為從動件）         作用：傳遞空間交錯的兩軸之間的運動和動力。通常=90°         應(yīng)用：用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造工業(yè)中。最大傳遞功

2、率為750Kw，通常用在50Kw以下。特點:         1）、傳動比大。單級時i=580，一般為i=1550，分度傳動時i可達到1000，結(jié)構(gòu)緊湊。         2）、傳動平穩(wěn)、噪聲小。         3）、自鎖性，當蝸桿導(dǎo)程角小于齒輪間的當量摩擦角時，可實現(xiàn)自鎖。    &#

3、160;    4）、蝸桿傳動效率較低，其齒面間相對滑動速度大，齒面磨損嚴重。         5）、蝸輪的造價較高。為降低摩擦，減小磨損，提高齒面抗膠合能力，蝸輪常用貴重的銅合金制造。          7.1.2 蝸桿傳動的類型    按照蝸桿的形狀不同分為：圓柱蝸桿傳動(a)、環(huán)面蝸桿傳動(b)、錐面蝸桿傳動(c)。 &#

4、160;                                               （a）圓柱蝸桿傳動 

5、0;                            （b）環(huán)面蝸桿傳動                     

6、   （c）錐面蝸桿傳動 圖7-1 蝸桿傳動的類型           1、圓柱蝸桿傳動     蝸桿有左、右旋之分。螺桿的常用齒數(shù)（頭數(shù)）z1=14，頭數(shù)越多，傳動效率越高。蝸桿加工由于安裝位置不同，產(chǎn)生的螺旋面在相對剖面內(nèi)的齒廓曲線形狀不同。          1）、阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）  

7、 如圖所示，阿基米德蝸桿是齒面為阿基米德螺旋面的圓柱蝸桿。通常是在車床上用刃角0=20°的車刀車制而成，切削刃平面通過蝸桿曲線，端面齒廓為阿基米德螺旋線。其齒面為阿基米德螺旋面。         優(yōu)、缺點：蝸桿車制簡單，精度和表面質(zhì)量不高，傳動精度和傳動效率低。頭數(shù)不宜過多。         應(yīng)用：頭數(shù)較少，載荷較小，低速或不太重要的場合。 圖7-2 阿基米德蝸桿   

8、0;       (2）、法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）如圖所示，法向直廓蝸桿加工時，常將車刀的切削刃置于齒槽中線（或齒厚中線）處螺旋線的法向剖面內(nèi)，端面齒廓為延伸漸開線。       優(yōu)、缺點：常用端銑刀或小直徑盤銑刀切制，加工簡便，利于加工多頭蝸桿，可以用砂輪磨齒，加工精度和表面質(zhì)量較高。        應(yīng)用：用于機場的多頭精密蝸桿傳動。   

9、60;      3）、漸開線蝸桿（ZI蝸桿） 如圖所示，漸開線蝸桿是齒面為漸開線螺旋面的圓柱蝸桿。用車刀加工時，刀具切削刃平面與基圓相切，端面齒廓為漸開線。        優(yōu)、缺點：可以用單面砂輪磨齒，制造精度、表面質(zhì)量、傳動精度及傳動效率較高。         應(yīng)用：用于成批生產(chǎn)和大功率、高速、精密傳動，故最常用。   &#

10、160;      2、環(huán)面蝸桿傳動特點：             （1）、齒輪表面有較好的油膜形成條件，抗膠合的承載能力和效率都較高；             （2）、同時接觸的齒數(shù)較多，承載能力為圓柱蝸桿傳動的1.54倍；    

11、60;        （3）、制造和安裝較復(fù)雜，對精度要求高；             （4）、需要考慮冷卻的方式。          3、錐面蝸桿傳動特點： （1）、嚙合齒數(shù)多，重合度大，傳動平穩(wěn)，承載能力強；      

12、60;       （2）、蝸輪用淬火鋼制造，節(jié)約有色金屬。                                        

13、        圖7-6 錐面蝸桿                                         &#

14、160;                             圖7-7 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)      7.2 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面，稱為中間平面。在中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的嚙合就相當于漸開線齒條與齒輪的嚙合。在蝸桿傳

15、動的設(shè)計計算中，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準 。      7.2.1 主要參數(shù)               1、模數(shù)m和壓力角a         蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸向模數(shù)mx1、壓力角x1應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即 mx1= mt2 = m x1=t2=20° 

16、;     =      ：為蝸輪的螺旋角，：螺桿的導(dǎo)程角。表7-1 圓柱蝸桿的基本尺寸和參數(shù)                2、螺桿導(dǎo)程角      px1：為蝸桿軸向齒距，px1=m（mm）；為導(dǎo)程角（°）。導(dǎo)程角越大，傳動效率越高， =3.5°55°。傳動效率高時，常取=1

17、5°30°，采用多頭蝸桿。若要求傳動時反向自鎖時，取3°40。               3、蝸桿分度圓直徑d1  由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d1。      導(dǎo)程角大，其傳動效率高，但會使蝸桿的強度、剛度降低。在蝸桿剛度允許的情況下，設(shè)計蝸桿傳動時，要求

18、傳動效率高時，d1可以選小值，當要求強度和剛度大時，d1選大值。               4、蝸桿的頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動比 i      較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效率較低，可以實現(xiàn)自鎖；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)過多時不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。      蝸輪齒數(shù)主要取決于傳

19、動比，即z2= i z1 。 z2不宜太?。ㄈ鐉228)，否則將使傳動平穩(wěn)性變差。 z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時，蝸輪尺寸越大，剛度越小，影響傳動的嚙合精度，所以蝸輪齒數(shù)不大于100，常取3280。z1、z2之間最好互質(zhì)，利于磨損均勻。傳動比 i：（7.1）傳動比 i的公稱值有：5，7.5，10*，12.5，15，20*，25，30，40*，50，60，70，80*。帶*的為基本傳動比，優(yōu)先選用。               5、中心距： （

20、7.2）   為便于大批生產(chǎn)，減少箱體類型，有利于標準化、系列化，國標中對一般圓柱蝸桿減速裝置 的中心距推薦為：40，50，63，80，100，125，160，（180），200，（225），250，（280），315，（335），400，（450），500。      7.2.2 蝸桿傳動何尺寸表7-2 蝸桿傳動何尺寸       7.3 蝸桿傳動的失效形式、材料和精度         

21、; 7.3.1蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計準則            1、失效形式主要失效形式有：齒面疲勞點蝕、膠合、磨損及輪齒折斷。         齒面間相對滑動速度vs： （7.3）         在潤滑及散熱不良時，閉式傳動易出現(xiàn)膠合，但由于蝸輪的材料通常比蝸桿材料軟，發(fā)生膠合時，蝸輪表面金屬粘到蝸桿的螺旋面上，

22、使、蝸輪工作齒面形成溝痕。蝸輪輪齒的磨損嚴重，尤其在開式傳動和潤滑油不清潔的閉式傳動中。            2、 計算準則        對于閉式蝸輪傳動，通常按齒面接觸疲勞強度來設(shè)計，并校核齒根彎曲疲勞強度。對于開式蝸輪傳動，或傳動時載荷變動較大，或蝸輪齒數(shù)z2大于90時，通常只須按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。由于蝸桿傳動時摩擦嚴重、發(fā)熱大、效率低，對閉式蝸桿傳動還必須作熱平衡計算，以免發(fā)生膠合失效。&

23、#160;     7.3.2 蝸桿蝸輪常用材料及熱處理         蝸輪和蝸桿材料要有一定的強度，還要有良好的減摩性、耐摩性和抗膠合能力。蝸桿傳動常用青銅（低速時用鑄鐵）做蝸輪齒圈，與淬硬并磨制的鋼制蝸桿相匹配。           1、蝸桿材料及熱處理          

24、  一般不重要的蝸桿用45鋼調(diào)質(zhì)處理；            高速、重載但載荷平穩(wěn)時用碳鋼、合金鋼，表面淬火處理；            高速、重載且載荷變化大時，可采用合金鋼滲碳淬火處理。表7-3蝸桿材料及熱處理           &#

25、160;    2、蝸輪材料及許用應(yīng)力      錫青銅：減摩性、耐磨性好，抗膠合能力強，但價格高，用于相對滑動速度vs25m/s的高速重要蝸桿傳動中；鑄鋁青銅：強度好、耐沖擊而且價格便宜，但抗膠合能力和耐磨性不如錫青銅，一般用于vs 10m/s的蝸桿傳動中；灰鑄鐵：用于vs 2m/s的低速、輕載、不重要的蝸桿傳動中。表7-3 錫青銅蝸輪的許用應(yīng)力 表7-4 鋁鐵青銅及鑄鐵蝸輪的許用應(yīng)力       7.3.3 蝸桿傳動的精度等級  &

26、#160;       GB 1008988對普通圓柱蝸桿傳動規(guī)定了112個精度等級1級精度最高，其余等級依次降低，12級為最低，69級精度應(yīng)用最多，6級精度傳動一般用于中等精度的機床傳動機構(gòu)，蝸輪圓周速度v25m/s，7級精度用于中等精度的運輸機或高速傳遞動力場合,蝸輪圓周速度v27.5m/s，8級精度一般用于一般的動力傳動中，蝸輪圓周速度v23m/s，9級精度一般用于不重要的低速傳動機構(gòu)或手動機構(gòu)，蝸輪圓周速度v21.5m/s。      7.4 蝸桿傳動的強度計算

27、60;         7.4.1蝸桿傳動的受力分析    蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。在不計摩擦力時，有以下關(guān)系：                      

28、0;                                圖7-8 蝸桿傳動的受力分析       7.4.2蝸桿傳動的強度計算       

29、0;  1、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算     蝸輪齒面接觸疲勞強度的校核公式為 ：                                           &

30、#160;          （7.4）      適用于鋼制蝸桿對青銅或鑄鐵蝸輪(齒圈)配對蝸輪輪齒面接觸疲勞強度的設(shè)計公式為：                                 &#

31、160;                     （7.5）          2、 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪齒根彎曲強度的校核公式為：  （7.6）               

32、60;                  設(shè)計公式為：                                       

33、0;               （7.7）      7.5 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算          7.5.1 蝸桿傳動的效率                  &

34、#160;                                   （7.8）        1輪齒嚙合齒面間摩擦損失的效率；         2考慮油的攪動

35、和飛濺損耗時的效率；         3考慮軸承摩擦損失時的效率；1是對總效率影響最大的因素，可由下式確定：           （7.9）式中：l 蝸桿的導(dǎo)程角；jv當量摩擦角。            （7.10）效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為：      閉式傳動Z1  

36、;     總 效 率 0.65 0.75 0.750.82 0.820.92       自鎖時： 0.5       開式傳動：z1=1、2時=0.600.70       7.5.2 蝸桿傳動的潤滑          潤滑的主要目的在于減摩與散熱。具體潤滑方法與齒輪傳動的潤滑相近。潤滑油：潤滑油的種類很

37、多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條件選用。潤滑油粘度及給油方式：一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法包括：油池潤滑、噴油潤滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要對準蝸桿嚙入端，而且要控制一定的油壓。          潤滑油量：潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。對于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個齒高；當蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。      7.5.3 蝸桿傳動的熱平衡計算 

38、        由于傳動效率較低，對于長期運轉(zhuǎn)的蝸桿傳動，會產(chǎn)生較大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會破壞潤滑狀態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進一步惡化。         系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為： （7.11）         自然冷卻從箱壁散去的熱量為： （7.12）     K箱體表面的散熱系

39、數(shù)，自然通風良好時：K (1417.5)W/(m2?)；在沒有循環(huán)空氣流動的場所： K (8.710.5)W/(m2?)；     A 箱體的可散熱面積(m2)；A=A1+0.5A2,A1指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁能被油飛濺到的箱殼面積，A2指箱體的散熱片面積。     t1潤滑油的工作溫度()；t2環(huán)境溫度()，一般取20 。在熱平衡條件下可得： （7.13）      可用于系統(tǒng)熱平衡驗算，一般t190 散熱措施：如果工作溫度t1超過了t1,則首先考慮在不增大箱體尺寸的前提下，設(shè)法增加散熱面積。如不能滿足要求可用下列強制措施解決。  &#