《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》第15章課件

1、第15章 蝸桿傳動(dòng)1蝸桿傳動(dòng)是利用蝸輪和蝸桿的相互嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)方式，具有傳動(dòng)比大和能夠自鎖等特點(diǎn)。蝸桿傳動(dòng)在汽車(chē)上的應(yīng)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(dòng)到蝸桿齒輪的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了差速鎖止功能，如圖15-1（a）所示。又如，汽車(chē)機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)相當(dāng)于一個(gè)蝸桿傳動(dòng)箱，將方向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂栖?chē)輪的直線運(yùn)動(dòng)，如圖15-1（b）所示。蝸輪蝸桿（a）托森差速器（b）蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向機(jī)圖15-1 汽車(chē)中的蝸桿傳動(dòng)第15章 蝸桿傳動(dòng)15.1 蝸桿傳動(dòng)概述15.2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸15.3 蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)、失效形式215.4 蝸桿傳動(dòng)

2、的效率、潤(rùn)滑和熱平衡15.1 蝸桿傳動(dòng)概述蝸桿傳動(dòng)是一種在空間交錯(cuò)軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)方式，交錯(cuò)軸的夾角通常為 ，適用于間斷性的工作場(chǎng)合。蝸桿傳動(dòng)主要由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成，如圖15-2所示。315.1.1 蝸桿傳動(dòng)的組成蝸桿蝸輪機(jī)架圖15-2 蝸桿傳動(dòng)15.1.2 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型根據(jù)蝸桿外部形狀的不同，蝸桿傳動(dòng)可分為圓柱面蝸桿傳動(dòng)、圓弧面蝸桿傳動(dòng)和錐面蝸桿傳動(dòng)三種，如圖15-3所示。4（a）圓柱面蝸桿傳動(dòng) （b）圓弧面蝸桿傳動(dòng) （c）錐面蝸桿傳動(dòng)圖15-3 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型15.1.3 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。5 傳動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，幾乎

3、沒(méi)有噪聲。 能實(shí)現(xiàn)自鎖。當(dāng)蝸桿的螺旋升角足夠小時(shí)，蝸桿傳動(dòng)中將只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能由蝸輪帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，這種特性稱為自鎖性。 傳動(dòng)效率低。蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪與蝸桿之間產(chǎn)生劇烈的摩擦，能量損失大，一般效率為70%80%。當(dāng)蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，其傳動(dòng)效率不足50%。 制造成本較高。15.2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù) 和幾何尺寸普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的示意圖如圖15-4所示，通過(guò)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(nèi)，蝸桿傳動(dòng)嚙合的情形相當(dāng)于漸開(kāi)線齒條和齒輪之間的嚙合，因此圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸均以中間平面為基準(zhǔn)。6圖15-

4、4 圓柱蝸桿傳動(dòng)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(duì)加工而成的，為限制滾刀的數(shù)目，國(guó)標(biāo)為每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)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(hào)q表示。15.2.1 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)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(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)mt2、壓力角 分別相等，且需按國(guó)標(biāo)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)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(hào)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(kāi)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(hào)pa1表示，同一條螺旋線上相鄰兩齒間的軸向距離稱為導(dǎo)程，用符號(hào)pz表示。則15.2.1 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)蝸輪齒數(shù)用符號(hào)z2表示。z2不宜太小，否則容易降低傳動(dòng)的平穩(wěn)性；z2也不宜過(guò)大，否則在模數(shù)一定時(shí)，蝸輪直徑將增大，并引起與之嚙合蝸桿長(zhǎng)度的增加，從而降低蝸桿的彎曲剛度。84蝸輪的齒數(shù)5導(dǎo)程角（a）蝸桿分度圓柱 （b）展開(kāi)圖螺旋線與蝸桿軸端面的夾角稱為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角，簡(jiǎn)稱導(dǎo)程角，用符號(hào) 表示。15.2.1 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)95導(dǎo)程角由圖中幾何關(guān)系可知根據(jù)導(dǎo)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(dǎo)程角 與蝸輪的螺旋角 應(yīng)大小相等、旋向相同。當(dāng)導(dǎo)程角 小于材料的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)自鎖，此時(shí) 。15.2.2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸10表15-1 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算公式幾何尺寸符號(hào)計(jì)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(zhuǎn)向關(guān)系蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪和蝸桿的旋向應(yīng)保持一致，即同為左旋或右旋，具體可通過(guò)右手定則來(lái)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?yàn)橛倚?，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(zhuǎn)方向與蝸桿的旋向和回轉(zhuǎn)方向有關(guān)，具體可通過(guò)左（右）手定則來(lái)判定。左旋蝸桿用左手，右旋蝸桿用右手，四指沿著蝸桿回轉(zhuǎn)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(diǎn)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(zhuǎn)向的判斷15.3 蝸桿傳動(dòng)的材料 和結(jié)構(gòu)、失效形式1215.3.1 蝸桿蝸輪的常用材料由蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)可知，蝸輪蝸桿的材料除了要求具有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)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(dòng)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(hào)抗拉強(qiáng)度適用滑動(dòng)速度工作條件鑄造錫青銅ZCuSn10P1220 MPa各類(lèi)穩(wěn)定載荷的重要場(chǎng)合鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2250 MPa中低載荷的場(chǎng)合灰鑄鐵HT200115 MPa低速場(chǎng)合表15-2 蝸輪常用材料2蝸桿13汽車(chē)維修機(jī)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(duì)蝸桿進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼Ｎ仐U常用鋼材料的牌號(hào)、熱處理方法、齒面硬度及適用場(chǎng)合如表15-3所示。表15-3 蝸桿常用材料材料名稱牌號(hào)熱處理方法齒面硬度適用場(chǎng)合滲碳鋼20Cr，20CrMnTi滲碳淬火5863 HRC高速、大功率的重要傳動(dòng)場(chǎng)

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(dòng)場(chǎng)合調(diào)質(zhì)鋼40，45調(diào)質(zhì)220270 HBW低速、非重要場(chǎng)合15.3.2 蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)由于直徑不大，蝸桿通常與軸制成一個(gè)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(chē)削蝸桿軸和銑削蝸桿軸，如圖15-8所示。141蝸桿的結(jié)構(gòu)（a）車(chē)削蝸桿軸（b）銑削蝸桿軸圖15-8 蝸桿的結(jié)構(gòu)2蝸輪的結(jié)構(gòu)15蝸輪的結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩類(lèi)。當(dāng)青銅材料的蝸輪直徑（d100 mm）較小時(shí)，通常采用整體澆鑄式結(jié)構(gòu)，如圖15-9（a）所示。當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，為節(jié)約材料，常常采用組合式結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)15.3.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)類(lèi)似，蝸桿傳動(dòng)的形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損以及齒面膠合等。由于在蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪與蝸桿嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度很高，摩擦力較大，故蝸桿傳動(dòng)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(dòng)的主要失效形式是齒面膠合，開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是齒面磨損。1615.4 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡1715.4.1 蝸桿傳動(dòng)的效率

11、汽車(chē)中的蝸桿傳動(dòng)多為閉式傳動(dòng)，其傳動(dòng)效率為齒輪嚙合效率 對(duì)總效率 的影響最大，其大小為表15-4 蝸桿傳動(dòng)總效率 工作條件閉式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng)自鎖傳動(dòng)65%50%70%80%90%96%15.4.2 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑18蝸桿傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑方式有油池潤(rùn)滑和噴油潤(rùn)滑。當(dāng)滑動(dòng)速度 時(shí)，蝸桿傳動(dòng)一般采用油池潤(rùn)滑。為減少攪油損失，蝸桿放置在蝸輪下方，且不宜浸油過(guò)深，如圖15-10（a）所示。當(dāng)滑動(dòng)速度 時(shí)，一般將蝸桿放置在蝸輪上方，如圖15-10（b）所示。當(dāng) 時(shí)，蝸桿傳動(dòng)多采用噴油潤(rùn)滑，如圖15-10（c）所示。（a） （b） （c）圖15-10 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑15.4.3 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡19熱平衡是指在單位時(shí)間內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)的熱量。在閉式傳動(dòng)中，要求箱體內(nèi)的油溫和周?chē)h(huán)境溫度之差不超過(guò)允許值，即 箱體表面散熱系數(shù)，單