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§12.1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)§12.2普通蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算§12.3蝸桿傳動(dòng)的失效方式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么和資料選擇§12.4蝸桿傳動(dòng)的受力分析§12.5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算§12.6蝸桿傳動(dòng)的效率及熱平衡計(jì)算第12章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)廣泛運(yùn)用于各種機(jī)械設(shè)備和儀表中，常用于減速且蝸桿為自動(dòng)件，軸交角為90°的場(chǎng)所。蝸桿傳動(dòng)由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成，用于傳送空間兩交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)其齒面普通是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓外形不同。阿基米德蝸桿〔ZA型〕車刀刀刃與蝸桿軸線在同一程度線上，加工出來的蝸桿在軸剖面的齒形是直線，在法向剖面內(nèi)的齒形為曲線，垂直于軸線剖面的齒形為阿基米德螺旋線。漸開線蝸桿〔ZI型〕車刀刀刃與蝸桿的基圓柱相切，在切于基圓柱的軸向剖面Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ內(nèi)的齒形的一側(cè)為直線，在軸向剖面和法向剖面內(nèi)的齒形均為曲線，端面的齒形為漸開線。法向直廓蝸桿〔ZN型〕車刀刀刃放在蝸桿齒面的法平面內(nèi)，加工出來的蝸桿在法向剖面內(nèi)的齒形是直線，在軸剖面內(nèi)的齒形為曲線，在端面上的齒形為延伸漸開線錐面包絡(luò)圓柱蝸桿〔ZK型〕將直母線梯形圓盤銑刀的直母線放置于蝸桿齒間的法面內(nèi)，蝸桿在各個(gè)剖面內(nèi)的齒形都是曲線。圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。蝸桿傳動(dòng)的類型蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)如下圖。蝸桿螺紋段的外形是以凹圓弧為母線所構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)曲面。該傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)增多，承載才干為普通圓柱蝸桿的2～4倍，齒間光滑油膜易構(gòu)成和堅(jiān)持，效率高，體積小，壽命長(zhǎng)，但制造、安裝復(fù)雜。蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)錐蝸桿傳動(dòng)如下圖，蝸桿為一等導(dǎo)程的錐形螺紋，故稱錐蝸桿。渦輪像一個(gè)曲線齒圓錐齒輪，故稱錐輪。他們的軸線在空間交錯(cuò)，交錯(cuò)角通常為90°。錐蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是：嚙合齒數(shù)多，重合度大，故傳動(dòng)平穩(wěn)，承載才干高，渦輪能用淬火鋼制造，可節(jié)省有色金屬。蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的精度：142頁(yè)表7-1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算復(fù)習(xí)蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度和效率第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度和效率一、齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度；蝸桿傳動(dòng)中，在蝸桿與蝸輪齒面間會(huì)產(chǎn)生很大的滑動(dòng)速度，由圖得二、蝸桿傳動(dòng)的效率閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損耗包括三部分：輪齒嚙合時(shí)的摩擦損耗、軸承摩擦損耗和攪油損耗，故蝸桿傳動(dòng)的總效率為式中——蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率，當(dāng)蝸桿為自動(dòng)件時(shí)：〔其中為蝸桿導(dǎo)程角，為當(dāng)量摩擦角，查表7-4，147頁(yè)〕。——軸承效率及攪油效率，普通取。蝸桿傳動(dòng)效率主要取決于，普通隨的增大而提高，但后，提高已不明顯，而且大導(dǎo)程角的蝸桿制造困難，所以適用為。蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度和效率在傳動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)出之前，為近似地設(shè)計(jì)出蝸輪受的轉(zhuǎn)矩T2，傳動(dòng)效率可如下估?。何仐U頭數(shù)z11234總效率η0.700.800.850.9蝸桿傳動(dòng)的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇第四節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效方式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么蝸桿傳動(dòng)齒輪的受力情況與齒輪傳動(dòng)根本一樣，故蝸桿傳動(dòng)的失效方式也與齒輪傳動(dòng)類似。但是，由滑動(dòng)速度計(jì)算公式可知，蝸桿傳動(dòng)齒面間具有很大的滑動(dòng)速度，同時(shí)，傳動(dòng)效率低，發(fā)熱量大，因此，蝸桿傳動(dòng)的主要失效方式是膠合和磨損。閉式蝸桿傳動(dòng)以膠合為主要失效方式，開式蝸桿傳動(dòng)主要是齒面磨損。由于目前對(duì)膠合和磨損的計(jì)算尚無成熟的方法，故仍按齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)展條件性計(jì)算，只在許用應(yīng)力數(shù)值中適當(dāng)思索膠合和磨損的影響。1.失效方式2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)，普通按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)展設(shè)計(jì)，按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)展校核，并進(jìn)展熱平衡計(jì)算，以免過高的溫升引起光滑失效，導(dǎo)致齒面膠合。對(duì)于開式渦輪傳動(dòng)，通常只須按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)展設(shè)計(jì)。蝸桿通常為細(xì)長(zhǎng)軸，過大的彎曲變形將導(dǎo)致嚙合區(qū)接觸不良，因此，當(dāng)蝸桿軸的支撐跨距較大時(shí)，應(yīng)校核其剛度能否足夠。蝸桿資料的強(qiáng)度通常比蝸輪資料高，且蝸桿齒為延續(xù)的螺旋齒，故蝸桿副的失效普通出如今蝸輪上。通常只對(duì)蝸輪進(jìn)展承載才干計(jì)算。蝸桿傳動(dòng)的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇3.蝸桿和蝸輪的資料選擇蝸桿常用資料為碳鋼或合金鋼。高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。這樣可以提高外表硬度，添加耐磨性。低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。蝸輪常用資料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的失效特點(diǎn)，蝸桿副資料不但應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，而且還應(yīng)具有良好的減磨性和抗膠合性能。實(shí)際證明，較理想的蝸桿副資料是磨削淬硬的鋼制蝸桿匹配青銅蝸輪。蝸桿傳動(dòng)的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇蝸桿傳動(dòng)的受力分析普通蝸桿傳動(dòng)的承載才干計(jì)算2蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪類似，輪齒在遭到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。在不計(jì)摩擦力時(shí)，有以下關(guān)系：蝸桿傳動(dòng)的受力分析在分析蝸桿和蝸輪受力方向時(shí)，必需先指明自動(dòng)輪和從動(dòng)輪〔普通蝸桿為自動(dòng)輪〕；蝸桿或蝸輪的螺旋方向：左旋或右旋；蝸桿的轉(zhuǎn)向和位置。蝸桿與蝸輪輪齒上各方向判別如下：②徑向力的方向：由嚙合點(diǎn)分別指向各自軸心；③軸向力的方向：蝸桿自動(dòng)時(shí)，蝸桿軸向力的方向由“自動(dòng)輪左、右手定那么〞判別，即右旋蝸桿用右手〔左旋用左手〕，四指順著蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向彎曲，大拇指指向即蝸桿軸向力的方向。蝸輪軸向力的方向與蝸桿圓周力方向相反。①圓周力的方向：自動(dòng)輪圓周力與其節(jié)點(diǎn)速度方向相反，從動(dòng)輪圓周力與其節(jié)點(diǎn)速度方向一樣；蝸桿傳動(dòng)受力方向判別蝸桿傳動(dòng)的承載才干計(jì)算一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為：適用于鋼制蝸桿對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪渦輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為由于阿基米德蝸桿在中間平面上，相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)，而蝸輪又相當(dāng)于一個(gè)斜齒輪，所以蝸桿傳動(dòng)可以近似的看做齒條與斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)。目的：防止“點(diǎn)蝕〞和“膠合〞失效。強(qiáng)度條件：≤蝸桿傳動(dòng)的承載才干計(jì)算式中——載荷系數(shù)，見150頁(yè)

查表12.為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪構(gòu)造，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的失效方式和計(jì)算準(zhǔn)那么和資料選擇蝸輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合性能好的鑄錫青銅，ZcuSn10P1，砂其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形普通蝸桿傳動(dòng)的效率光滑與熱平衡2目的：防止“點(diǎn)蝕〞和“膠合〞失效。7蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)常用蝸輪的構(gòu)造方式如下：渦輪像一個(gè)曲線齒圓錐齒輪，故稱錐輪。蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)7蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)蝸桿傳動(dòng)的光滑及熱平衡計(jì)算軸剖面的齒形是直線，在法向剖面內(nèi)的齒形為曲線，垂直蝸桿傳動(dòng)的承載才干計(jì)算二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要準(zhǔn)確計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力比較困難，通常把蝸輪近似地看做斜齒輪來思索，進(jìn)展條件性計(jì)算。設(shè)計(jì)公式為：式中——蝸輪齒形系數(shù)，按查表7-7，153頁(yè)；蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為：蝸桿傳動(dòng)的承載才干計(jì)算三、蝸桿的剛度計(jì)算通常把蝸桿螺旋部分看做以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段，進(jìn)展剛度校核。其最大撓度可按下式作近似計(jì)算。詳細(xì)見153頁(yè)普通蝸桿傳動(dòng)的效率光滑與熱平衡2蝸桿傳動(dòng)的光滑光滑的主要目的在于減摩與散熱。由于光滑不良時(shí)，傳動(dòng)效率將顯著降低，而且會(huì)帶來猛烈的磨損和產(chǎn)生膠合的危險(xiǎn)，所以往往采用粘度大的礦物油進(jìn)展良好的光滑。在光滑油中還參與添加劑，使其提高抗膠合才干。詳細(xì)光滑方法與齒輪傳動(dòng)的光滑相近。蝸桿傳動(dòng)的光滑及熱平衡計(jì)算閉式蝸桿傳動(dòng)的光滑油黏度及光滑方法見表7-9，154頁(yè)。開式蝸桿傳動(dòng)常采用黏度較高的齒輪油或光滑脂。光滑油量光滑油量的選擇既要思索充分的光滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。對(duì)于下置蝸桿傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。光滑油粘度及給油方式普通根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類型進(jìn)展選擇。給油方法包括：油池潤(rùn)滑、噴油光滑等，假設(shè)采用噴油光滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端，蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)，兩邊都要裝有噴油嘴。而且要控制一定的油壓，12.6.2蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算由于傳動(dòng)效率較低，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。假設(shè)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，那么系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會(huì)破壞潤(rùn)滑形狀，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：自然冷卻從箱壁散去的熱量為：Ks——箱體外表的散熱系數(shù)，沒有循環(huán)空氣流動(dòng)時(shí)可取Ks＝(8.15~10.5)W/(m2?K)；通風(fēng)良好時(shí)Ks＝(14~17.45)A——箱體的可散熱面積(m2)；t1——光滑油的任務(wù)溫度(℃)；t0——環(huán)境溫度(℃)。普通取20度在熱平衡條件下可得：可用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算，普通限制在60~70℃，最高不超越90℃蝸桿傳動(dòng)的光滑及熱平衡計(jì)算W/(m2?K)假設(shè)t1超越允許值，必需采用以下措施以提高散熱才干。蝸桿傳動(dòng)的光滑及熱平衡計(jì)算冷卻水管動(dòng)畫演示壓力噴油動(dòng)畫演示12.2.3蝸桿、蝸輪的構(gòu)造1.蝸桿的構(gòu)造蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制造。無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的方法。〔動(dòng)畫演示〕有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該構(gòu)造的剛度較前一種差?！矂?dòng)畫演示〕12.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸2.蝸輪的構(gòu)造為了減摩的需求，蝸輪通常要用青銅制造。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪構(gòu)造，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的構(gòu)造方式如下：整體式蝸輪齒圈式蝸輪鑲鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪觀看蝸輪照片12.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的跑和和試運(yùn)轉(zhuǎn)蝸桿傳動(dòng)安裝蝸桿傳動(dòng)安裝要求精度高。應(yīng)使蝸輪的中間平面經(jīng)過蝸桿的軸線。如右圖所示。為保證傳動(dòng)的正確嚙合，任務(wù)時(shí)蝸輪的中間平面不允許有軸向挪動(dòng)，因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式。蝸桿傳動(dòng)的維護(hù)很重要，又留意周圍的通風(fēng)散熱情況。12.7蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)蝸桿傳動(dòng)裝配后，須經(jīng)跑合，以使齒面接觸良好。跑合時(shí)采用低速運(yùn)轉(zhuǎn)，通常r/min,逐漸加載至額定載荷，跑合1～5h。假設(shè)發(fā)現(xiàn)蝸桿齒面上粘有青銅，應(yīng)立刻停車，用細(xì)砂紙打去，在繼續(xù)跑合。跑合好后，應(yīng)清洗全部零件，換新光滑油，并應(yīng)把此時(shí)蝸輪相對(duì)于蝸桿的軸向位置打上印記，便于以后裝拆時(shí)配對(duì)和調(diào)整到位。新機(jī)試車時(shí)，先空載運(yùn)轉(zhuǎn)，然后逐漸加載至額定載荷，察看齒面嚙合、軸承密封及溫升等情況。

例題12.1設(shè)計(jì)一運(yùn)輸機(jī)的閉式蝸桿傳動(dòng)。蝸桿輸入功率，蝸桿的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，載荷平穩(wěn)，單向回轉(zhuǎn)，，通風(fēng)良好。預(yù)期運(yùn)用壽命15000h，估計(jì)散熱面積解：〔1〕選擇資料并確定許用應(yīng)力蝸桿：由于功率不大，采用45鋼外表淬火，硬度>45HRC。蝸輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合性能好的鑄錫青銅，ZcuSn10P1，砂模鑄造。查表12.6，蝸輪資料的根本許用接觸應(yīng)力為查表12.8，蝸輪資料的根本許用彎曲應(yīng)力為12.7蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N〔蝸輪轉(zhuǎn)速〕計(jì)算壽命系數(shù)計(jì)算許用應(yīng)力：12.7蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)〔2〕確定蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)由表12.1，根據(jù)傳動(dòng)比i值取〔3〕計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩取〔4〕按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算取載荷系數(shù)由式〔12.10〕得12.7蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)查表12.2，按選取得m=8，q=10