《汽車機械基礎》第15章課件

1、第15章 蝸桿傳動1蝸桿傳動是利用蝸輪和蝸桿的相互嚙合來傳遞運動和動力的機械傳動方式，具有傳動比大和能夠自鎖等特點。蝸桿傳動在汽車上的應用比較廣泛，例如，托森差速器利用蝸輪蝸桿的相互嚙合以及扭矩單向地從蝸輪傳動到蝸桿齒輪的特點實現(xiàn)了差速鎖止功能，如圖15-1（a）所示。又如，汽車機械式轉向機相當于一個蝸桿傳動箱，將方向盤的旋轉運動轉變?yōu)榭刂栖囕喌闹本€運動，如圖15-1（b）所示。蝸輪蝸桿（a）托森差速器（b）蝸輪蝸桿轉向機圖15-1 汽車中的蝸桿傳動第15章 蝸桿傳動15.1 蝸桿傳動概述15.2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸15.3 蝸桿傳動的材料和結構、失效形式215.4 蝸桿傳動

2、的效率、潤滑和熱平衡15.1 蝸桿傳動概述蝸桿傳動是一種在空間交錯軸之間傳遞運動和動力的傳動方式，交錯軸的夾角通常為 ，適用于間斷性的工作場合。蝸桿傳動主要由蝸桿、蝸輪和機架組成，如圖15-2所示。315.1.1 蝸桿傳動的組成蝸桿蝸輪機架圖15-2 蝸桿傳動15.1.2 蝸桿傳動的類型根據(jù)蝸桿外部形狀的不同，蝸桿傳動可分為圓柱面蝸桿傳動、圓弧面蝸桿傳動和錐面蝸桿傳動三種，如圖15-3所示。4（a）圓柱面蝸桿傳動 （b）圓弧面蝸桿傳動 （c）錐面蝸桿傳動圖15-3 蝸桿傳動的類型15.1.3 蝸桿傳動的特點 傳動比大，結構緊湊。蝸桿傳動具有結構緊湊、體積小、重量輕等優(yōu)點。5 傳動過程平穩(wěn)，幾乎

3、沒有噪聲。 能實現(xiàn)自鎖。當蝸桿的螺旋升角足夠小時，蝸桿傳動中將只能由蝸桿帶動蝸輪轉動，而不能由蝸輪帶動蝸桿轉動，這種特性稱為自鎖性。 傳動效率低。蝸桿傳動中，蝸輪與蝸桿之間產生劇烈的摩擦，能量損失大，一般效率為70%80%。當蝸桿傳動具有自鎖性時，其傳動效率不足50%。 制造成本較高。15.2 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示意圖如圖15-4所示，通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。中間平面既是蝸桿的軸向截面，又是蝸輪的端面。在中間平面內，蝸桿傳動嚙合的情形相當于漸開線齒條和齒輪之間的嚙合，因此圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸均以中間平面為基準。6圖15-

4、4 圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸由于蝸輪是利用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為限制滾刀的數(shù)目，國標為每一個標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d1。d1與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑因數(shù)，用符號q表示。15.2.1 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)為保證蝸輪與蝸桿正確嚙合，蝸桿的軸面模數(shù)ma1、壓力角 應與蝸輪的端面模數(shù)mt2、壓力角 分別相等，且需按國標的有關規(guī)定進行取值。71模數(shù)和壓力角2分度圓直徑蝸桿的頭數(shù)（齒數(shù)）即蝸桿螺旋線的數(shù)目，用符號z1表示。通常z1取1，2，4，6。3蝸桿的頭數(shù)圖15-5所示為蝸桿的分度圓柱及展開示意圖。蝸桿的螺旋面與分度圓柱的交線稱為螺旋線，圖示蝸桿分度圓柱

5、上有兩條螺旋線，即 。相鄰螺旋線之間的軸向距離稱為齒距，用符號pa1表示，同一條螺旋線上相鄰兩齒間的軸向距離稱為導程，用符號pz表示。則15.2.1 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)蝸輪齒數(shù)用符號z2表示。z2不宜太小，否則容易降低傳動的平穩(wěn)性；z2也不宜過大，否則在模數(shù)一定時，蝸輪直徑將增大，并引起與之嚙合蝸桿長度的增加，從而降低蝸桿的彎曲剛度。84蝸輪的齒數(shù)5導程角（a）蝸桿分度圓柱 （b）展開圖螺旋線與蝸桿軸端面的夾角稱為蝸桿分度圓上的導程角，簡稱導程角，用符號 表示。15.2.1 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)95導程角由圖中幾何關系可知根據(jù)導程角 的旋向，蝸桿可分為左旋和右旋，通常情況下多為右

6、旋。為保證蝸輪與蝸桿的正確嚙合，蝸桿的導程角 與蝸輪的螺旋角 應大小相等、旋向相同。當導程角 小于材料的當量摩擦角時，蝸桿傳動即可實現(xiàn)自鎖，此時 。15.2.2 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸10表15-1 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算公式幾何尺寸符號計算公式蝸桿分度圓直徑d1蝸桿齒頂圓直徑da1蝸桿齒根圓直徑df1蝸桿直徑系數(shù)q中心距a15.2.3 蝸輪與蝸桿的轉向關系蝸桿傳動中，蝸輪和蝸桿的旋向應保持一致，即同為左旋或右旋，具體可通過右手定則來判定。右手的手心朝著自己，四指的指向與蝸桿或蝸輪的軸線方向保持一致。若齒向與右手拇指指向一致，則代表該蝸輪或蝸桿的旋向為右旋，如圖15-6（a），（b

7、）所示；反之則代表左旋，如圖15-6（c）所示。11蝸輪的回轉方向與蝸桿的旋向和回轉方向有關，具體可通過左（右）手定則來判定。左旋蝸桿用左手，右旋蝸桿用右手，四指沿著蝸桿回轉方向彎曲，大拇指伸直代表蝸桿軸線，則與大拇指指向相反的方向即為蝸輪上嚙合點的線速度方向，如圖15-7所示。圖15-6 蝸輪或蝸桿旋向的判斷圖15-7 蝸輪轉向的判斷15.3 蝸桿傳動的材料 和結構、失效形式1215.3.1 蝸桿蝸輪的常用材料由蝸桿傳動的特點可知，蝸輪蝸桿的材料除了要求具有足夠的強度外，還應具有良好的減摩性、耐磨性以及抗膠合的能力。由于蝸桿上齒的嚙合次數(shù)多于蝸輪，因此蝸桿的齒面硬度要比蝸輪高，較為理想的蝸桿

8、傳動材料是青銅材料的蝸輪匹配淬硬磨削的鋼制蝸桿。1蝸輪材料名稱典型牌號抗拉強度適用滑動速度工作條件鑄造錫青銅ZCuSn10P1220 MPa各類穩(wěn)定載荷的重要場合鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2250 MPa中低載荷的場合灰鑄鐵HT200115 MPa低速場合表15-2 蝸輪常用材料2蝸桿13汽車維修機械中的蝸桿一般選用碳鋼或合金鋼制造。為提高表面硬度，需要對蝸桿進行適當?shù)臒崽幚?。蝸桿常用鋼材料的牌號、熱處理方法、齒面硬度及適用場合如表15-3所示。表15-3 蝸桿常用材料材料名稱牌號熱處理方法齒面硬度適用場合滲碳鋼20Cr，20CrMnTi滲碳淬火5863 HRC高速、大功率的重要傳動場

9、合表面淬火鋼42CrNi，40Cr，45表面淬火4555 HRC平速度較高、功率較大的傳動場合調質鋼40，45調質220270 HBW低速、非重要場合15.3.2 蝸桿蝸輪的結構由于直徑不大，蝸桿通常與軸制成一個整體，稱為蝸桿軸。根據(jù)軸上螺旋部分加工方法的不同，蝸桿軸可分為車削蝸桿軸和銑削蝸桿軸，如圖15-8所示。141蝸桿的結構（a）車削蝸桿軸（b）銑削蝸桿軸圖15-8 蝸桿的結構2蝸輪的結構15蝸輪的結構可分為整體式和組合式兩類。當青銅材料的蝸輪直徑（d100 mm）較小時，通常采用整體澆鑄式結構，如圖15-9（a）所示。當蝸輪直徑較大時，為節(jié)約材料，常常采用組合式結構，齒圈用青銅，輪芯用

10、鑄鐵或碳素鋼。根據(jù)齒圈與輪芯連接方式的不同，組合式蝸輪結構又可分為壓配式、拼鑄式和螺栓連接式，如圖15-9（b），（c），（d）所示。（a）整體澆鑄式 （b）壓配式 （c）拼鑄式 （d）螺栓連接式圖15-9 蝸輪的結構15.3.3 蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動類似，蝸桿傳動的形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損以及齒面膠合等。由于在蝸桿傳動中，蝸輪與蝸桿嚙合齒面間的相對滑動速度很高，摩擦力較大，故蝸桿傳動最容易發(fā)生的失效形式是齒面磨損和膠合。其中，閉式蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合，開式蝸桿傳動的主要失效形式是齒面磨損。1615.4 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡1715.4.1 蝸桿傳動的效率

11、汽車中的蝸桿傳動多為閉式傳動，其傳動效率為齒輪嚙合效率 對總效率 的影響最大，其大小為表15-4 蝸桿傳動總效率 工作條件閉式傳動開式傳動自鎖傳動65%50%70%80%90%96%15.4.2 蝸桿傳動的潤滑18蝸桿傳動常用的潤滑方式有油池潤滑和噴油潤滑。當滑動速度 時，蝸桿傳動一般采用油池潤滑。為減少攪油損失，蝸桿放置在蝸輪下方，且不宜浸油過深，如圖15-10（a）所示。當滑動速度 時，一般將蝸桿放置在蝸輪上方，如圖15-10（b）所示。當 時，蝸桿傳動多采用噴油潤滑，如圖15-10（c）所示。（a） （b） （c）圖15-10 蝸桿傳動的潤滑15.4.3 蝸桿傳動的熱平衡19熱平衡是指在單位時間內摩擦產生的熱量等于散發(fā)的熱量。在閉式傳動中，要求箱體內的油溫和周圍環(huán)境溫度之差不超過允許值，即 箱體表面散熱系數(shù)，單