yu12-13-第七章蝸桿傳動(dòng)

第七章蝸桿傳動(dòng)7.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型作用：

用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

蝸桿主動(dòng)、蝸輪從動(dòng)?！疲?0°形成：若單個(gè)斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且β1很大時(shí)，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。蝸桿蝸輪7.1.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)1、能夠?qū)崿F(xiàn)空間交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，通常交錯(cuò)角為90°；2、單級(jí)傳動(dòng)比大（一般為10～80），結(jié)構(gòu)緊湊；3、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小；4、可以實(shí)現(xiàn)自鎖；5、傳動(dòng)效率低，通常為70％～80％；6、成本較高。室外智能一體化變速云臺(tái)火炮高低機(jī)、方向機(jī)電動(dòng)蝶閥精密光學(xué)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)幾個(gè)主要概念中間平面（主平面）：

通過(guò)蝸桿軸線并垂直蝸輪軸線的平面。

（在中間平面上蝸桿與蝸輪的嚙合關(guān)系相當(dāng)于齒條與漸開(kāi)線齒輪的嚙合關(guān)系，中間平面的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)）。蝸桿頭數(shù)：

組成蝸桿螺紋線的數(shù)量（z1＝1、2、4、6）。蝸桿和蝸輪螺旋線的方向：

蝸桿和蝸輪的螺旋線有左、右旋之分，但兩者的旋向必須相同。7.1.2蝸桿傳動(dòng)的類型根據(jù)蝸桿的形狀不同，蝸桿傳動(dòng)分為：

圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)三大類。根據(jù)刀具加工位置的不同，普通圓柱蝸桿分為：

阿基米德蝸桿、漸開(kāi)線蝸桿、法向直廓蝸桿。其齒面一般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形狀不同。阿基米德蝸桿漸開(kāi)線蝸桿法向直廓蝸桿圓柱蝸桿傳動(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。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時(shí)嚙合齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；同時(shí)嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大(10~360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。圓柱、環(huán)面、及錐蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；圓柱、環(huán)面、及錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大(10~360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。圓柱、環(huán)面、及錐蝸桿傳動(dòng)根據(jù)加工蝸桿時(shí)刀具的位置1、阿基米德蝸桿；2、漸開(kāi)線蝸桿；3、延伸漸開(kāi)線(法向直廓)

蝸桿。車制蝸桿阿基米德蝸桿加工時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)齒條形車刀水平放置在蝸桿軸線平面內(nèi)；軸截面齒形為直齒齒條形齒廓；法截面齒形為外凸曲線齒廓；橫截面齒廓為阿基米德螺旋線。漸開(kāi)線蝸桿可用兩把刀具加工，刀具頂面與基圓柱相切，一把刀具的刀刃高于蝸桿軸線，另一把刀具的刀刃低于蝸桿軸線；橫截面為漸開(kāi)線齒廓，軸截面為凸曲線齒廓；齒廓能磨削加工，加工精度高，多用于較高速,較精密或較大功率傳動(dòng).法向直廓（延伸漸開(kāi)線）蝸桿車刀刀刃平面位于螺旋線的法面上；橫截面為延伸漸開(kāi)線齒廓，法截面為直線齒廓；齒廓可以進(jìn)行磨削加工，多用于精密傳動(dòng)。7.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)

的主要參數(shù)和幾何尺寸7.2.1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)中間平面：通過(guò)蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。對(duì)于蝸桿，其為蝸桿的軸截面；對(duì)于蝸輪，中間平面為其蝸輪的端面。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算以中間平面為準(zhǔn)。蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)：齒數(shù)z，模數(shù)m，分度圓壓力角，螺旋角齒頂高系數(shù)，齒根高系數(shù)。蝸桿傳動(dòng)中間平面主要參數(shù)關(guān)系節(jié)距與模數(shù)的關(guān)系蝸桿的導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角的關(guān)系蝸桿正確嚙合條件※2、蝸桿分度圓直徑d1和導(dǎo)程角γ為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，因此對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1摘自GB10085-88,括號(hào)中的數(shù)字盡可能不采用蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角3、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2

傳動(dòng)比：蝸桿頭數(shù)Z1通常取為：1，2，4,6(若要得到大傳動(dòng)比，可取Z1＝1，但此時(shí)傳動(dòng)效率低；

Z1越大，傳動(dòng)效率越高，但加工越困難。）蝸輪齒數(shù)：，一般取Z2=26～80。（Z2過(guò)少易根切，過(guò)多會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，蝸桿長(zhǎng)度增加導(dǎo)致蝸桿剛度降低，影響嚙合精度。）蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用值式中：d1--蝸桿分度圓直徑，mm；n1--蝸桿的轉(zhuǎn)速，r/min；--蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角，度。4、齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度所有參數(shù)的計(jì)算與齒輪傳動(dòng)相同！7.2.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何計(jì)算名稱符號(hào)蝸桿蝸輪分度圓直徑dd1d2=mz2中心距aa=（d1+d2）/2齒頂圓直徑dada1=d1+2mda2=d2+2m齒根圓直徑dfdf1=d1-2.4mdf2=d2-2.4m蝸輪最大外圓直徑de2

de2=da2+m蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2

Ra2=df1/2+0.2m蝸輪齒根圓弧半徑Rf2

Rf2=da1/2+0.2m蝸輪輪緣寬度b

z1≤3時(shí)，b≤0.75da1z1=4時(shí)，b≤0.67da1蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程角γγ=arctan（z1m/d1)

pP=πm蝸桿螺旋部分長(zhǎng)度

Lz1=1、2時(shí)，L≥(11+0.06z2)m;z1=4時(shí)，L≥(12.5+0.09z2)m;磨削蝸桿加長(zhǎng)量：當(dāng)m<10(mm)時(shí)，加長(zhǎng)25（mm）當(dāng)m=10～16(mm)時(shí)，加長(zhǎng)35～40（mm）7.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇7.3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要是齒面膠合、點(diǎn)蝕、磨損和輪齒的折斷，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。7.3.2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪輪齒多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效，因此通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)中，多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。7.3.3蝸桿和蝸輪材料的選擇對(duì)材料的要求：

蝸桿和蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨性及跑和性能。蝸桿材料：

蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制成，要求齒面光潔并具有較高的硬度。蝸輪材料蝸輪常用材料：

鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵。鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5)

：

減摩性、耐磨性最好，抗膠和能力最強(qiáng)，但是抗彎曲強(qiáng)度較低，價(jià)格較高，多用于m/s的重要傳動(dòng)中。鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3):有足夠的強(qiáng)度，價(jià)格便宜，但是耐磨性和抗膠和能力差，用于m/s的傳動(dòng)中?；诣T鐵(HT150、HT200):用于m/s的低速或手動(dòng)傳動(dòng)中。7.4普通圓柱蝸桿的強(qiáng)度計(jì)算7.4.1蝸桿傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析和受力分析式中：T1、T2—分別為蝸桿和蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，N.mm；

i為傳動(dòng)比；d1、d2—分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑?！笼X形角。左旋蝸桿與右旋蝸桿左旋蝸桿右旋蝸桿受力方向的判定受力方向的判定

確定圓周力Ft及徑向力Fr的方向的方法與外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)相同，而軸向力Fa的方向則可根據(jù)相應(yīng)的圓周力Ft的方向來(lái)判定，即Fa1與Ft2方向相反，F(xiàn)t1與Fa2的方向相反。也可按照主動(dòng)件左右手定則來(lái)判斷：當(dāng)蝸桿為左(右)旋時(shí)，用左（右）手四指彎曲的方向代表蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向，大拇指指向?yàn)槲仐U的軸向力方向。ω1ω112p12p右旋蝸桿：伸出右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的切向速度vp2的方向與拇指指向相反。用手勢(shì)確定蝸輪的轉(zhuǎn)向：左旋蝸桿：用左手判斷，方法一樣。ω2ω2v2v2ar1r27.4.2蝸桿傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的校核公式為：設(shè)計(jì)公式為：式中：T2—作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩(N.mm)

K—載荷系數(shù)

—蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力常用蝸輪材料及其許用接觸應(yīng)力蝸輪材料牌號(hào)鑄造方法適用的滑動(dòng)速度(m/s)許用接觸應(yīng)力[σH]滑動(dòng)速度(m/s)0.5123468ZcuSn10P1砂模≤25134金屬模200ZcuSn5Pb5Zn5砂?！?2128金屬模134離心澆鑄174ZcuAl10Fe3砂模≤1025023021018016012090金屬模離心澆鑄ZcuZn38Mn2Pb2砂?！?02152001801501359575金屬模HT150砂模≤213011590－－－－HT200

通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力，即在選擇許用應(yīng)力的時(shí)，要適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因素的影響。同時(shí)，對(duì)閉式傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算，必要時(shí)對(duì)蝸桿強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算。7.5蝸桿傳動(dòng)的效率、

潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算7.5.1蝸桿傳動(dòng)的效率計(jì)算：式中：

—嚙合效率

—分別為軸承效率和攪油效率一般取

螺紋副的效率計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的總效率在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)Z1按下表初步估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率。7.5.2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的目的：提高傳動(dòng)效率、降低工作溫度、減少磨損、避免膠合等。蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑油黏度和潤(rùn)滑方式：運(yùn)動(dòng)粘度υ滑動(dòng)速度vs(m/s)≤1<1～2.5≤2.5～5>5～10>10～15>15～25>25工作條件重載重載中載－－－－

/（mm2/s）100068032022015010068潤(rùn)滑方法浸油潤(rùn)滑浸油或噴油潤(rùn)滑壓力噴油潤(rùn)滑7.5.3蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算熱平衡：散發(fā)的熱量＝產(chǎn)生的熱量在閉式傳動(dòng)中，熱量是通過(guò)箱殼散逸，轉(zhuǎn)化為熱量的摩擦耗損功率：式中：p—傳動(dòng)輸入的功率(kW)η—傳動(dòng)總效率

經(jīng)箱體表面散發(fā)熱量的相當(dāng)功率：式中：

k—散熱系數(shù)；A—散熱面積；

t1，t2—潤(rùn)滑油的工作溫度和環(huán)境溫度；達(dá)到熱平衡時(shí)：

式中：[t]—允許的潤(rùn)滑油工作溫度。常用散熱措施如果超過(guò)溫差允許值，可采取措施，以提高其散熱能力。常用措施:1、合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊上散熱片，以增大散熱面積。2、在蝸桿軸上裝置風(fēng)扇,進(jìn)行人工通風(fēng),以提高散熱系數(shù)3、在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇形冷卻水管冷卻水4、采用壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑油泵冷卻器7.6蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)7.6.1蝸桿的結(jié)構(gòu)銑削蝸桿和