機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第12章蝸輪蝸桿

1、中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 第第12章章 蝸桿傳動蝸桿傳動12-1 蝸桿傳動的特點(diǎn)和類型蝸桿傳動的特點(diǎn)和類型12-2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸12-3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)12-4 圓柱蝸桿傳動的受力分析圓柱蝸桿傳動的受力分析12-6 圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算12-5 圓柱蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云12-1 蝸桿傳動蝸桿傳動的特點(diǎn)和類型的特點(diǎn)和類型作用：作用： 用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和動力。用于傳

2、遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和動力。 蝸桿主動、蝸輪從動。蝸桿主動、蝸輪從動。9090形成：形成：若單個斜齒輪的齒數(shù)很少若單個斜齒輪的齒數(shù)很少（如（如z1=1）而且而且1 1很很大時，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。11 1所得齒輪稱為所得齒輪稱為: :蝸桿。蝸桿。而嚙合件稱為而嚙合件稱為: :蝸輪。蝸輪。蝸桿蝸桿設(shè)計(jì)：潘存云22 2蝸輪蝸輪中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云改進(jìn)措施：改進(jìn)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(diǎn)接觸點(diǎn)接觸優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 傳動比大、結(jié)

3、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。分度機(jī)構(gòu)：分度機(jī)構(gòu)：i=1000, i=1000, 通常通常i=8i=88080缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 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。線接觸線接觸中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云類型類型按螺旋面形按螺旋面形狀分：狀分：阿基米德蝸桿、阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿漸開線蝸桿環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿按形狀分有：按形狀分有：圓柱蝸桿圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云圓柱蝸桿圓柱蝸桿漸開線蝸桿漸開線蝸桿阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿設(shè)計(jì)：潘存云 阿基米德螺線阿基米德螺線漸開線漸開

4、線基圓基圓2中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云d d蝸桿旋向：蝸桿旋向：左旋、右旋左旋、右旋( (常用常用) )1 11 1精度等級：精度等級：對于一般動力傳動，按如下等級制造：對于一般動力傳動，按如下等級制造：v1 17.5 m/s -77.5 m/s -7級精度；級精度；v1 1 3 m/s -8 3 m/s -8級精度；級精度；v1 1 1.5 m/s -940蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1 4 2 2、1 1蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2 2852 2854 2880 40將分度圓柱展開得：將分度圓柱展開得：= z= z1 1 p px1x1/d/d1 1 = mz= mz1 1/d/d1 1

5、 tgtg1 1= =l/d/d1 1 4. 蝸桿的導(dǎo)程角蝸桿的導(dǎo)程角dd1 1lp px1x11 1d d1 11 11 1中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 5.5.蝸桿直徑系數(shù)蝸桿直徑系數(shù)q加工時滾刀直徑等參數(shù)與蝸桿分度圓直徑等參數(shù)相加工時滾刀直徑等參數(shù)與蝸桿分度圓直徑等參數(shù)相同，為了同，為了限制滾刀的數(shù)量限制滾刀的數(shù)量，國標(biāo)規(guī)定分度圓直徑只，國標(biāo)規(guī)定分度圓直徑只能取標(biāo)準(zhǔn)值，并與模數(shù)相配。能取標(biāo)準(zhǔn)值，并與模數(shù)相配。q 為蝸桿為蝸桿: : 定義：定義： q=d=d1 1/m/m一般取一般取: : q=8q=81818。tgtg1 1 = = px z1 / /d1 = = z1 / / q于

6、是有：于是有： d1 = mq可由表可由表12121 1計(jì)算得到。計(jì)算得到。 直徑系數(shù)直徑系數(shù) 見下頁= = mz1 / / d1中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 m11.251.62d1182022.42028(18)22.4(28)35.5m2.53.154d1(22.4)28(35.5)45(28)35.5(45)56(31.5)m456.3d140(50)71(40)50(63)90(50)63m6.3810d1(80)112(63)80(100)140(71)90表表121 蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)的匹配標(biāo)準(zhǔn)系列蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)的匹配標(biāo)準(zhǔn)系列 mm 20 q=12.5 28 q=

7、17.51.6中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云1p2vS1 112p由相對運(yùn)動原理可知由相對運(yùn)動原理可知: :v2 = v1 + vS 6.6.齒面間滑動速度齒面間滑動速度vS S及蝸輪轉(zhuǎn)向的確定及蝸輪轉(zhuǎn)向的確定= 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 2CWttv1v2中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云1 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

8、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模型驗(yàn)證模型驗(yàn)證因蝸輪蝸桿相當(dāng)于螺旋副的運(yùn)動，有一種實(shí)用且簡便的轉(zhuǎn)向判別方法：7.7.中心距中心距a = r1+r2= m(q +z2)/ /2ar1r2中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 二、圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計(jì)算二、圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計(jì)算由蝸桿傳動的功用，以及給定的傳動比由蝸桿傳動的功用，以及給定的傳動比 i , z1 z2 計(jì)算求得計(jì)算求得 m、d1 計(jì)算幾何尺寸計(jì)算幾何尺寸表表 12-3 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計(jì)算

9、普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計(jì)算名名 稱稱計(jì)計(jì) 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) pa1=pt2= px= mc=0.2 ma=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 12-3 蝸

10、桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)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(diǎn)蝕、磨損。膠合、點(diǎn)蝕、磨損。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：2020Cr,20CrMnTiCr,20CrMnTi( (滲碳淬火滲碳淬火5662HRC) ) 或或 4040Cr 42SiMn 45Cr 42SiMn 45 ( (表面淬火表面淬火4

11、555HRC) )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 ZCuAl10Fe3鋁青銅。鋁青銅。vS S 2 45 其他情況其他情況 HRC45 滑動速度滑動速度 vs m/s f f f 0.01 0.11 6.28 0.12 6.84 0.

12、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 2.58 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 0.01

13、6 0.92 0.024 1.37 15.0 0.014 0.8 0.020 1.15 24.0 0.013 0.74中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 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。增加很少。當(dāng)當(dāng) 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。252.5512.50.51 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)。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 三、三、蝸桿傳動的熱平衡計(jì)算蝸桿傳動的熱平衡計(jì)算由

14、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(jì)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 =i iA A1000P1000P1 1(1-)tg(1-)tg tt=( t-tt=( 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；i i-表面散熱系數(shù)；一般?。罕砻嫔嵯禂?shù)；一般?。篿 i=1017 W/(m2 )A A-散熱面積散熱面積, , mm2 2, , 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁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，其散熱面積按散熱面積按50%50%計(jì)算。計(jì)算。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云tt-溫差許用值，一般?。簻夭钤S用值，一般?。?tt=6070 要求油溫：要求油溫： t = 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）