建筑工程類第11章蝸桿傳動(dòng)(課堂講義)

第11章蝸桿傳動(dòng)§11-1概述(ɡàishù)§11-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸(chǐcun)§11-3失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料和結(jié)構(gòu)

第十一章蝸桿傳動(dòng)§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析及計(jì)算載荷§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算§11-6蝸桿軸剛度計(jì)算§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算精品資料§11-1概述(ɡàishù)（特點(diǎn)和應(yīng)用）§11-1概述(ɡàishù)§11-1概述

優(yōu)點(diǎn)：1.傳動(dòng)比大2．重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低；一.特點(diǎn)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)緊湊；3．易自鎖。精品資料§11-1概述（特點(diǎn)(tèdiǎn)和應(yīng)用）§11-1概述(ɡàishù)

缺點(diǎn)：vs大，效率低，易磨損。v2v1v1v2vsγ精品資料§11-1概述(ɡàishù)（類型）§11-1概述(ɡàishù)

二.類型圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿ZC阿基米德蝸桿ZA漸開線蝸桿ZI法向直廓蝸桿ZN錐面包絡(luò)蝸桿ZK滾動(dòng)蝸桿傳動(dòng)精品資料一般(yībān)z1=1、2、4、6，z1η，自鎖性§11-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸(chǐcun)§11-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸§11-2（普通圓柱）蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸

參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)——中間平面一.主要參數(shù)蝸輪——端面t蝸桿——軸面a1.模數(shù)m和壓力角αma1=mt2=mαa1=αt2（阿基米德蝸桿αa1=200，其余αn1=200

）可根據(jù)傳動(dòng)比選擇z1一般2.蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2精品資料§11-2主要參數(shù)§11-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸(chǐcun)

3.導(dǎo)程角γ4.蝸桿分度圓直徑(zhíjìng)d1和蝸桿直徑(zhíjìng)系數(shù)q令

由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(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。精品資料蝸輪變位(biànwèi)系數(shù)§11-2尺寸(chǐcun)計(jì)算§11-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸

蝸桿傳動(dòng)正確嚙合條件二.尺寸計(jì)算優(yōu)選系列a’(P242/表11-2)ma1=mt2=mαa1=αt2γ1=β2,且旋向相同(Σ=900時(shí))(一般)注意：1)變位的目的——湊中心距或湊傳動(dòng)比；蝸桿：尺寸不變，節(jié)線與分度線不重合蝸輪：尺寸變化，節(jié)圓與分度圓重合2)蝸輪變位后精品資料§11-3失效(shīxiào)形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料和結(jié)構(gòu)§11-3失效形式(xíngshì)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料和結(jié)構(gòu)§11-3失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料和結(jié)構(gòu)失效主要發(fā)生在蝸輪齒上。一.失效形式輪齒折斷齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面磨損精品資料§11-3設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(zhǔnzé)、材料§11-3失效(shīxiào)形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料和結(jié)構(gòu)閉式——按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，連續(xù)工作時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。二.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則開式——只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。必要時(shí)，進(jìn)行蝸桿軸的剛度計(jì)算。三.材料蝸桿——優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼45，40Cr表面淬火——高速、重載且載荷平穩(wěn)20，20CrMnTi滲碳淬火——高速、重載且載荷變化大45調(diào)質(zhì)——低速、中載或不重要傳動(dòng)精品資料§11-3材料(cáiliào)和結(jié)構(gòu)§11-3失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(zhǔnzé)、材料和結(jié)構(gòu)蝸輪鑄造錫青銅——ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5

抗點(diǎn)蝕差，抗膠合好，用于高速vs≥3m/s鑄造鋁鐵青銅——ZCuAl10Fe3

抗點(diǎn)蝕好，抗膠合差，用于低速重載vs≤4m/s灰鑄鐵——HT200低速輕載，大尺寸vs<2m/s根據(jù)vs選蝸輪材料。初估：四.結(jié)構(gòu)蝸桿蝸輪整體式組合式精品資料§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析及計(jì)算(jìsuàn)載荷§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析(fēnxī)及計(jì)算載荷§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析及計(jì)算載荷一.受力分析

由于摩擦損失較大，受力分析時(shí)應(yīng)考慮齒面間的摩擦力。精品資料§11-4受力分析(fēnxī)§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析及計(jì)算(jìsuàn)載荷方向Ft——主反從同F(xiàn)r——永朝輪心Fa——主動(dòng)輪用左、右手定則精品資料§11-4受力分析(fēnxī)例題§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析及計(jì)算(jìsuàn)載荷例：1.受力分析，并求蝸輪轉(zhuǎn)向和旋向求軸向力Fa的方向2.3.右旋蝸輪主動(dòng)斜齒輪Ⅱ求各輪轉(zhuǎn)向、旋向使軸Ⅱ受軸向力較小4.求蝸桿旋向和轉(zhuǎn)向，使軸Ⅱ受軸向力較小FaFa1Ft2Fr2Fr1Ft1Fa2左旋FaFtⅡ主動(dòng)蝸桿Fa1Ft1右旋精品資料作業(yè)(zuòyè)一作業(yè)(zuòyè)一作業(yè)：

1）P268/11-12）圖示為手動(dòng)絞車，蝸桿傳動(dòng)數(shù)據(jù)如下：m=8mm，q=10，z1=1，z2=40，卷筒直徑D=200mm，W=2.4kN，η=0.4。問(wèn)：①欲使重物上升1m，手柄應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？轉(zhuǎn)向如何？施于手柄上力的大?。竣谌舢?dāng)量摩擦系數(shù)fv=0.2，該機(jī)構(gòu)能否自鎖？③求作用在蝸桿、蝸輪上三個(gè)分力的大??？標(biāo)出方向。DW100精品資料§11-4計(jì)算(jìsuàn)載荷§11-4蝸桿傳動(dòng)受力分析及計(jì)算(jìsuàn)載荷二.計(jì)算載荷Fnc式中：KA——使用系數(shù)；KV——?jiǎng)虞d系數(shù)；Kα、Kβ≈1精品資料§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一.蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算——針對(duì)蝸輪齒1.求基本公式——赫茲公式：

B——最小接觸線長(zhǎng)度Lmin精品資料§11-5接觸(jiēchù)強(qiáng)度計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算B——最小接觸線長(zhǎng)度Lmin代入赫茲公式，得：精品資料§11-5接觸(jiēchù)強(qiáng)度計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算引入無(wú)量綱參數(shù)：

試算法接觸系數(shù)Zρ——考慮齒面曲率和接觸線長(zhǎng)度的影響。

校核式：精品資料§11-5接觸(jiēchù)強(qiáng)度計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算2.求蝸輪鑄錫青銅σB<300MPa——抗點(diǎn)蝕差，抗膠合好

鑄鋁鐵青銅σB≥300MPa灰鑄鐵抗點(diǎn)蝕好，抗膠合差P250/表11-6設(shè)計(jì)式：精品資料§11-5彎曲(wānqū)強(qiáng)度計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算二.蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.求斜齒輪：蝸輪：校核式：精品資料§11-5彎曲強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算§11-5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度(qiángdù)計(jì)算2.求設(shè)計(jì)式：mm3精品資料§11-6蝸桿軸剛度(ɡānɡdù)計(jì)算§11-6蝸桿軸剛度(ɡānɡdù)計(jì)算§11-6蝸桿軸剛度計(jì)算目的：避免剛度不足引起不正常嚙合、偏載及磨損加劇。蝸桿軸受Ft1——水平方向撓度Fr1——垂直方向撓度Fa1——忽略不計(jì)合成撓度：精品資料§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑(rùnhuá)和熱平衡計(jì)算§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率(xiàolǜ)、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一.效率η1——嚙合效率；η2——軸承效率；η3——濺油效率；滾動(dòng)軸承η2=0.99/對(duì)式中：初估：或P260滑動(dòng)軸承η2=0.98～0.99/對(duì)η3≈0.95～0.99

Z1γη1精品資料§11-7潤(rùn)滑(rùnhuá)§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率(xiàolǜ)、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算二.潤(rùn)滑閉式——油潤(rùn)滑開式——脂潤(rùn)滑或粘度高的油根據(jù)vs、載荷油粘度

供油方法vs≤5m/s——蝸桿下置，浸油潤(rùn)滑vs>5m/s——蝸桿上置，浸油或噴油潤(rùn)滑vs>10m/s——蝸桿上置，壓力噴油潤(rùn)滑油量蝸桿下置——浸油深度為蝸桿的一個(gè)齒高且不超過(guò)軸承最低滾動(dòng)體中心蝸桿上置——浸油深度約為蝸輪外徑的1/3精品資料§11-7熱平衡計(jì)算(jìsuàn)§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑(rùnhuá)和熱平衡計(jì)算二.熱平衡計(jì)算

熱平衡：蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量=箱體散發(fā)的熱量

目的：限制油溫在規(guī)定范圍內(nèi)，以免潤(rùn)滑失效。

發(fā)熱量=(1-η)P×1000W

散熱量=αd·S·(t0-ta)W精品資料§11-7熱平衡措施(cuòshī)§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑(rùnhuá)和熱平衡計(jì)算若熱平衡不滿足，措施：1.增大散熱面積2.在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇精品資料§11-7熱平衡措施(cuòshī)§11-7蝸桿傳動(dòng)的效率(xiàolǜ)、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算3.加冷卻管4.壓力噴油循環(huán)冷卻精品資料習(xí)題課（選材料(cáiliào)）習(xí)題課設(shè)計(jì)一攪拌機(jī)用的閉式蝸桿減速器中的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，已知：P=6.2kW，蝸桿轉(zhuǎn)速n=970r/min，傳動(dòng)比i=25，工作(gōngzuò)機(jī)載荷有輕微沖擊，動(dòng)力機(jī)載荷平穩(wěn)，預(yù)期壽命12000h。解：一.選蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù)GB10085-88推薦，采用漸開線蝸桿ZI二.選材料蝸桿：45鋼，表面淬火，表面硬度45～55HRCZCuSn10P1，金屬模鑄造初估：習(xí)題課：蝸輪：精品資料習(xí)題課（接觸(jiēchù)強(qiáng)度初算）習(xí)題課三.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行(jìnxíng)設(shè)計(jì)1.初算中心距式中：初估：η1=0.8i=25z1=2精品資料習(xí)題課（確定尺寸(chǐcun)和參數(shù)）習(xí)題課2.確定傳動(dòng)基本尺寸(chǐcun)及參數(shù)（i=70～20時(shí)，d1/a≈0.35；i=20～5時(shí)，d1/a≈0.4）初估：d1/a=0.35

取標(biāo)準(zhǔn)：a=200mm精品資料習(xí)題課（確定尺寸(chǐcun)和參數(shù)）習(xí)題課根據(jù)(gēnjù)P242/表11-2可知：取標(biāo)準(zhǔn)：m=6.3mm,d1=63mmd1/a=63/200=0.315Zρ=3.05修正：故以上計(jì)算結(jié)果可用。若：z2=53傳動(dòng)比誤差：不允許?。篫2=52傳動(dòng)比誤差：允許精品資料習(xí)題課（確定(quèdìng)尺寸和參數(shù)）習(xí)題課蝸輪齒寬：變位(biànwèi)后：方案二:m=6.3mm；d1=63mm；q=10；γ=11018’36”；z2=50；d2=315mm；a=189mm蝸輪變位系數(shù)x2：取b2=50mm變位前：精品資料習(xí)題課（精確計(jì)算接觸(jiēchù)強(qiáng)度）習(xí)題課修正(xiūzhèng)：Kv不變故以上蝸輪、蝸桿的參數(shù)及尺寸適用。φv=1.540精品資料習(xí)題課（校核(xiàohé)彎曲強(qiáng)度）習(xí)題課四.校核(xiàohé)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度1.求精品資料習(xí)題課（