第七章 蝸桿傳動

1、第七章 蝸桿傳動7.1 蝸桿傳動的特點和類型7.1.1 蝸桿傳動的特點及應(yīng)用蝸桿傳動的特點：1、能夠?qū)崿F(xiàn)空間交錯軸之間的傳動，通常交錯角為90；2、單級傳動比大（一般為1080），結(jié)構(gòu)緊湊；3、傳動平穩(wěn)，噪音??；4、可以實現(xiàn)自鎖（當 時）；5、傳動效率低，通常為7080；6、成本較高。v7.1.2 蝸桿傳動的類型n根據(jù)蝸桿的形狀不同，蝸桿傳動分為 圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動三大類。環(huán)面、圓柱及錐蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動錐蝸桿傳動n根據(jù)刀具加工位置的不同（根據(jù)垂直于蝸桿軸線剖面上的齒廓形狀），普通圓柱蝸桿分為： 阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿。阿基米德蝸桿n加工時，標

2、準齒條形車刀水平放置在蝸桿軸線平面內(nèi)；n軸截面齒形為直齒齒條形齒廓；n法截面齒形為外凸曲線齒廓；n橫截面齒廓為阿基米德螺旋線。漸開線蝸桿n可用兩把刀具加工，刀具頂面與基圓柱相切，一把刀具的刀刃高于蝸桿軸線，另一把刀具的刀刃低于蝸桿軸線；n橫截面為漸開線齒廓，軸截面為凸曲線齒廓；n齒廓能磨削加工，加工精度高，多用于較高速,較精密或較大功率傳動.法向直廓蝸桿n車刀刀刃平面位于螺旋線的法面上；n橫截面為延伸漸開線齒廓，法截面為直線齒廓；n齒廓可以進行磨削加工，多用于精密傳動。n根據(jù)蝸桿的頭數(shù)不同：單頭蝸桿、雙頭蝸桿、多頭蝸桿等。7.2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和

3、幾何尺寸n7.2.1 普通圓柱阿基米德蝸桿傳動的主要參數(shù)普通圓柱阿基米德蝸桿傳動的主要參數(shù)n1 、蝸桿傳動的正確嚙合條件及模數(shù)m 和齒形角 。n中間平面：通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。對于蝸桿，其為蝸桿的軸面；對于蝸輪，中間平面為蝸輪的端面n蝸桿傳動的設(shè)計計算以中間平面為準。蝸桿傳動中間平面主要參數(shù)關(guān)系節(jié)距與模數(shù)的關(guān)系121212atatatPPPmmm蝸桿的導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角的關(guān)系2蝸桿正確嚙合條件1212 atatmmm；22 、蝸桿分度圓直徑d1和導(dǎo)程角n蝸桿的分度圓直徑：蝸桿上理論齒厚等于齒槽寬的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。111111111tan/tanaz Pdz m dz md

4、dqmz m蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角為蝸桿的直徑系數(shù)；Z為蝸桿的頭數(shù)；n加工蝸輪的滾刀是和蝸桿尺寸參數(shù)完全相同的蝸桿滾刀。一個蝸桿對應(yīng)一個蝸桿滾刀。為了限制加工蝸輪時滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標準化，因此對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1mmm11.251.62d1mm1820 20.420 28(18) 22.4 (28)35.5m2d1mm1831.25 3551.271.6872 89.6 112142mmm2.53.154d1mm(22.4) 28(35.5) 45(28) 35.5 (45) 56(31.5) 40(50) 71m2d1mm140 175221.9281352

5、.5 446.5556504 640 80011363、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2 蝸桿頭數(shù)：是指組成蝸桿螺紋線的數(shù)量Z1，通常取為：1，2，4, 6(若要得到大傳動比，可取Z11，但此時傳動效率低；Z1越大傳動效率越高，但加工越困難。） 蝸輪齒數(shù) ，一般取Z2=2680（Z2過少易根切，過多會使結(jié)構(gòu)尺寸過大，蝸桿長度增加，導(dǎo)致蝸桿剛度降低，影響嚙合精度。）n傳動比：1221ZZnni21ZiZ 傳動比 i蝸桿頭數(shù)z1蝸輪齒數(shù)z27134285214272285428402、1288040140蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用值cos12221s4、齒面間相對滑動速度n式中：d1-蝸桿分 度圓直徑，m

6、m；n n1-蝸桿的轉(zhuǎn)速， r/min；n 蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角。2/ )(21dda2 . 01*cha7.2.2 普通圓柱蝸桿傳動的幾何計算中心距計算公式：齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)：名稱符號蝸桿蝸輪分度圓直徑dd1d2=mz2中心距aa=（d1+d2）/2齒頂圓直徑dada1= d1+2mda2= d2+2m齒根圓直徑dfdf1= d1-2.4mdf2= d2-2.4m蝸輪最大外圓直徑de2de2= da2+m蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2Ra2= df1+0.2m蝸輪齒根圓弧半徑Rf2Rf2= da1+0.2m蝸輪輪緣寬度bz13時，b0.75 da1z1=4時，b0.67 da1蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程

7、角=arctan （z1m/d1）pP=m蝸桿螺旋部分長度Lz1=1、2時，L(11+0.06 z2)m;z2=4時，L(12.5+0.09 z2)m;磨削蝸桿加長量：當m10(mm)時，加長25（mm）當m=1016(mm)時，加長3540（mm）7.3 蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準則和材料選擇蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準則和材料選擇7.3.1 蝸桿傳動的失效形式 蝸桿傳動的失效形式主要是齒面膠合、點蝕、磨損和輪齒的折斷，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。7.3.2 設(shè)計準則 閉式蝸桿傳動中，蝸輪輪齒多因齒面膠合或點蝕而失效，因此通常按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計。并進行熱平衡計算。 開式蝸桿傳動中，多

8、發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。7.3.3 蝸桿和蝸輪材料的選擇n對材料的要求： 蝸桿和蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨性及跑和性能。n蝸桿材料： 蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制成，要求齒面光潔并具有較高的硬度。12s10s2s蝸輪材料n蝸輪常用材料：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵n鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5) ： 減摩性、耐磨性最好，抗膠和能力最強，但是抗彎曲強度較低，價格較高，多用于 m/s 的重要傳動中。n鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3): 有足夠的強度，價格便宜，但是耐磨性和抗膠和能力差，用于

9、m/s 的傳動中。n灰鑄鐵(HT150、HT200): 用于 m/s 的低速或手動傳動中。tan2222122121121trratatFFFdTFFdTFF7.4 普通圓柱蝸桿的強度計算n7.4.1 蝸桿傳動的運動分析和受力分析n式中：T1、T2分別為蝸桿和蝸輪軸上 的轉(zhuǎn)矩，N.mm；n ，i 為傳動比；nd1、d2 分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑n齒形角；21Ti T 受力方向的判定n蝸輪蝸桿傳動也分為左旋和右旋，且蝸輪與蝸桿的旋向相同。 n確定圓周力Ft及徑向力Fr的方向的方法與外嚙合圓柱齒輪傳動相同，而軸向力Fa的方向則可根據(jù)相應(yīng)的圓周力Ft的方向來判定，即Fa1與 Ft2方向相反， F

10、t1與 Fa2的方向相反。也可按照主動件左右手定則主動件左右手定則來判斷。480122HHdKTmz22212)480(KTzdmH7.4.2 蝸桿傳動的齒面接觸強度計算n蝸輪齒面接觸疲勞強度計算的校核公式為：n設(shè)計公式為：n式中：T2作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩(N.mm) K載荷系數(shù) 蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力H常用蝸輪材料及其許用接觸應(yīng)力蝸輪材料牌號鑄造方法適用的滑動速度(m/s)許用接觸應(yīng)力H滑動速度(m/s)0.5123468ZcuSn10P1砂 模25134金 屬 模200ZcuSn5Pb5Zn5砂 模12128金 屬 模134離心澆鑄174ZcuAl10Fe3砂 模10250230210180

11、16012090金 屬 模離心澆鑄ZcuZn38Mn2Pb2砂 模1021520018015013595 75金 屬 模HT150砂 模213011590HT200n 通常按齒面接觸疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力，即在選擇許用應(yīng)力的時，要適當考慮膠合和磨損失效因素的影響。同時，對閉式傳動要進行熱平衡計算，必要時對蝸桿強度和剛度進行計算。3211tantan()v7.5 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算n7.5.1 蝸桿傳動的效率計算：n式中： 嚙合效率n 分別為軸承效率和攪油效率n一般取 =0.950.96123, 23, 螺紋副的效率計算000tan()tantan/tan()RBAGF

12、FFGFGFFtan(0.95 0.97)tan()vn蝸桿傳動的總效率n在設(shè)計蝸桿傳動時，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)Z1按下表初步估計蝸桿傳動的總效率。7.5.2 蝸桿傳動的潤滑n潤滑的目的： 提高傳動效率、降低工作溫度、減少磨損、避免膠合等。n蝸桿傳動潤滑油黏度和潤滑方式：運動粘度CO40滑動速度vs (m/s)15101015152525工作條件重載重載中載 /（mm2/s）100068032022015010068潤滑方法浸油潤滑浸油或噴油 潤 滑壓力噴油潤滑)1 (1000PPs7.5.3 蝸桿傳動熱平衡計算n熱平衡：散發(fā)的熱量產(chǎn)生的熱量n在閉式傳動中，熱量是通過箱殼散逸， 轉(zhuǎn)化為熱量的摩擦耗損功率：n式中：p傳動輸入的功率(kW) 傳動總效率 )(21ttkApccspp )1 (100021ttkAPt n經(jīng)箱體表面散發(fā)熱量的相當功率：n式中： k散熱系數(shù)；A散熱面積； t1，t2潤滑油的工作溫度和環(huán)境溫度；n達到熱平衡時： 式中：t允許的潤滑油工作溫度常用散熱措施n如果超過溫差允許值，可采取措施，以提高其散熱能力n常用措施: 1、合理設(shè)