第十二章 蝸桿傳動

機械設計基礎

FundamentalsofMachineDesign

俞愛林廣東工業(yè)大學機電學院EMAIL：allan75@126.com第十二章蝸桿傳動12-1蝸桿傳動的特點和類型12-2圓柱蝸桿傳動主要參數(shù)及幾何尺寸12-3

蝸桿傳動的失效形式、材料及結(jié)構(gòu)12-4

圓柱蝸桿傳動的受力分析12-5圓柱蝸桿傳動的強度計算12-6圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算基本要求:掌握蝸桿傳動的幾何參數(shù)的計算、選擇方法掌握進行蝸桿傳動的力分析、強度計算了解蝸桿傳動的熱平衡原理和計算方法12-1蝸桿傳動的特點和類型一、蝸桿傳動的特點二、蝸桿傳動的類型一、蝸桿傳動的特點傳動比大：一般傳動i=8~80;分度機構(gòu)可達1000結(jié)構(gòu)緊湊傳動平穩(wěn)，噪聲小效率低（0.7～0.8）成本高通常二軸交角＝90°蝸桿主動，蝸輪被動蝸桿蝸輪1組成和應用2特點二、蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿

按蝸桿整體形狀分圓柱蝸桿漸開線蝸桿(ZI蝸桿)法向直廓蝸桿(ZN蝸桿)錐面包絡蝸桿(ZK蝸桿)圓弧面蝸桿(ZC蝸桿)按螺旋面形狀分阿基米德蝸桿(ZA蠅桿)2軸面呈齒條（直廓）阿基米德螺旋線刃面過軸面漸開線dbIIIIIIIIIIIII－III－IIIII－III凸廓直廓刃面切于基圓柱面凸廓12-2圓柱蝸桿傳動主要參數(shù)和幾何尺寸一、正確嚙合條件二、主要參數(shù)三、幾何尺寸一、正確嚙合條件正確嚙合條件：mx1=mt2=m

x1=

t2=

1=2旋向相同,即蝸桿、蝸輪同為左旋，或同為右旋主平面(中間平面):通過蝸桿軸線并垂直與蝸輪軸線的平面嚙合特點幾何尺寸計算上，按主平面的參數(shù)仿照齒輪進行計算受力上，與斜齒輪相似從整體看，蝸桿蝸輪齒面間的相對運動類似于螺旋傳動從主平面看，蝸桿齒形是標準齒條齒形，蝸輪齒形是漸開線齒輪齒形，嚙合傳動類似于齒輪齒條運動d1Bpda2a2da2d2df2Ldf1da1hahfh二、主要參數(shù)及其選擇1模數(shù)2壓力角3導程角4分度圓直徑5蝸桿頭數(shù)6傳動比和齒數(shù)比7蝸輪齒數(shù)8齒面滑動速度d1p2da2d2df2df1da1hahfh1模數(shù)mx1=mt2=m具體見表12-1（GB/T10088-88）從主平面看，蝸桿齒形是標準齒條齒形，蝸輪齒形是漸開線齒輪齒形嚙合傳動類似于齒輪齒條運動d1p2壓力角GB/T10088-88規(guī)定：阿基米德蝸桿：a=20°動力傳動：a=25°分度傳動：a=12°、15°從主平面看，蝸桿齒形是標準齒條齒形，蝸輪齒形是漸開線齒輪齒形嚙合傳動類似于齒輪齒條運動d1Bp23導程角根據(jù)正確嚙合條件，

1=2（蝸輪的螺旋角）從整體看，蝸桿蝸輪齒面間的相對運動類似于螺旋傳動蝸桿的導程角相當于螺紋的螺旋升角pz1pz1pd14分度圓直徑蝸輪分度圓直徑同齒輪d2=mz2蝸桿分度圓標準化，以限制刀具數(shù)與模數(shù)相匹配直徑系數(shù)q=d1/md1

、q1見表12-1d1Bpa2da2d2df2df1da1hahfhda25蝸桿頭數(shù)z1蝸桿頭數(shù)根據(jù)傳動比和效率來選定單頭傳動比大，效率低；頭數(shù)多效率高，但難加工。常取1、2、4、6見表12-2d1Bpa2da2d2df2df1da1hahfhda26傳動比i和齒數(shù)比u傳動比齒數(shù)比當蝸桿主動時，d1Bpa2da2d2df2df1da1hahfhda27蝸輪齒數(shù)z2根據(jù)傳動比和蝸桿的頭數(shù)決定z2=i×z1為了避免根切，應>27，通常取30～70，一般不>80

見表12－2d1Bpa2da2d2df2df1da1hahfhda28齒面滑動速度Vs潤滑、散熱不良時：易產(chǎn)生磨損、膠合充分潤滑時：有利于油膜的形成，滑動速度越大，摩擦系數(shù)越小，提高了傳動效率相對滑動速度很大產(chǎn)生的利弊：d1v2,va1v1v2vs中心距其余幾何尺寸見表8-3反映功率大小ad1Bpde22da2d2df2df1da1hahfh三、幾何計算12-3蝸桿傳動的失效形式、材料及結(jié)構(gòu)一、失效形式及計算準則二、材料選擇三、蝸桿傳動的結(jié)構(gòu)一、失效形式——主要考慮蝸輪開式蝸輪傳動：齒面磨損、輪齒折斷保證齒根彎曲疲勞強度閉式蝸輪傳動：齒面膠合、點蝕按齒面接觸疲勞強度設計，齒根疲勞強度校核另外，還應作熱平衡計算失效：膠合、磨損、點蝕、齒根折斷——蝸輪輪齒開式蝸輪傳動：齒面磨損、輪齒折斷閉式蝸輪傳動：齒面膠合、點蝕由于蝸輪材料強度低，失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上1失效形式2計算準則材料要求：減摩性好、耐磨、抗膠合、足夠的強度高的強度、剛度及光潔度碳鋼—45號鋼調(diào)質(zhì)或淬火合金鋼—20Cr、20CrMnTi(滲碳淬火)、40Cr(表面淬火)減摩、抗膠合、抗點蝕鑄錫青銅ZCuSn10P1—適合高速鑄鋁青銅ZCuAl9Fe3—低速重載灰鑄鐵HT200—低速輕載二、材料選擇1蝸桿的材料2蝸輪的材料通常為整體式——蝸桿軸1蝸桿結(jié)構(gòu)三、蝸桿傳動結(jié)構(gòu)2蝸輪結(jié)構(gòu)通常為組合式一、受力分析及力的大小作用力的大?。菏芰Ψ治鲱愃菩饼X傳動蝸桿、蝸輪旋向相同蝸桿三個分力：Fr1,Ft1,Fa1蝸輪三個分力：Fr2,Ft2,Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft212-4

蝸桿的受力分析徑向力的判斷方法：指向各自圓心圓周力的判斷方法：利用轉(zhuǎn)向判斷軸向力的判斷方法：蝸桿左、右手方法主動輪為右旋，握緊右手，四指彎曲方向表示主動輪的回轉(zhuǎn)方向，拇指的指向即為作用在主動輪上軸向力的方向；若主動輪為左旋，用左手二、作用力的方向蝸輪的轉(zhuǎn)向：與Fa1反向Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft212-5圓柱蝸桿傳動的強度計算一、蝸輪齒面的接觸疲勞強度計算二、蝸輪齒根的彎曲疲勞強度計算一、蝸輪齒面的接觸疲勞強度計算校核公式：設計公式：特點：強度計算主要針對蝸輪輪齒（材料原因）中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪嚙合，蝸輪類似于斜齒輪蝸輪輪齒的強度計算與斜齒輪相似說明：1、使用系數(shù)KA=1.1~1.4；2、ZE－材料綜合彈性系數(shù)；3、Zρ－接觸系數(shù)，圖12-11(d1/a);4、[σH]表12-4、12-5二、輪齒的彎曲強度計算說明：γ－蝸桿導程角，γ＝arctanZ1/q;[σF]許用彎曲應力，查表12-6；YFa2蝸輪的齒形系數(shù),可按當量齒數(shù)ZV=Z2/cos3γ查圖11-8。校核公式：設計公式：三、蝸桿的剛度計算說明：E－蝸桿材料的彈性模量，鋼蝸桿E＝2.06×105;I－蝸桿危險截面慣性矩，I＝πd14/64；l－蝸桿支點跨距，mm，初步計算時可取l＝0.9d2

；[Y]－許用撓度，mm，[Y]＝d1/1000。由切向力Ft1和徑向力Fr1產(chǎn)生的撓度：合成總撓度：12-6蝸桿傳動效率、潤滑及熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率二、蝸桿傳動的潤滑三、蝸桿傳動的熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率軸承h2及攪油損失效率h3

：滾動軸承：

h2=0.98~0.99

滑動軸承：

h2=0.97~0.98

一般取h2h3＝0.95～.096設計之初，h未知，可按z1

初選：z1=1時，h=0.7~0.75z1=2時，h=0.75~0.82z1=4時，h=0.85~0.92嚙合效率h1類似于螺旋副：d1v2,va1提示：設計完成后，需驗算η

，若與初選值相差太遠，則需重選η再設計。油池潤滑:Vs≤5～10m/sV1＞4m/s→上置式

噴油潤滑:Vs＞10～15m/s二、蝸桿傳動的潤滑三、蝸桿傳動的熱平衡計算熱平衡時，單位時間內(nèi)：發(fā)熱量=散熱量單位時間內(nèi)的發(fā)熱量(由于摩擦損耗引起)：Q1=1000P1(1-h)單位時間內(nèi)的散熱量：Q2=αtA(t-t0)Q1=Q2，則溫升對象—連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動目的

—控制油溫，防止膠合使用時控制：油溫t一般限制在60~70℃，不超過80℃溫升Dt≤50~60℃計算方法提高