機械設計第六章 蝸桿傳動

1、 蝸桿傳動蝸桿傳動 蝸桿傳動概述概述 失效形式與設計準則失效形式與設計準則 材料選擇與結(jié)構形式 主要參數(shù)和幾何關系 蝸桿傳動受力分析蝸桿傳動受力分析 蝸桿傳動的強度計算 蝸桿傳動的撓度計算 蝸桿傳動的潤滑、溫度計算1 1 概述概述一、特點和應用一、特點和應用外形類似： 螺旋與斜齒輪的傳動從中間平面剖開： 齒輪與齒條的傳動（虛擬現(xiàn)實中的蝸桿傳動）1、應用P 750KW（通常50KW），Vs 35 m/s（通常15 m/s）。由于 i 大，可用于機床分度機構、儀器儀表中。2、特點1）工作平穩(wěn)：兼有斜齒輪與螺旋傳動的優(yōu)點。2）i大12zzi 蝸桿1、2、4、6傳遞動力時：i=8100（常用1550）

2、傳遞運動時：i=幾百上千（單頭，）用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。 一般：空間垂直為什么？優(yōu)點：齒輪z1173）結(jié)構緊湊、重量輕、噪音小。4）自鎖性能好(用于提升機構) 。缺點：1）制造成本高，加工困難。2）滑動速度vs大。3）低。4）蝸輪需用貴重的減摩材料。1、按蝸桿形狀分圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿二、分類二、分類ZA型:阿基米德蝸桿中間平面：齒條與漸開線齒輪嚙合端面：阿基米德螺旋線ZI型:漸開線蝸桿 端面：漸開線,較精密傳動ZN型:法向直廓蝸桿(刀具加工位置不同)圓柱蝸桿錐蝸桿：嚙合齒數(shù)多，平穩(wěn)，承載。環(huán)面蝸桿：接觸齒對數(shù)，承載（1.54）倍， 高，但制造安裝要求高。2、按蝸桿頭數(shù)分單頭蝸桿：i

3、，自鎖性，多頭蝸桿：相反3、按旋向分左旋右旋一般采用右旋三、精度等級三、精度等級12個等級：動力傳動：69級測量分度：5級或以上2 2 失效形式、材料選擇和結(jié)構失效形式、材料選擇和結(jié)構一、失效形式一、失效形式與齒輪傳動類似：點蝕、膠合、磨損、折斷vs、發(fā)熱 主要為：膠合、磨損、點蝕蝸輪強度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。二、材料二、材料vs減摩性 、強度不能都用硬材料1、蝸輪指齒冠部分材料：減摩材料鑄錫青銅：vs1226m/s鑄鋁青銅：vs10m/s，抗膠合能力差鑄鋁黃銅：抗點蝕能力強,耐磨性差,用于vs小場合HT、QT：vs2m/s大直徑蝸輪：鑄鐵（蝸桿用青銅）2、蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬面蝸

4、桿：首選 淬火磨削調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設備時選用。2、蝸輪整體式齒冠：用貴重耐磨金屬(青銅)輪心：鑄鐵或鑄鋼鑄造（澆鑄）過盈螺栓（鉸制孔）三、結(jié)構三、結(jié)構1、蝸桿：與軸一體。車制、銑制。組合式3 3 圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)一、基本齒廓一、基本齒廓中間平面上基本齒廓和漸開線齒輪基本齒廓基本相同。mc2 . 0mf3 . 0、二、模數(shù)二、模數(shù)mm正確嚙合條件：21txPP 軸向 端面mmmtx21標準值(與齒輪不同,表13.4)cosnxmmm蝸桿導程角三、齒形角三、齒形角0刀具基準齒形的齒形角：200阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿：軸向齒形角2001x法向直廓蝸桿：法向齒形角200

5、1n四、蝸桿分度圓直徑四、蝸桿分度圓直徑d d1 1（中圓直徑）（中圓直徑）同一m的蝸桿，應對直徑d1進行限制d1為標準值111111tandmzdmzdpzxd1pxpxtan11zmd加工蝸輪時的滾刀與尺寸與與之嚙合的蝸桿尺寸相同，但m一定時，由于z1和的變化，d1是變化的，即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。d1m 表13.4五、蝸桿直徑系數(shù)五、蝸桿直徑系數(shù)q qmdq1d1、m為標準值q為導出值,不一定為整數(shù)。11mzmqd六、蝸桿導程角六、蝸桿導程角 121111111tandudqzdmzdmzdpzx335 . 3制造困難m一定時，qd1蝸桿剛度z1一定時， q，自鎖性 小m蝸桿選用大

6、q，保證強度和剛度適于小P 大m蝸桿選用小q，保證效率適于大P傳遞動力時:頭數(shù)z1 采用多頭蝸桿傳遞運動時:保證自鎖( ),z1 ,采用單頭蝸桿七、七、z z1 1、z z2 2蝸桿頭數(shù)z1：蝸桿上蝸旋線的數(shù)目。z1=1、2、4、6等z1加工困難12uzz傳遞動力：282z（傳動平穩(wěn)性，避免根切）1002z(z2d2蝸桿軸長剛度) 一般取z2=3280z1z2：互質(zhì)均勻磨損八、八、i i、u u1221ddnni12zzu 蝸桿主動時:2112nnizzu九、中心距九、中心距a a)(2)(2)(2121221zzmzqmdda（應按p264系列值選?。┦⒆兾幌禂?shù)十、變位系數(shù)1、變位目的：配

7、；。2、變位方法：與齒輪變位相同, 靠刀具的移位實現(xiàn)變位。故：蝸桿尺寸不能變動，加工蝸輪時的滾刀與蝸桿尺寸相同，加工時滾刀只作徑向移動，尺寸不變。4、變位類型1）齒數(shù)不變，湊a)2(2121dxmdax0，正變位 aa x0 負變位 aa 3、變位結(jié)果蝸桿各部分尺寸不變，但節(jié)線變化11dd蝸桿和蝸輪滾刀尺寸相同，蝸輪滾銑節(jié)圓就是裝配后與蝸桿的嚙合節(jié)圓。蝸輪滾刀的滾銑節(jié)線不再是刀具中線(分度圓柱上母線)蝸輪尺寸發(fā)生變化，但22dd)(2121ddamaax2）a不變，齒數(shù)變化，湊i湊i：（a不變， 2z2z ）)(2121zmdmax)(2121mzda)(2122zzx例13.1、例13.2)

8、2(21)(212121zmxmdddax022zz齒數(shù)x022zz齒數(shù)4 4 幾何計算（略）幾何計算（略）5 5 受力分析與效率計算受力分析與效率計算一、作用力一、作用力圓周力：12222atFdTF軸向力：11122taFdTF112uTT(蝸桿主動)1嚙合效率nntndTFFcoscos2coscos222忽略Ff ，F(xiàn)n徑向力：122tanrtrFFF方向判定：1）蝸輪轉(zhuǎn)向已知：n1、旋向n2左、右手定則：四指n1、拇指反向：嚙合點v2n22）各分力方向Fr：指向各自輪心Ft蝸桿與n1反向蝸輪與n2同向12atFFFa蝸桿：左、右手定則蝸輪：12taFFn2n13）旋向判定蝸輪與蝸桿旋

9、向相同。v2練習：n1n1Fr1Fr2Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2n2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 Fa2 2. Fa3 Fa2 Ft1 n1蝸輪右旋n4輸出1234蝸桿右旋二、傳動效率二、傳動效率與齒輪類似：3211、嚙合1：近似按螺旋副計算)tan(tan1v（蝸桿主動）tan)tan(1v（蝸輪主動）v當量摩擦角，與vs有關。cos1vvs說明：1）vsvv 油膜易形成12）為影響1的主要因素：101dd245v時，1 max此后，1（p268 表13.6）一般取

10、2728后：緩慢大時，加工困難2、2攪油效率：99.023、3軸承效率：99.036 6 圓柱蝸桿傳動的強度計算圓柱蝸桿傳動的強度計算蝸輪齒強度低于蝸輪齒計算針對一、接觸強度計算一、接觸強度計算32HAEHaTKZZminlimHHhnHSZZ校核式32limmin2HHhnEASZZZZTKa設計式參數(shù)說明：1）T2蝸輪轉(zhuǎn)矩,N mm2）KA使用系數(shù),表12.9（同齒輪傳動）3）ZE彈性系數(shù),表13.2，P2604）Z接觸系數(shù),考慮齒面曲率和接觸線長度影響,Z初值a是否接近？與ZZ根據(jù)查得。ad1設計時：未知，初選值ad1ad1ad1112uTT（蝸桿主動）b）ad1 5）Zn轉(zhuǎn)速系數(shù)（式1

11、3.17、13.18）6）Zh壽命系數(shù)基本公式6 . 12500061hhLZ即hLh15007）求d1、z1、z2、m。P271三、彎曲強度計算三、彎曲強度計算難于精算條件性估算參見式13.24（P272）彎曲強度主要與模數(shù)、蝸輪齒寬有關。討論：ZH a一定時，ad1d1蝸桿剛度d1一定時，ad1a結(jié)構緊湊蝸桿傳動的重要參數(shù)ad1a）ad18 8 溫度計算（熱平衡計算）溫度計算（熱平衡計算）由于發(fā)熱大易膠合即：發(fā)熱率H1 = 散熱率H2摩擦功耗：)1 (1000)1 (11PKWPPf)1 (10001PH)/(sJ冷卻散去的熱量：)(012ttAHW環(huán)境溫度t0=20箱內(nèi)工作溫度散熱面積，

12、可由13.27式估算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，)/(2cmW則：21HH CtAPtW80)1 (1000011熱平衡計算油溫比t1高15左右， 油溫小于100。 蝸桿上置：飛濺冷卻作用差， 0.8W若t1太高，可采取如下措施：2、蝸桿軸端裝風扇1、加散熱片3、外冷卻壓力噴油潤滑4、油池內(nèi)安裝蛇形冷卻水管9 9 潤滑潤滑一、油粘度與潤滑方法一、油粘度與潤滑方法運動粘度:40抗膠合潤滑方法：smvs/5：蝸桿下置浸油潤滑smvs/105：蝸桿上置浸油（攪油阻力大）smvs/10：壓力噴油潤滑,油嘴對著蝸桿嚙入端二、蝸桿布置與潤滑方式二、蝸桿布置與潤滑方式蝸桿下置：浸入油中深度至少一個牙高，但油面不應超過軸承最低滾動體的中心。蝸桿上置：浸入油池的蝸輪深度為（1/61/3）r2蝸桿下置式冷卻效果更好。10 10 提高圓柱蝸桿