第四章 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)

盤銑刀放置在蝸桿齒槽的法向面內(nèi)，各剖面齒廓均為曲線第四章蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)一、蝸桿傳動(dòng)的類型及其特點(diǎn)(1)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)用直母線刀刃加工車刀切削平面通過蝸桿軸線、軸向剖面為直線齒廓阿基米德蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿1.類型

用于不太重要場(chǎng)合廣泛應(yīng)用阿基米德蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(2)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧車刀刀刃平面通過蝸桿軸線環(huán)面砂輪裝置在蝸桿螺旋線的法面內(nèi)中間平面上蝸桿齒廓凹弧形、蝸輪齒廓凸弧形承載能力較普通型高50~150%傳動(dòng)效率達(dá)90%目前正推廣2.特點(diǎn)

(1)傳動(dòng)比大i=10~80從運(yùn)動(dòng)關(guān)系看，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺母與螺桿傳動(dòng)(2)傳動(dòng)平穩(wěn)(4)摩擦發(fā)熱大、傳動(dòng)效率低(3)有自鎖性(蝸桿升角當(dāng)量摩擦角)二、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸

(阿基米德蝸桿為例)

1.中間平面內(nèi)蝸桿嚙合特點(diǎn)

在中間平面內(nèi)，相當(dāng)于斜齒條與斜齒輪的嚙合(1)正確嚙合條件蝸桿軸面周節(jié)＝蝸輪端面周節(jié)模數(shù)：(標(biāo)準(zhǔn)值)壓力角：(標(biāo)準(zhǔn)值)(2)蝸桿傳動(dòng)參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算與齒輪傳動(dòng)相同參數(shù)：幾何尺寸計(jì)算：通過蝸桿軸線且垂直與蝸輪軸線的平面2.主要參數(shù)加工蝸輪要用與蝸桿同樣參數(shù)和直徑的蝸輪滾刀要減少滾刀數(shù)目、便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化交錯(cuò)角為900的螺旋齒輪傳動(dòng)：大小相等、方向相同(1)模數(shù)和壓力角(2)蝸桿分度圓直徑則將定為標(biāo)準(zhǔn)值并與有一定的搭配關(guān)系直徑系數(shù)(3)蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角的蝸桿具有自鎖性故與導(dǎo)程周節(jié)(4)傳動(dòng)比i加工困難1實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比或要求自鎖傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)z1=2、4要求效率避免根切避免蝸桿過長(zhǎng)引起剛度不足蝸輪齒數(shù)一般取(5)相對(duì)滑動(dòng)速度齒間的摩擦發(fā)熱蝸輪變、蝸桿保持不變蝸輪變位計(jì)算與齒輪相同配湊中心距符合標(biāo)準(zhǔn)值(6)變位系數(shù)未變位變位后湊傳動(dòng)比符合推薦值(中心距保持不變)蝸輪齒數(shù)蝸輪輪齒頂變尖蝸輪根切變位系數(shù)未變位變位后由得變位系數(shù)普通蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)3.幾何尺寸計(jì)算

基本尺寸與齒輪傳動(dòng)類似(1)蝸輪3個(gè)圓(2)蝸輪輪緣寬度B(3)蝸桿螺紋長(zhǎng)度b1齒根圓喉圓(同齒輪齒頂圓)頂圓閉式傳動(dòng)開式傳動(dòng)失效形式(發(fā)生在蝸輪上)

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

輪和齒膠齒合面點(diǎn)蝕控制點(diǎn)蝕和膠合：控制折斷(Z2>80)：齒面接觸強(qiáng)度條件輪齒彎曲強(qiáng)度條件控制溫升：熱平衡計(jì)算輪齒折斷控制折斷：輪齒彎曲強(qiáng)度條件[注]蝸桿主要是控制軸的變形四、材料及許用應(yīng)力

1.材料及熱處理

蝸桿蝸輪材料組合：碳素鋼：45、…合金鋼：40Cr、20Cr、20CrMnTi、…熱處理調(diào)質(zhì)：減摩耐磨抗膠合蝸桿材料45調(diào)質(zhì)(硬度≤350HBS)淬火：40Cr表面淬火(45~55HRC)20Cr滲碳淬火(58~63HRC)蝸輪容易產(chǎn)生膠合灰鑄鐵鋁鐵青銅鑄錫磷青銅價(jià)廉價(jià)昂抗膠合差強(qiáng)按選材材料2.許用應(yīng)力

(1)許用接觸應(yīng)力傳動(dòng)的承載能力取決于蝸輪的接觸強(qiáng)度蝸輪為的青銅時(shí)壽命系數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)傳動(dòng)的承載能力取決于蝸輪的抗膠合能力蝸輪為鑄鐵或

的青銅時(shí)

與材料組合及有關(guān)(2)許用彎曲應(yīng)力壽命系數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)五、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度條件1.受力分析

(1)力的分解以蝸桿為對(duì)象(3)力的方向法面內(nèi)：圓周力徑向力蝸桿上與轉(zhuǎn)向相反蝸輪上與轉(zhuǎn)向相同和指向各自的輪心切面內(nèi)：徑向力圓周力軸向力(2)力的關(guān)系同直齒輪軸向力：左旋蝸桿用左手法則右旋蝸桿用右手法則蝸桿上用左右手法則判定(4)力的大小利用赫茲公式、考慮蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)2．齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件校核式：彈性系數(shù)銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿組合時(shí)設(shè)計(jì)式

：使用系數(shù)同齒輪傳動(dòng)借用斜齒輪彎曲強(qiáng)度公式、考慮蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)

[注]3．彎曲疲勞強(qiáng)度條件校核式：設(shè)計(jì)式

：(1)蝸輪按查表(2)蝸輪(3)計(jì)算出值、按表選標(biāo)準(zhǔn)值六、蝸桿傳動(dòng)的效率和熱平衡計(jì)算1.蝸桿傳動(dòng)的效率

(1)效率攪油損耗效率軸承摩檫損耗效率輪齒嚙合檫損耗效率(2)提高效率的途徑蝸桿制造困難效率一般采用減摩性好的材料，如青銅蝸桿放在高速級(jí)2.熱平衡計(jì)算發(fā)熱散熱計(jì)算式環(huán)境溫度、一般取200工作溫度許用工作溫度、一般取600～700散熱面積散熱系數(shù)冷卻措施增加散熱面積(增大箱體、加散熱片)提高散熱系數(shù)(冷卻油溫)的估值12340.70.80.850.9七、圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)失效以膠合為主普通圓柱蝸輪承受的轉(zhuǎn)矩(2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)大于齒面接觸疲勞強(qiáng)度(3)采用凸凹弧齒廓相嚙合及承載能力較普通蝸桿高引入承載能力提高系數(shù)令圓弧圓柱蝸輪承受的轉(zhuǎn)矩只需進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算即可滿足輪齒的工作能力(4)將代入普通圓柱蝸接觸強(qiáng)度條件式校核式：設(shè)計(jì)式

：式中：初估值兩軸線平行兩軸線相交兩軸線交錯(cuò)直齒斜齒人字齒直齒弧齒螺旋齒蝸桿

實(shí)例：1)材料、熱處理閉式普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，平穩(wěn)載荷、工作壽命5年、8h/天、蝸桿材料及熱處理40Cr

表面淬火后磨削蝸輪材料ZCuSn10P1

ZCuSn5Pb5Zn5

砂模鑄造砂模鑄造蝸輪基本許用接觸應(yīng)力表4-6240150蝸輪轉(zhuǎn)速73.573.5蝸輪工作小時(shí)

1200012000蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)0.810.81蝸輪壽命系數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)依據(jù)方案1方案2許用接觸應(yīng)力194.4121.52)確定有關(guān)參數(shù)使用系數(shù)表3-11.11.1蝸桿頭數(shù)22蝸輪齒數(shù)4040初估傳動(dòng)效率0.820.82蝸輪轉(zhuǎn)矩20243402024340彈性系數(shù)1601603)接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算值848521721取標(biāo)準(zhǔn)值表4-19000218751012.5模數(shù)表4-1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)依據(jù)方案1方案2表4-1蝸桿分度圓直徑90140蝸輪分度圓直徑400500中心距245320設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)依據(jù)