專升本機械設(shè)計基礎(chǔ)第8章蝸桿傳動

1、第第8章章 蝸桿傳動蝸桿傳動8-1 蝸桿傳動的類型、特點、蝸桿傳動的類型、特點、參數(shù)和尺寸參數(shù)和尺寸8 8-2 蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和常用蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和常用 材料材料8 8-3 蝸桿傳動的受力分析及強度計算蝸桿傳動的受力分析及強度計算8-6 8-6 蝸桿傳動的安裝與維護蝸桿傳動的安裝與維護8-8-5 蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)8 8- 4 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算作用：作用： 用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力。用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力。 909011 1組成組成: :蝸桿、蝸輪。蝸桿、蝸輪。蝸桿蝸桿22 2蝸輪蝸

2、輪一、特點及應(yīng)用一、特點及應(yīng)用8-1 蝸桿傳動蝸桿傳動的類型、特點、參數(shù)和尺寸的類型、特點、參數(shù)和尺寸 改進措施：改進措施：將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪，將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪， 所得蝸輪蝸桿為所得蝸輪蝸桿為線接觸線接觸。點接觸點接觸優(yōu)點：優(yōu)點： 傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小、傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小、 可自鎖。可自鎖。通常通常i=8i=88080缺點：缺點： 傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。線接觸線接觸二、類型二、類型環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動 錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動 普通圓柱普通圓柱

3、蝸桿傳動蝸桿傳動 圓弧圓柱圓弧圓柱蝸桿傳動蝸桿傳動 阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿法向直廓蝸桿 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 阿基米德螺線阿基米德螺線2阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿單刀加工單刀加工阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿(ZA)中間平面中間平面1. 正確嚙合條件正確嚙合條件中間平面：過蝸桿軸線垂直于蝸輪軸線。正確嚙合條件是中間平面內(nèi)參數(shù)分別相等：正確嚙合條件是中間平面內(nèi)參數(shù)分別相等：mt2t2=ma1a1=m ，t2 =a1= 取標(biāo)準(zhǔn)值在中間平面內(nèi)，蝸輪蝸桿相當(dāng)于齒輪齒條嚙合。在中間平面內(nèi)，蝸輪蝸桿相當(dāng)于齒輪齒條嚙合。三、圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)三、圓柱蝸桿傳動的主要

4、參數(shù)2ZA蝸桿：蝸桿： a=20軸向模數(shù)模數(shù)m m取標(biāo)準(zhǔn)值，與齒輪模數(shù)系列不同。取標(biāo)準(zhǔn)值，與齒輪模數(shù)系列不同。第一系列第一系列1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40第二系列第二系列1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14蝸桿模數(shù)蝸桿模數(shù)m值值 GB10088-88GB10088-882. 模數(shù)模數(shù)m和壓力角和壓力角 壓力角壓力角ZN蝸桿：蝸桿： n=20法向ZI蝸桿：蝸桿： n=20ZK蝸桿：蝸桿： n=20為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)量，規(guī)定為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)

5、量，規(guī)定d d1 1只能取標(biāo)準(zhǔn)值。只能取標(biāo)準(zhǔn)值。蝸輪蝸桿輪齒旋向相同蝸輪蝸桿輪齒旋向相同.若若 9090 1 12 21 1 1 1+1 1 9090蝸輪右旋蝸輪右旋蝸桿右旋蝸桿右旋1 1+2 2定義定義s=es=e的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。d d1 1e es sd d2 23.3.蝸桿的分度圓直徑蝸桿的分度圓直徑d d1 11 11 1tt2 24. 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1 ：即螺旋線的數(shù)目。即螺旋線的數(shù)目。蝸桿轉(zhuǎn)動一圈，相當(dāng)于齒條移動蝸桿轉(zhuǎn)動一圈，相當(dāng)于齒條移動z1個齒，推動蝸輪轉(zhuǎn)個齒，推動蝸輪轉(zhuǎn)過過z1個齒。個齒。通常取：通常取： z1=1

6、2 4 65. 蝸桿的導(dǎo)程角蝸桿的導(dǎo)程角將分度圓柱展開得：將分度圓柱展開得：= = z z1 1 p pa1a1/d/d1 1 = =mzmz1 1/d/d1 1 tgtg1 1= =l/d/d1 1 dd1 1lp pa1a11 1d d1 1= =z z1 1/q /q 1 11 16. 傳動比傳動比 i 和齒數(shù)比和齒數(shù)比 u傳動比傳動比 : z1z2 = -n2n1i = -若想得到大若想得到大 i , 可?。嚎扇。?z1=1，但傳動效率低。但傳動效率低。對于大功率傳動對于大功率傳動 , 可取：可?。?z1=2，或，或 4。蝸輪齒數(shù)：蝸輪齒數(shù)： z2= i z1 為避免根切：為避免根切：

7、 z2 26 一般情況：一般情況： z2 80 80 z2過大過大 蝸桿長度蝸桿長度 剛度、嚙合精度剛度、嚙合精度 結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸= u-齒數(shù)比齒數(shù)比 7. 蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2表表8-2 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)與蝸輪齒數(shù)z2的推薦值的推薦值傳動比傳動比i 5 715 1430 2982 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1 6 4 2 1 蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2 2931 2961 2961 2982 a =(d1 +d1 )/28. 蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距= m(q+ z1) /2圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計算圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計算由蝸桿傳動的功用，以及給定的傳動比由蝸桿傳動的功

8、用，以及給定的傳動比 i , z1 z2 計算求得計算求得 m、d1 計算幾何尺寸計算幾何尺寸表表 8-3 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算名名 稱稱計計 算算 公公 式式蝸桿中圓直徑，蝸輪分度圓直徑蝸桿中圓直徑，蝸輪分度圓直徑齒頂高齒頂高齒根高齒根高頂圓直徑頂圓直徑根圓直徑根圓直徑蝸桿軸向齒距、蝸輪端面齒距蝸桿軸向齒距、蝸輪端面齒距徑向間隙徑向間隙中心距中心距蝸蝸 桿桿蝸蝸 輪輪d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa

9、1=pt2= px= mc=0.2 ma=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)一、一、蝸桿傳動的失效形式及材料選擇蝸桿傳動的失效形式及材料選擇主要主要失效形式：失效形式： 膠合、點蝕、磨損、齒根折斷。膠合、點蝕、磨損、齒根折斷。8-38-3蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和常用材料蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和常用材料二、蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則二、蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 * 蝸桿的剛度計算蝸桿的剛度計算 * 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算* 蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算為了防止齒面過度磨損引起的失效，應(yīng)進行：為了防止齒面過度磨損引起的失效，應(yīng)進行

10、：* 傳動系統(tǒng)的熱平衡計算傳動系統(tǒng)的熱平衡計算 為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進行：為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進行：為了防止過熱引起的失效，就要進行：為了防止過熱引起的失效，就要進行： 1 11p212p由相對運動原理可知由相對運動原理可知: :v2 = v1 + vS 齒面間滑動速度齒面間滑動速度vS S= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作速度向量圖，得作速度向量圖，得: :v2 = v1 tg蝸輪的轉(zhuǎn)向蝸輪的轉(zhuǎn)向: :v22 22 2CW蝸輪轉(zhuǎn)向的確定蝸輪轉(zhuǎn)向的確定 vSttv1v21 11 112p12p右旋蝸桿：右旋蝸桿：伸出左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的

11、伸出左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的 切向速切向速 度度vp2p2的方向與拇指指向相同。的方向與拇指指向相同。用手勢確定蝸輪的轉(zhuǎn)向用手勢確定蝸輪的轉(zhuǎn)向：左旋蝸桿：左旋蝸桿：用右手判斷，方法一樣。用右手判斷，方法一樣。2 22 2v2v2蝸輪蝸輪的轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向因蝸輪蝸桿相當(dāng)于螺旋副的運動，有一種實用且簡便的轉(zhuǎn)向判別方法：ar1r2青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 材料材料蝸輪齒圈采用青銅：蝸輪齒圈采用青銅：減摩、耐磨性、抗膠合。減摩、耐磨性、抗膠合。蝸桿采用碳素鋼與合金鋼：蝸桿采用碳素鋼與合金鋼：表面光潔、硬度高。表面光潔、硬度高。材料牌號選擇：材料牌號選擇：高速重載蝸桿：高速重載蝸桿：20Cr,2

12、0CrMnTi20Cr,20CrMnTi( (滲碳淬火滲碳淬火5662HRC) ) 或或 40Cr 42SiMn 4540Cr 42SiMn 45 ( (表面淬火表面淬火4555HRC) )一般蝸桿：一般蝸桿：40 45 40 45 鋼調(diào)質(zhì)處理鋼調(diào)質(zhì)處理( (硬度為硬度為220220250HBS) )蝸輪材料蝸輪材料： vS S 12 12 m/s m/s時時 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1錫青銅制造。錫青銅制造。vS S 12 12 m/s m/s時時 ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅錫青銅vS S 6 6 m/sm/s時時 ZCuAl10Fe3 ZCuAl1

13、0Fe3鋁青銅。鋁青銅。vS S 2 1015 m/s時，采用壓力噴油潤滑。時，采用壓力噴油潤滑。當(dāng)當(dāng)v1 4 m/s時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。ra/3 一一個個齒齒高高三、三、蝸桿傳動的熱平衡計算蝸桿傳動的熱平衡計算由于蝸桿傳動效率低，發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)，油溫升高，潤滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此，對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動必須進行熱平衡計算由熱平衡條件：由熱平衡條件：HH1 1= H= H2, 2, 得：得：t1= t2 + d d S S1000P1000P1 1(1-) (1-) 其中：其中：P P1 1-蝸桿傳遞的功率；蝸桿傳遞的功

14、率；d d-表面散熱系數(shù)；一般?。罕砻嫔嵯禂?shù)；一般?。篸 d=8.1517.45 W/(m2 )S S-散熱面積散熱面積, m, m2 2, , 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對于箱體上的散熱片，其散熱油飛濺到的箱殼面積。對于箱體上的散熱片，其散熱面積按面積按50%50%計算。計算。摩擦損耗產(chǎn)生的熱量摩擦損耗產(chǎn)生的熱量: : H H1 1=1000P=1000P1 1(1-) (1-) 箱璧散發(fā)的熱量箱璧散發(fā)的熱量: : H H2 2= =d d S(tS(t1 1- t- t2 2 ) ) -蝸桿傳遞的效率；蝸桿傳遞的效率；t t1 1-工作油

15、溫，一般?。汗ぷ饔蜏兀话闳。?070 t t2 2-工作環(huán)境溫度，一般?。汗ぷ鳝h(huán)境溫度，一般?。?0 保持工作溫度所需散熱面積：保持工作溫度所需散熱面積： S S = m2d d ( (t1 t2) )1000P1000P1 1(1-) (1-) 當(dāng)工作油溫：當(dāng)工作油溫： t0 80 或散熱面積不足時，應(yīng)采或散熱面積不足時，應(yīng)采取散熱措施：取散熱措施：1 1）增加散熱面積）增加散熱面積-加散熱片；加散熱片；2 2）提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)- 加風(fēng)扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。加風(fēng)扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。油泵油泵冷冷卻卻器器冷冷卻卻水水一、蝸桿的結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu): 通常與軸制成一體通

16、常與軸制成一體z1=1或或2時：時：b1 (11+0.06z2)mz1= 4時時: b1 (12.5+0.09z2)mb1 蝸桿軸蝸桿軸蝸桿長度蝸桿長度b1的確定：的確定：8-58-5 蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)1)無退刀槽結(jié)構(gòu)：加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。2) 有退刀槽：加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。青島科技大學(xué)專用 潘存云教授研制 車削中工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運動。刀具沿平行旋轉(zhuǎn)軸線運動車削中工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運動。刀具沿平行旋轉(zhuǎn)軸線運動時，就形成內(nèi)、外園柱面。刀具沿與軸線相交的斜線運動，就時，就形成內(nèi)、外園柱面。刀具沿與軸線相交的斜線運動，就形成錐面。仿形車床或數(shù)控車床上，可以控制刀具沿著一條曲形成錐面。仿形車床或數(shù)控車床上，可以控制刀具沿著一條曲線進給，則形成一特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成型車刀，橫向進給線進給，則形成一特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成型車刀，