第六章 蝸桿傳動(dòng)

第六章蝸桿傳動(dòng)?xùn)|北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院鞏云鵬目錄§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型§6-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸§6-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料§6-4蝸桿傳動(dòng)的受力分析、轉(zhuǎn)向判定與滑動(dòng)速度§6-5蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算§6-6圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、特點(diǎn)3、傳動(dòng)比大，準(zhǔn)確恒定，一般i=5~802、重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低（連續(xù)嚙合）6、齒面間滑動(dòng)速度大，發(fā)熱磨損大（需熱平衡計(jì)算）5、可實(shí)現(xiàn)自鎖（效率低于40%）4、傳動(dòng)效率低，z1=1η=0.7～0.75,z1=2η=0.75～0.827、技術(shù)數(shù)據(jù):n1=4000r/min;v1=69m/s;P=1000kW;T2=700kNm1、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用二、類型

§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型齒型：軸垂面：阿基米德螺線軸面：直廓（αx1=20°直齒條齒廓）特點(diǎn)：加工方便，應(yīng)用廣，不能磨削，精度低加工：直刃車刀，切削刃過(guò)軸線§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型加工：兩把梯形直刃刀加工，切削刃面與蝸桿基圓柱相切齒形：軸垂面：漸開線，軸剖面：凸齒廓基圓柱切面:直齒廓特點(diǎn)：可滾切、磨削，制造精度高§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型加工：直刃車刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內(nèi)齒形：蝸桿：軸垂面：延伸漸開線，軸剖面：凸齒廓法面：直廓（齒形角αn=20°）特點(diǎn)：可車、指狀銑刀、盤銑刀加工，磨削困難§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型加工：直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內(nèi)齒形：蝸桿：軸垂面：近似阿基米德螺線軸剖面：凹齒廓齒法面：凸齒廓特點(diǎn)：不能車，可銑、可磨獲得高精度，應(yīng)用廣泛§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型加工：凸圓弧車刀車削加工齒形：蝸桿軸剖面：凹圓弧蝸輪端面齒廓：凸圓弧特點(diǎn)：凸凹接觸高承載(>普蝸50%)、高效90%、應(yīng)用廣泛§6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型⑤結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，正反向受力、承載、效率不同。三、精度等級(jí)

§6-2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型1、精度等級(jí)：GB10095-88規(guī)定，1-12級(jí)（12級(jí)最低）

2、精度選擇：傳動(dòng)功率、使用條件、蝸輪圓周速度（表6-1）

§6-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇1、模數(shù)m和齒形角α（1）中間平面：過(guò)蝸桿軸線、垂直蝸輪軸線的平面px1=pt2（2）嚙合關(guān)系：齒條、齒輪嚙合

mx1=mt2=m;

ax1=at2=a；β2=γ1(3)基準(zhǔn)蝸桿齒形角：阿基米德蝸桿（ZA）：ax1=20°漸開線蝸桿（ZI）：

an1=20°延伸漸開線蝸桿（ZN）：an1=20°法面與軸面齒形角的關(guān)系：中間平面§6-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇2、蝸桿的分度圓直徑d1限制d1的目的：為了限制滾刀的數(shù)目蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同(半徑相差徑向間隙)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每一模數(shù),僅對(duì)應(yīng)有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1。

蝸桿模數(shù)與分度圓直徑§6-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇3、蝸桿的頭數(shù)z1、z2—按傳動(dòng)比與效率要求選定表6-3選取原則：(1)i大，取z1小，（避免z2過(guò)大，蝸輪尺寸大,蝸桿支撐跨距大）

z1小，機(jī)構(gòu)緊湊、加工方便；效率較低；

z1大，效率越高，加工困難。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。(2)傳遞功率大，選大z1(效率高，避免發(fā)熱、減低功率損失)(3)z1=1、2、4、6(4)z2=27~80（z2>27接觸線長(zhǎng)穩(wěn)定,兩對(duì)齒嚙合）§6-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇4、主要尺寸蝸桿蝸輪標(biāo)準(zhǔn)中心距系列：（括號(hào)內(nèi)數(shù)字盡可能不用）40,50,63,80,100,125,160,(180),200,(225),(280),315,(355),400,(450),500參數(shù)選擇小結(jié)二.蝸桿傳動(dòng)變位§6-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸2、變位特點(diǎn)：刀具相對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng)，刀具參數(shù)不變4、變位系數(shù)：中心距變位系數(shù)1、變位目的：(1)湊中距(2)提高承載能力和傳動(dòng)效率蝸桿傳動(dòng)變位特點(diǎn)3、變位傳動(dòng)：蝸輪變位、蝸桿不變蝸輪尺寸改變，分圓節(jié)圓重合蝸桿尺寸不變，節(jié)圓與分度圓不重合§6-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）蝸桿:蝸桿軸強(qiáng)度、剛度不足(蝸桿連續(xù)螺旋齒，強(qiáng)度高，很少失效)（2）蝸輪:膠合、點(diǎn)蝕、磨損（條件性設(shè)計(jì)）(1)閉式傳動(dòng)：按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合）校核彎曲強(qiáng)度(2)開式傳動(dòng)：（磨損、斷齒）按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)(3)系統(tǒng)過(guò)熱：熱平衡計(jì)算（閉式蝸桿）1、失效形式2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、常用材料要求：強(qiáng)度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力§6-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料蝸輪材料：錫青銅:(ZCuSn10Pb1等)，耐磨好，價(jià)格高，用于VS>3m/s鋁青銅:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，強(qiáng)度高，價(jià)格低VS<2m/s鑄鐵：耐磨差，強(qiáng)度低，價(jià)格低，有自鎖要求傳動(dòng)蝸桿材料：高速重載—合金鋼滲碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度58~62HRC表面淬火(45，40Cr，40CrNi)、硬度45~50HRC

一般低速中載—碳鋼(40，45)調(diào)質(zhì)，硬度200~300HBS一、輪齒受力分析§6-4蝸桿傳動(dòng)受力分析和載荷計(jì)算1、大小與相互關(guān)系3、轉(zhuǎn)向判定§6-4蝸桿傳動(dòng)受力分析和載荷計(jì)算§6-4蝸桿傳動(dòng)受力分析與載荷計(jì)算二、載荷計(jì)算§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算一、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算（按齒輪方法推導(dǎo)）1、計(jì)算模型：中間平面，齒條與齒輪嚙合（斜齒）2、接觸應(yīng)力計(jì)算§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算一、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算（按齒輪方法推導(dǎo)）2、接觸應(yīng)力計(jì)算§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算-----蝸輪材料的基本許用接觸應(yīng)力表6-7鋁鐵青銅、灰鑄鐵：強(qiáng)度高，抗點(diǎn)蝕；易膠合、磨損失效[σH]與速度有關(guān)，由表中直接選取，ZN=1錫青銅：抗膠合能力強(qiáng)；易點(diǎn)蝕，[σH]與壽命有關(guān)，需要計(jì)入壽命影響§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算二、蝸輪齒根彎強(qiáng)度計(jì)算（按斜齒輪近似計(jì)算)1、計(jì)算模型：按斜齒輪近似計(jì)算2、彎強(qiáng)度計(jì)算式§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算三、蝸桿剛度計(jì)算（略）1、閉式蝸桿傳動(dòng)效率四、蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡計(jì)算=1.2.

3（1）1——嚙合效率v——當(dāng)量摩擦角，根據(jù)滑動(dòng)速度vs選取，p194表6-10——蝸桿分度圓導(dǎo)程角；d1—蝸桿分度圓直徑；n1—蝸桿的轉(zhuǎn)速r/min?！?-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算z1=1,z1=2,z1=4z1=6=0.7=0.8=0.9=0.95（2）2——軸承效率3——攪油效率一般取2.3=0.95～0.96估算總效率=1.2.

32、蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑目的：提高效率，控制溫升，減少磨損，避免膠合潤(rùn)滑油：高粘礦物油；重載頻繁啟動(dòng)蝸桿，加抗磨、抗膠合添加劑潤(rùn)滑方式選擇：表6-11蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算潤(rùn)滑油粘度：按力-速度因子ξ=σH/v1查圖6-16

定油粘度潤(rùn)滑油牌號(hào)：查表6-12潤(rùn)滑油油量：下置、側(cè)置蝸桿：浸油深一個(gè)蝸桿齒高上置蝸桿：浸油深1/3蝸輪外徑§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3、閉式蝸桿熱平衡計(jì)算A——有效散熱面積（箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外接觸空氣可散熱）P1——蝸桿傳動(dòng)的功率Kd——箱體表面散熱系數(shù)（8.15～17.45W/m2oC）t——油的工作溫度t0——周圍空氣溫度§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算4、蝸桿傳動(dòng)散熱措施（1）加散熱片以增大散熱面積（2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通§6-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算4、蝸桿傳動(dòng)散熱措施(3)加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器§6-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)

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作。無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法

有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度較前一種差?！?-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2二、蝸輪的結(jié)構(gòu)

為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪鑄鐵或小尺寸青銅蝸輪大尺寸、易磨損蝸輪小尺不太大溫度變化不大鑄鐵輪芯+青銅輪緣，批量生產(chǎn)2-3mm本章小結(jié)1、蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用2、主要參數(shù)及尺寸計(jì)算（m,z1,γ,z2,d1,d2,a,x2）3、正確嚙合條件4、蝸桿傳動(dòng)變?yōu)樘攸c(diǎn)5、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則6