課件及視頻蝸桿傳動(dòng)

1、機(jī)第七章蝸桿傳動(dòng)第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)概述蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度和效率蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)機(jī)第一節(jié)概述一、蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的類型機(jī)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用（一）利用其大傳動(dòng)比特性用于機(jī)床、汽車、冶金、礦山和起重機(jī)械設(shè)備等的傳動(dòng)系統(tǒng)及儀器儀表中。利用其自鎖性用于各種設(shè)備、電梯卷?yè)P(yáng)機(jī)等起重機(jī)械中，起安全保護(hù)作用。機(jī)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)（二）蝸桿傳動(dòng)的形成蝸桿傳動(dòng)是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)演變而來(lái)的。小齒輪外形酷似一根螺桿，稱為蝸桿。相嚙合的大齒輪是一個(gè)斜齒輪稱為蝸輪。機(jī)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)（二）蝸桿傳動(dòng)的形成蝸桿傳動(dòng)用來(lái)傳遞空間兩交錯(cuò)軸間

2、的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。通常兩軸交角為90。這樣的交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)在嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒廓間的接觸仍為點(diǎn)接觸。將蝸輪分度圓柱面的直母線改為圓弧形，使其部分地包住蝸桿，同時(shí)用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀加工蝸輪，這樣加工出的蝸輪與蝸桿在嚙合傳動(dòng)時(shí)，能保證齒廓間為線接觸，以便傳遞較大的動(dòng)力。機(jī)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)（三）蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)比較緊湊。動(dòng)力傳動(dòng)中單級(jí)傳動(dòng)比i =1080，分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可達(dá)1000。傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊、噪聲小。 傳遞交錯(cuò)軸之間運(yùn)動(dòng)。相對(duì)滑動(dòng)速度較大，效率低，摩擦磨損嚴(yán)重,不適用于大功率長(zhǎng)期連續(xù)工作。為了避免過(guò)熱，需要良好的潤(rùn)滑條件和散熱裝置。1.2.3.4.5.6通常蝸桿為

3、原動(dòng)件實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其反行程不自鎖時(shí)，蝸輪可為原動(dòng)件作增速運(yùn)動(dòng)?？梢岳梅葱谐套枣i的特點(diǎn)在工業(yè)中應(yīng)用，如鑄造車間運(yùn)送鐵水包的升降機(jī)構(gòu)。機(jī)二、蝸桿傳動(dòng)的類型蝸桿傳動(dòng)的類型通常根據(jù)蝸桿形狀和加工方法分類阿基米德圓柱蝸桿圓柱面蝸桿法向直廓蝸桿漸開(kāi)線蝸桿蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿圓錐面蝸桿(a)圓柱面蝸桿傳動(dòng)(b)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(c)錐面蝸桿傳動(dòng)機(jī)第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸一、正確嚙合條件二、主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算機(jī)一、正確嚙合條件中間平面 ：對(duì)于兩軸線垂直交錯(cuò)的阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)，通過(guò)蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。在中間平面內(nèi)蝸桿蝸輪的嚙合傳動(dòng)相當(dāng)于漸開(kāi)線齒輪與齒條的嚙合傳動(dòng)。又被稱為主平

4、面。20130415-8W-21T-42H機(jī)一、正確嚙合條件正確嚙合條件為： mt2 t2 m （旋向相同）ma1a1 20130415-8W-21T-42H機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（BIT）-by L D二、主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算中間平面上蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于漸開(kāi)線齒輪與齒條的傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)計(jì)算，以中間平面參數(shù)為準(zhǔn)，直接應(yīng)用齒輪傳動(dòng)的幾何關(guān)系進(jìn)行幾何計(jì)算。1模數(shù)和壓力角2. 蝸桿頭數(shù)（齒數(shù)）蝸輪齒數(shù)3蝸桿分度圓直徑和導(dǎo)程角4傳動(dòng)比5中心距機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（BIT）-by L D二、主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算1模數(shù)和壓力角 mmma1t2a1 t22. 蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)的選取由傳動(dòng)比并考慮效率來(lái)選定。一般為Z1=14

5、。傳遞運(yùn)動(dòng)，要求傳動(dòng)比大，蝸桿頭數(shù)取小值。傳遞動(dòng)力，蝸桿頭數(shù)取大值，傳動(dòng)效率和承載能力高；蝸桿頭數(shù)太大，蝸桿加工選取。不宜大于80。蝸輪齒數(shù)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)比和蝸桿頭數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（BIT）-二、主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算將蝸桿在分度圓柱面上展開(kāi)3蝸桿分度圓直徑和導(dǎo)程角tan z1 pa z1m z1md1d1d1z1tan m mqd1pa蝸桿軸向齒距z1tan q 蝸桿直徑系數(shù)為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并有利于標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定了蝸桿分度圓直徑的系列值，即將蝸桿直徑系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。P122表7-1機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（BIT）-by Lu二、主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算導(dǎo)程角的選擇原則：動(dòng)力傳動(dòng)，為提高傳動(dòng)效率，宜選取較大的導(dǎo)

6、程角，取=1530，此時(shí)為多頭蝸桿。若蝸桿的導(dǎo)程角小，則傳動(dòng)效率低，易自鎖，通常要求自鎖的傳動(dòng)，則取=3.54.5。按多數(shù)在 3 31之間。n1z2i4傳動(dòng)比n2z15中心距蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距為a 1 (d d ) 1 m(q z)12222081121-13W-21T-42H機(jī)第三節(jié)一、力的大小計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的受力分析 2000T1 FFt1a 2d12000T 1 i2000TF F 2a1t2dd22Fa1 nta 2cosn二、力的方向判斷蝸桿傳動(dòng)各分力的方向可以按圓柱齒輪相同的方法確定,注意如何判斷蝸輪的轉(zhuǎn)向。20120416-8W-21T-42H091118-11W-20T-40H

7、機(jī)第四節(jié)蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度和效率一、滑動(dòng)速度二、效率三、自鎖機(jī)一、滑動(dòng)速度v1cos d1n160 1000 cos v v 2 v 2(m/s)s12式中， d1為蝸桿的節(jié)圓直徑 (mm)；n1為蝸桿轉(zhuǎn)速 (rmin)；當(dāng)潤(rùn)滑和散熱條件不良時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)速度大，會(huì)使傳動(dòng)發(fā)熱嚴(yán)重，易產(chǎn)生齒面磨損和膠合。機(jī)二、蝸桿傳動(dòng)效率蝸桿傳動(dòng)的總效率為： 1231為嚙合效率；2 軸承效率；3 濺油效率。其中，當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率為 tan z mtan 1d1tan( )1v1或 z1初步設(shè)計(jì)時(shí)，蝸桿傳動(dòng)的總效率可以參考下面的數(shù)值。 0.7 0.75 0.75 0.82 0.82 0.92 0

8、.6 0.7z1 1,z1 2,z1 3 4,z1 1 4,閉式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng)機(jī)二、蝸桿傳動(dòng)效率其中，當(dāng)蝸輪主動(dòng)時(shí)，蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率為： tan( v )1tan v如果，則嚙合效率為負(fù)值，蝸桿傳動(dòng)發(fā)生自鎖，這種蝸桿傳動(dòng)，即使由蝸桿主動(dòng)時(shí)傳動(dòng)效率也非常低，通常在50%以下。另外，在振動(dòng)條件下，摩擦系數(shù)的值會(huì)有波動(dòng)，因此不能單靠蝸桿傳動(dòng)的自鎖作用來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，在重要場(chǎng)合應(yīng)另外設(shè)計(jì)可靠的制動(dòng)裝置。（參考西北工大機(jī)械原理第五版：機(jī)械的效率與自鎖一章內(nèi)容）機(jī)第五節(jié)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)一、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇二、蝸輪輪齒強(qiáng)度和蝸桿的剛度計(jì)算三、熱平衡計(jì)算四、潤(rùn)滑方式選擇五、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)機(jī)一、失效形式

9、、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇1失效形式由于蝸桿傳動(dòng)齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大（滑動(dòng)與滾動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別），發(fā)熱量大，其失效形式主要是齒面膠合，其次是點(diǎn)蝕、斷齒、磨損和塑性變形等。2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則由于材料和齒形上的原因，蝸桿螺紋部分的強(qiáng)度總要高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，失效通常發(fā)生在蝸輪上，所以一般只對(duì)蝸輪的輪齒進(jìn)行承載能力計(jì)算。主要考慮齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，通過(guò)降低許用應(yīng)力來(lái)考慮膠合、磨損失效的影響。對(duì)閉式傳動(dòng)應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。機(jī)一、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇3蝸桿、蝸輪常用材料原則： 具有一定強(qiáng)度， 良好的耐磨性和抗膠合的性能蝸桿材料一般情況：45、35SiMn、40Cr，表面淬火 HRC 4550

10、高速重載：20Cr、15Cr、20nTi，滲碳淬火 HRC 5662低速輕載或不重要傳動(dòng)：45、40，調(diào)質(zhì)HBS 220300蝸輪材料：一般情況：ZCuAl10Fe3高速傳動(dòng)：ZCuSn10Pl、 ZCuSn5Pb5Zn5低速輕載或不重要傳動(dòng)：HT150、HT200機(jī)一、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇如何根據(jù)滑動(dòng)速度來(lái)確定蝸輪的選材滑動(dòng)速度較高(525ms)長(zhǎng)期工作重要的高速蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪常用采用鑄錫青銅制1)造，抗膠合和 磨損的性能好，允許滑動(dòng)速度大，容易切削加工；但價(jià)格貴，強(qiáng)度較低。2)滑動(dòng)速度8m/s蝸輪可采用鑄鋁鐵青銅或鑄鋅青銅。有足夠的強(qiáng)度，鑄造性能好、耐沖擊、價(jià)廉。但切削性能差、抗

11、膠合性能不如錫青銅。3)滑動(dòng)速度2m/s蝸輪可用球墨鑄鐵或灰鑄鐵蝸輪，也可用尼龍或增龍材料制成。機(jī)二、蝸輪輪齒強(qiáng)度和蝸桿的剛度計(jì)算1.蝸輪輪齒強(qiáng)度計(jì)算（計(jì)算方法與斜齒輪類似）9000KT2 ZHEH2m3qz2接觸疲勞強(qiáng)度22Zm3q 9000KT Ez 22H2 1530KT2 cos Y 彎曲疲勞強(qiáng)度F2F2F2m3qz2m3q 1530KT2 cos Yz F22F22.蝸桿剛度計(jì)算(視為以齒根圓直徑為直徑的軸） yymax一般取y=d /1000120100426-8W-21T-42H機(jī)三、熱平衡計(jì)算1.熱平衡計(jì)算目的：控制油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。在時(shí)間產(chǎn)生的熱量為P ( 1H11

12、000)時(shí)間內(nèi)散逸的熱量為K s( A1 tH)0t2熱平衡溫度t 1000P( 1 )t t 10KAst60oo90機(jī)三、熱平衡計(jì)算2. 提高散熱能力的措施：增加散熱面積：例如，在箱體外壁合理設(shè)計(jì)并鑄出或焊上散熱筋片；提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：例如，在蝸桿端部加裝風(fēng)扇；在器油池中加裝蛇形冷卻水管進(jìn)行冷卻；采用噴油潤(rùn)滑。機(jī)三、熱平衡計(jì)算提高散熱能力的措施機(jī)四、潤(rùn)滑方式選擇1.目的潤(rùn)滑是減少摩擦磨損最有效段。還可用潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻，以保證正常油溫和粘度。蝸桿傳動(dòng)所采用潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑方式及裝置與齒輪傳動(dòng)相同2.方式（1）相對(duì)滑動(dòng)速度有適當(dāng)?shù)挠土?。vs510 ms時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑，應(yīng)相對(duì)滑動(dòng)速度 1015

13、ms vs4ms時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上，此時(shí)蝸輪浸入油內(nèi)的深度不得超過(guò)蝸輪半徑的三分之一；如速度vs4ms時(shí)攪油損失較低，可考慮刻將蝸桿下置浸油深度約為蝸桿的12個(gè)齒高。（2）相對(duì)滑動(dòng)速度vs1015ms，則應(yīng)采用噴油潤(rùn)滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端；機(jī)五、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)1.蝸桿結(jié)構(gòu)車削蝸桿銑削蝸桿機(jī)五、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)2.蝸輪結(jié)構(gòu)齒圈壓配式整體式螺栓聯(lián)接式鑲鑄式20110415-7W-21T-42H機(jī)例題例題7-1 設(shè)計(jì)一起重設(shè)備用的蝸桿傳動(dòng)，載荷為中等沖擊，蝸驅(qū)動(dòng)，傳遞的額定功率P15 kW，蝸桿轉(zhuǎn)速為桿軸由電n1=1460 r/min，蝸輪轉(zhuǎn)速為n2=120 r/min。解：采用阿基米德

14、圓柱蝸桿傳動(dòng)1選擇材料蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度45 HRC。蝸輪用ZCuSn10P1金屬型鑄造。2選擇齒數(shù)理論傳動(dòng)比i n1 1460 12.17n2120選取蝸桿頭數(shù) z14，則蝸輪齒數(shù) z2412.166748.67 圓整z2=49機(jī)例題選取蝸桿頭數(shù)z14，則蝸輪齒數(shù) z2412.166748.67圓整 z2=49z2 49 12.25實(shí)際傳動(dòng)比：i z14 n1 1460 119.18 r/minn蝸輪實(shí)際轉(zhuǎn)速：2i12.25 n2 119.1837 120 0.68%n n2驗(yàn)算蝸輪轉(zhuǎn)速誤差：n2 120機(jī)例題3按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定主要參數(shù) 0.9初選效率計(jì)算蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩

15、T 9549 P2 9550 P10.9 5 9550 360.54 (N m)2nn119.183722 H 220 MPa蝸輪接觸許用應(yīng)力（表7-3）ZE 155MPa取載荷系數(shù)K=1.6,機(jī)例題ZE 155MPa取載荷系數(shù)K=1.6,根據(jù)接觸強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)公式（7-12）2m3q32H2根據(jù)表7-1，取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值模數(shù)m=5mmd1=50mmq=10分度圓直徑蝸桿直徑系數(shù)機(jī)例4驗(yàn)算蝸輪圓周速度題d 2 m z 2 5 49 2 45m m蝸輪分度圓直徑 d 2 n 23.14 245 119.1837 60 1000 v 1.53m /s 15m /s圓周速度60 1000 5. 校核蝸輪彎曲

16、強(qiáng)度 arctg z1 arctg 4 21.8 2148 05 蝸桿導(dǎo)程角q10蝸桿彎曲許用應(yīng)力（表7-6） F2 73MPaz2cos3 49z 61.2186當(dāng)量齒數(shù)zv蝸輪齒形系數(shù)Yvcos3 21.801409（表7-5） Y 1.40 1.34 1.40 (61.2186 - 60) 1.3963F2F280 60根據(jù)蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度校核公式（7-13） 1530KT2 cos Y 1530 1.6 360.54 cos21.801409 1.3963 18.68MPaF2F253 10 49m3qz 2安全F 2F 2機(jī)例題6.蝸桿剛度計(jì)算（略）7熱平衡計(jì)算（略）8. 其它幾何尺

17、寸計(jì)算a 1 (d d ) 1 (50 245) 147.5mm實(shí)際中心距蝸桿齒頂圓直徑1222d d 2h*m 50 2 1 5 60mma11ad2( h * c * ) m 62 m md蝸桿齒根圓直徑f11ab1b1z 2 1 2 5 49 1 70 .7 m m2 m蝸桿螺旋部分長(zhǎng)度圓整?。? 1m md2 h * m 2 4 5 2 1 5 2 5 5 m m蝸輪喉圓直徑（齒頂圓直徑）da2 2ad2( h * ) m c *d233 m m蝸輪齒根圓直徑f2 2ar a 1 d 147.5 1 255 20mm2蝸輪咽喉母圓半徑g 2a22機(jī)例題b 2 2 m ( 0 .5 b 2 38m mq 1 ) 3