第12章 蝸桿傳動

1、機械設計基礎機械設計基礎第第12章章 蝸桿傳動蝸桿傳動12.1 蝸桿傳動的特點和類型蝸桿傳動的特點和類型 12.1.1 蝸桿蝸輪的形成蝸桿蝸輪的形成軸線交錯，減速蝸桿為主動件，旋向相同軸線交錯，減速蝸桿為主動件，旋向相同。12.1.2 蝸桿傳動的特點蝸桿傳動的特點1傳動比大傳動比大411z6082z10006002z動力傳動時動力傳動時分度傳動時分度傳動時12zzi 2傳動平穩(wěn)、噪音小傳動平穩(wěn)、噪音小逐漸進入嚙合，逐漸退出嚙合逐漸進入嚙合，逐漸退出嚙合3承載能力大承載能力大蝸輪的分度圓柱面為弧面蝸輪的分度圓柱面為弧面4容易實現(xiàn)自鎖容易實現(xiàn)自鎖5傳動效率低傳動效率低5 . 08 . 07 . 0

2、能自鎖時一般情況 當蝸桿的導當蝸桿的導程角小于蝸桿副程角小于蝸桿副的當量摩擦角的當量摩擦角1. 按蝸桿形狀分按蝸桿形狀分（1）圓柱蝸桿傳動）圓柱蝸桿傳動（2） 環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動（3） 錐面蝸桿傳動錐面蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動12.1.3 蝸桿蝸輪機構的分類蝸桿蝸輪機構的分類圓柱蝸桿可分為：圓柱蝸桿可分為：（a）阿基米德蝸桿（）阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）蝸桿） 阿基米德蝸桿和蝸輪在中間平面上是直齒條和漸開線阿基米德蝸桿和蝸輪在中間平面上是直齒條和漸開線齒輪的嚙合，加工時用車刀直接車削在無需磨削加工的情齒輪的嚙合，加工時用車刀直接車削在無需磨削

3、加工的情況下廣泛應用，必須磨削時需采用特制截面形狀的砂輪。況下廣泛應用，必須磨削時需采用特制截面形狀的砂輪。（b）漸開線蝸桿（）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）蝸桿） 漸開線蝸桿的端面齒廓為漸開線，與蝸桿基圓柱相漸開線蝸桿的端面齒廓為漸開線，與蝸桿基圓柱相切的截面，齒廓是直線。加工時可以像圓柱齒輪一樣用切的截面，齒廓是直線。加工時可以像圓柱齒輪一樣用滾刀銑切，可用平面砂輪來磨，需要專用機床。滾刀銑切，可用平面砂輪來磨，需要專用機床。（c）法向直廓蝸桿（）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）蝸桿） 法向直廓蝸桿的導程角很大，加工時最好使刀具法向直廓蝸桿的導程角很大，加工時最好使刀具的切削平面在垂直于齒槽中點螺旋線的法

4、平面內(nèi)。磨的切削平面在垂直于齒槽中點螺旋線的法平面內(nèi)。磨削是用直母線的砂輪在普通螺紋磨床上進行。削是用直母線的砂輪在普通螺紋磨床上進行。12.2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù) 和幾何尺寸和幾何尺寸1模數(shù)模數(shù)蝸桿蝸桿軸向模數(shù)軸向模數(shù)mX蝸輪蝸輪端面模數(shù)端面模數(shù)mt2壓力角壓力角 20壓力角壓力角12.2.1 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸1z2z范圍：范圍：1 4 分度或要求自鎖時，取小。否則，取大。分度或要求自鎖時，取小。否則，取大。避免根切，取最小值為避免根切，取最小值為26。3. 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)z2要求自鎖要求自鎖 z1

5、= 1 ，提高效率時取，提高效率時取 z1 1z2 = i z1=28 804導程角導程角1111xz pz mtgdd5蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)和蝸桿直徑系數(shù)qmdq1q蝸桿直徑系數(shù)蝸桿直徑系數(shù)11z mdtg1dmq令令則：則：6蝸桿蝸輪傳動的幾何尺寸計算蝸桿蝸輪傳動的幾何尺寸計算)(21)(21221zqmdda22dmz其余幾何尺寸的計算參照直齒輪，只是取其余幾何尺寸的計算參照直齒輪，只是取ha*=1，c*=0.2傳動比傳動比回轉(zhuǎn)方向的判斷回轉(zhuǎn)方向的判斷7. 蝸桿蝸輪的傳動比及其轉(zhuǎn)動方向的判斷蝸桿蝸輪的傳動比及其轉(zhuǎn)動方向的判斷蝸輪轉(zhuǎn)動方向由右手螺旋法則確定。蝸輪轉(zhuǎn)

6、動方向由右手螺旋法則確定。1212112122112ddtgdddtgdzzi 試確定圖試確定圖a所示傳動中蝸輪的轉(zhuǎn)向，及圖所示傳動中蝸輪的轉(zhuǎn)向，及圖b所示傳動所示傳動中蝸桿和蝸輪的旋向。中蝸桿和蝸輪的旋向。8. 滑動速度滑動速度22211cosvvvvs12.2.2 蝸桿傳動的正確嚙合條件蝸桿傳動的正確嚙合條件12122xtxtmmm12.3 蝸桿傳動的失效形式、蝸桿傳動的失效形式、 材料和結(jié)構材料和結(jié)構12.3.1 蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效形式齒面點蝕齒面點蝕 蝸輪材料為鑄錫青銅時，蝸輪材料為鑄錫青銅時，此種材料強度稍低此種材料強度稍低齒面膠合齒面膠合 蝸輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時蝸

7、輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時齒面磨損齒面磨損 開式傳動或潤滑油不清潔開式傳動或潤滑油不清潔輪齒折斷輪齒折斷 蝸輪齒數(shù)過多或強烈沖擊載荷蝸輪齒數(shù)過多或強烈沖擊載荷由于蝸輪材料強度低，失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上由于蝸輪材料強度低，失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上對于大多數(shù)蝸桿傳動，其承載能力主要取決于接觸強度對于大多數(shù)蝸桿傳動，其承載能力主要取決于接觸強度材料要求：減摩性好、耐摩、抗膠合、足夠的強度材料要求：減摩性好、耐摩、抗膠合、足夠的強度碳碳 鋼鋼 45號鋼號鋼 調(diào)質(zhì)或淬火調(diào)質(zhì)或淬火蝸蝸 桿桿合金鋼合金鋼 20Cr、20CrMnTi、40Cr鑄錫青銅鑄錫青銅 ZCuSn10P1 適合高速適合高速蝸蝸 輪輪鑄

8、鋁青銅鑄鋁青銅 ZCuAl 10Fe3 低速重載低速重載灰鑄鐵灰鑄鐵 HT200 低速輕載低速輕載減摩性好減摩性好12.3.2 蝸桿傳動的材料蝸桿傳動的材料12.3.3 蝸桿和蝸輪的結(jié)構蝸桿和蝸輪的結(jié)構12.4 蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析各力關系：各力關系：各力方向：各力方向：Ft、Fr 同斜齒輪同斜齒輪Fa用主動輪左右用主動輪左右手定則判斷，一般手定則判斷，一般蝸桿主動。蝸桿主動。21atFF21taFF21rrFF各力大?。焊髁Υ笮。?121/2dTFFattgFFFtrr2212221/2dTFFtacoscos/2tnFF注意：用平面圖表示注意：用平面圖表示Fa1Ft2Ft1

9、Fa2n1Fr2Fr1n2n1各力應畫在各力應畫在受力點上受力點上1212.5.1 效率效率嚙合效率類似于螺旋副：嚙合效率類似于螺旋副：)(1tgtg故：故：)()97. 095. 0(tgtg設計之初，設計之初， 未知，可按未知，可按 z1 初選：初選：由此可知，由此可知，z1 z1 = 1 時，時， = 0.70.75 z1 = 2 時，時， = 0.750.82 z1 = 4 時，時， = 0.870.92 自鎖時，自鎖時， 4 m/s時蝸桿上置時蝸桿上置有利于潤滑有利于潤滑 避免過大的攪油損失避免過大的攪油損失 12.5.3 蝸桿傳動的熱平衡計算蝸桿傳動的熱平衡計算對象對象 連續(xù)工作的

10、閉式蝸桿傳動連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動t油溫油溫時間時間t 熱平衡時的油溫熱平衡時的油溫目的目的 控制油溫，防止膠合控制油溫，防止膠合熱平衡時，單位時間內(nèi)：熱平衡時，單位時間內(nèi)：發(fā)熱量發(fā)熱量 = 散熱量散熱量H1 = P1 - P2 = 1000P1（1 - ） W單位時間內(nèi)的發(fā)熱量：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量：單位時間內(nèi)的散熱量：單位時間內(nèi)的散熱量：H2 = t A（t - t 0 ）= t A t Wt 散熱系數(shù)散熱系數(shù) 自然方式冷卻時自然方式冷卻時 t = 1017 A 箱體散熱面積箱體散熱面積 箱體暴露在空氣中的部分箱體暴露在空氣中的部分 近似計算：近似計算： 275.110033.0mmaA蝸桿傳動蝸桿傳動中心距中心距 t 0 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 常取常取 t 0 = 20 t 溫溫 升升 熱平衡時：熱平衡時：APtt)1(10001則熱平衡計算式：則熱平衡計算式：60 70otC 若若t t ，則采取措施提高散熱能力：則采取措施提高散熱能力：在箱殼外表面加鑄散熱