機械設(shè)計基礎(chǔ)：第6章 齒輪傳動（蝸桿6.15）

1、湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院11 16.156.15 蝸桿傳動蝸桿傳動形成：形成：在交錯軸斜齒輪中，當(dāng)小齒輪的齒數(shù)很少在交錯軸斜齒輪中，當(dāng)小齒輪的齒數(shù)很少（如（如z1=1）而且而且1 1很大時，很大時，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋，蝸桿頭數(shù)：螺旋數(shù)蝸桿頭數(shù)：螺旋數(shù)z z1 1（從端面數(shù)）。（從端面數(shù)）。蝸桿蝸桿蝸桿與螺旋相似有蝸桿與螺旋相似有左左旋旋右右旋之分，常旋之分，常用為右旋。用為右旋。小齒輪稱為蝸桿，而嚙合件稱為蝸輪。小齒輪稱為蝸桿，而嚙合件稱為蝸輪。作用：作用：傳遞兩交錯軸之間的運動和動力，傳遞兩交錯軸之間的運動和動力，9090。22 2蝸輪蝸輪湘潭大學(xué)

2、機械工程學(xué)院6.15.1.16.15.1.1 類型類型圓柱形蝸桿圓柱形蝸桿 環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿錐蝸桿阿基米德蝸桿端面齒形為阿基米德螺線阿基米德蝸桿端面齒形為阿基米德螺線 加工蝸輪加工蝸輪漸開線蝸桿端面齒形為漸開線。漸開線蝸桿端面齒形為漸開線。 圓弧齒圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿軸剖面內(nèi)的齒廓為凹圓弧。軸剖面內(nèi)的齒廓為凹圓弧。蝸桿蝸桿類型類型漸開線蝸桿漸開線蝸桿阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿阿基米德螺線阿基米德螺線漸開線漸開線基圓基圓湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院 圓弧齒圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿錐蝸桿錐蝸桿環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院一、蝸桿傳動的特點湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院P6.15.1.

3、2 特特點點：1) 傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪音很小。傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪音很小。蝸桿輪齒變成連續(xù)不斷的螺旋齒3) 單級可獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊。單級可獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊。因為蝸桿齒數(shù)通常為14 減速用：減速用： 5ii12127070，常用：常用：15ii12125050。相對滑動速度大，摩擦損耗大，易發(fā)熱，相對滑動速度大，摩擦損耗大，易發(fā)熱，效率低。蝸輪用耐磨材料做，成本高。效率低。蝸輪用耐磨材料做，成本高。4)4)當(dāng)當(dāng)1 1 12 m/s 12 m/s時時 ZCuSn10P1 ZCuSn10P1錫青銅制造。錫青銅制造。vS S 12 m/s 12 m/s時時 ZCuSn5P

4、b5Zn5 ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅錫青銅vS S 6 m/s 6 m/s時時 ZCuAl10Fe3 ZCuAl10Fe3鋁青銅。鋁青銅。vS S 2 m/s 45 其他情況其他情況 HRC45 滑動速度滑動速度 vs m/s fv v v fv v v fv v v 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.18 10.2 0.10 0.08 4.57 0.09 5.14 0.13 7.4 0.50 0.055 3.15 0.065 3.72 0.09 5.14 1.00 0.045 2.58 0.055 3.15 0.07 4 2.00 0.035 2 0.045 2.5

5、8 0.055 3.15 3.00 0.028 1.6 0.035 2 0.045 2.58 4.00 0.024 1.37 0.031 1.78 0.04 2.29 5.00 0.022 1.26 0.029 1.66 0.035 2 8.00 0.018 1.03 0.026 1.49 0.03 1.72 10.0 0.016 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院 對動力傳動，宜采用多頭蝸桿對動力傳動，宜采用多頭蝸桿 蝸桿加工困難蝸桿加工困難 過大過大當(dāng)當(dāng) 28 時，效率時，效率增加很少。增加

6、很少。當(dāng)當(dāng) v v 時，蝸桿具有自鎖性，但效率時，蝸桿具有自鎖性，但效率很低。很低。 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 5 10 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)。湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院6.15.6.36.15.6.3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(jìn)行熱平衡計算對閉式傳動，熱量由箱體散逸，要求箱體與環(huán)境溫差：對閉式傳動，熱量由箱體散逸，要求箱體與環(huán)境溫差：t t1 1-t -t0 0 =

7、t =K KA A1000P1000P1 1(1-)(1-) tt=( tt=( t1 1-t -t0 0 )-)-溫度差；溫度差；P P1 1- -蝸桿傳遞的功率蝸桿傳遞的功率, ,KwKw；K K- -表面散熱系數(shù)；一般?。罕砻嫔嵯禂?shù)；一般?。篕=1017 W/(mm2 )A A- -散熱面積散熱面積, m, mmm2 2, , 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)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，壁被油飛濺到的箱殼面積。對于箱體上的散熱片，其散熱面積按其散熱面積按50%50%計算。計算。湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院t-t-溫差許用值，一般取：溫差許用值，一般取： tt=7

8、090 要求要求潤滑潤滑油的工作溫度：油的工作溫度： t1 = t0+ t 90 不能滿足要求時，可采取冷卻措施：不能滿足要求時，可采取冷卻措施：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湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院1 1p211 112p1 112p一般蝸桿為主動，其轉(zhuǎn)向是已知的,蝸輪的轉(zhuǎn)向可通過畫速度矢量確定。蝸輪轉(zhuǎn)向的確定蝸輪轉(zhuǎn)向的確定右旋蝸桿：右旋蝸桿：伸出右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則伸出右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的切向速蝸輪的切向速 度度vp2

9、p2的方向與拇指指向相反。的方向與拇指指向相反。手勢確定：手勢確定：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：左旋蝸桿：左旋蝸桿：用左手判斷，方法一樣。用左手判斷，方法一樣。2 22 2vp2vp22 2vp1vp2蝸輪蝸輪的轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院熱平衡計算2七、蝸桿傳動的散熱措施自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：1） 在箱體外表面加散熱片以增大散熱面積。 2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通。3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。 4）采用壓力噴油循環(huán)潤滑（安裝散熱器） 。蝸桿傳動的設(shè)計計算散熱片濺油輪風(fēng)扇過濾網(wǎng)集氣罩湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院熱平衡計算3通水油泵過濾器冷

10、卻器傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動箱外裝循環(huán)冷卻器蝸桿傳動的設(shè)計計算湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院受力分析2aF二、蝸桿傳動的受力分析輪齒所受的法向力Fn，可分解為：圓周力Ft 、徑向力Fr 、軸向力Fa。蝸桿傳動受力方向判斷coscos2n22ndTF11212dTFFat22212dTFFtatant2r2r1FFF在不計摩擦力時，有以下關(guān)系：式中： n蝸輪的法向壓力角，costantannT2蝸輪的轉(zhuǎn)矩，112iTT1aF1aFnF蝸桿傳動的設(shè)計計算湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院練習(xí)2aF右旋求蝸桿的旋向？Fa12tF求蝸桿的轉(zhuǎn)向？1aF練 習(xí)湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院練習(xí)：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1F

11、t2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院練習(xí)：已知：蝸桿軸為輸入，大錐齒輪軸為輸出，軸轉(zhuǎn)向如圖。試確定:各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。1. n4 n3 n2 Ft2 Fa1 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1蝸輪右旋n4輸出1234蝸桿右旋湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院本本 節(jié)節(jié) 重重 點點(1)(1)熟悉蝸桿傳動的特點。熟悉蝸桿傳動的特點。(2)(2)了解蝸桿傳動的類型、應(yīng)用、材料和結(jié)構(gòu)。了解蝸桿傳動的類型、應(yīng)用、材料和結(jié)構(gòu)。(3)(3)掌握普通圓柱蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸計算。掌握普通圓柱蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸計算。湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院圓柱蝸桿傳動的強度計算圓柱蝸桿傳動的

12、強度計算齒面接觸強度驗算公式：齒面接觸強度驗算公式：d1d22KT2H = 500= 500m2d1z22KT2= 500= 500H 由上式可得設(shè)計公式：由上式可得設(shè)計公式： m2d1 KT2z2 H 5005002式中式中K為載荷系數(shù)，?。簽檩d荷系數(shù)，?。篕 =1.11.3m、d1應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值確定。應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值確定。蝸輪齒面的接觸強度計算與斜齒輪相似，仍以赫茲公式為基礎(chǔ)。以蝸輪蝸桿的節(jié)點處嚙合相應(yīng)參數(shù)代入即可。222121211111EEbFnH赫茲公式赫茲公式: 湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院錫青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力錫青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力H蝸輪材料蝸輪材料鑄造方法鑄造方法適用的滑動速度適用的滑動

13、速度蝸桿齒面硬度蝸桿齒面硬度ZQSn 10-1ZQSn5-5-5砂型砂型 12 180 200金屬型金屬型 12 135 150Vs m/sHBS 350HRC 45金屬型金屬型 25 200 220砂型砂型 10 110 125當(dāng)蝸輪采用青銅制造時，蝸輪的損壞形式主要是疲勞當(dāng)蝸輪采用青銅制造時，蝸輪的損壞形式主要是疲勞點蝕，其許用的接觸應(yīng)力如下表：點蝕，其許用的接觸應(yīng)力如下表：湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院當(dāng)蝸輪采用無錫青銅或鑄鐵制造時，蝸輪的損壞形式當(dāng)蝸輪采用無錫青銅或鑄鐵制造時，蝸輪的損壞形式主要是膠合。其許用的接觸應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料組合和滑主要是膠合。其許用的接觸應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料組合和滑動速度來確定。

14、動速度來確定。鋁青銅及鑄鐵蝸輪的許用接觸應(yīng)力鋁青銅及鑄鐵蝸輪的許用接觸應(yīng)力H Mpa蝸輪材料蝸輪材料蝸桿材料蝸桿材料滑動速度滑動速度vs m/sZQAl10-3HT 150淬火鋼淬火鋼*滲碳鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼0.525013011012301159021090701801601202346890* 蝸桿未經(jīng)淬火時需將表中蝸桿未經(jīng)淬火時需將表中H值降低值降低20%。HT 150、HT 200湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院10-5蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)1蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個整體（蝸桿軸）。 無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度 較