項(xiàng)目八 蝸桿傳動(dòng)

項(xiàng)目八蝸桿傳動(dòng)任務(wù)一起重機(jī)械中蝸桿傳動(dòng)的認(rèn)識(shí)

通過(guò)蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的大傳動(dòng)比減速，使蝸輪的工作轉(zhuǎn)速降低，蝸輪帶動(dòng)升降機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物的上下運(yùn)輸。如果將蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)成具有自鎖特性，還可以起到安全保護(hù)的作用。

蝸桿傳動(dòng)用于傳遞空間交錯(cuò)兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為90°。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，加工出的蝸桿的齒廓形狀不同。蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時(shí)嚙合的齒數(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；重合度大；承載能力和效率較高。阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）

普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZC蝸桿）圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)一、蝸桿傳動(dòng)的類型本項(xiàng)目主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。蝸桿傳動(dòng)的類型1)能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i=5～80；在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中，傳動(dòng)比可達(dá)300；若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。

2)在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。

3)當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)便具有自鎖性。

4)蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)相似，在嚙合處有相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過(guò)分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右。二、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。常用于減速裝置。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。任務(wù)二蝸桿傳動(dòng)基本參數(shù)和尺寸的計(jì)算

在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動(dòng)就相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。故在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，均取中間平面上的參數(shù)(如模數(shù)、壓力角等)和尺寸(如齒頂圓、分度圓等)為基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動(dòng)的計(jì)算關(guān)系。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)

普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)有模數(shù)m、壓力角α、蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2及蝸桿的直徑d1等。進(jìn)行蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要正確地選擇參數(shù)。

1.模數(shù)m和壓力角α

蝸桿和蝸輪嚙合時(shí)，在中間平面上，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即ZA蝸桿的軸向壓力角αa為標(biāo)準(zhǔn)值(20°)，其余三種(ZN、ZI、ZK)蝸桿的法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值(20°)，蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關(guān)系為γ為導(dǎo)程角一、蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)2.蝸桿的分度圓直徑d1

在蝸桿傳動(dòng)中，為了保證蝸桿與配對(duì)蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿具有同樣尺寸的蝸輪滾刀來(lái)加工與其配對(duì)的蝸輪。這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就得有一種對(duì)應(yīng)的蝸輪滾刀。對(duì)于同一模數(shù)，可以有很多不同直徑的蝸桿，因而對(duì)每一模數(shù)就要配備很多蝸輪滾刀。顯然，這樣很不經(jīng)濟(jì)。為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，就對(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，而把比值

稱為蝸桿的直徑系數(shù)。d1與q已有標(biāo)準(zhǔn)值，常用的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1及直徑系數(shù)q見表<普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配>。如果采用非標(biāo)準(zhǔn)滾刀或飛刀切制蝸輪，d1與q值可不受標(biāo)準(zhǔn)的限制。3.蝸桿頭數(shù)z1

蝸桿頭數(shù)z1可根據(jù)要求的傳動(dòng)比和效率來(lái)選定。單頭蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比可以較大，但效率較低。如要提高效率，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過(guò)多，又會(huì)給加工帶來(lái)困難。所以，通常蝸桿頭數(shù)取為l、2、4、6。4.導(dǎo)程角γ

蝸桿的直徑系數(shù)q和蝸桿頭數(shù)z1選定之后，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角γ也就確定了。由圖<導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系>可知，pa為蝸桿軸向齒距d1γ5.傳動(dòng)比i和齒數(shù)比u

傳動(dòng)比齒數(shù)比

當(dāng)蝸桿為主動(dòng)時(shí)

式中n1,n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速，r/min;z2為蝸輪的齒數(shù)。6.蝸輪齒數(shù)z2

蝸輪齒數(shù)z2主要根據(jù)傳動(dòng)比來(lái)確定。

通常規(guī)定z2大于28。

對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，z2一般不大于80。

z1、z2的薦用值見下表<蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用值>（具體選擇時(shí)應(yīng)考慮表<普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配>中的匹配關(guān)系）。當(dāng)設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)和分度傳動(dòng)時(shí)，z2的選擇可不受限制。7.蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距a

蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距為a＝0.5(d1+d2)=0.5(q+z2)m

普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本尺寸和參數(shù)列于表<普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配>。設(shè)計(jì)普通圓柱蝸桿減速裝置時(shí)，在按接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度確定了中心距a或后，一般應(yīng)按表中的數(shù)據(jù)確定蝸桿與蝸輪的尺寸和參數(shù)，并按表中的值予以匹配。二、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算

蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸及計(jì)算公式見下圖及表<普通圓柱蝸桿傳動(dòng)基本幾何尺寸計(jì)算關(guān)系式>、表<蝸輪寬度頂圓直徑及蝸桿齒寬的計(jì)算公式>。

普通圓柱蝸桿傳動(dòng)基本幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高分度圓直徑蝸輪蝸桿計(jì)算公式符號(hào)名稱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算例1有一阿基米德蝸桿傳動(dòng)，已知傳動(dòng)比i=18，蝸桿頭數(shù)Z1=2，直徑系數(shù)q=10，分度圓直徑d1=80mm。試求：1）模數(shù)m、蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角、蝸輪齒數(shù)Z2及分度圓柱螺旋角β；2）蝸輪的分度圓直徑d2和蝸桿傳動(dòng)中心距α。公式參考表8-3模數(shù)m=8mm導(dǎo)程角γ=11°蝸輪齒數(shù)Z2=36分度圓柱螺旋角β=11°蝸輪的分度圓直徑d2=288mm蝸桿傳動(dòng)中心距α=184mm任務(wù)三蝸桿傳動(dòng)的承載能力的分析一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

由于材料、輪齒結(jié)構(gòu)等因素，蝸桿螺旋齒的強(qiáng)度比蝸輪輪齒的強(qiáng)度高，因此，蝸桿傳動(dòng)失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上，故一般只對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

閉式傳動(dòng)中，蝸桿副主要失效為齒面膠合和點(diǎn)蝕。通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。由于閉式傳動(dòng)散熱比較困難，還需作熱平衡計(jì)算。

開式傳動(dòng)中，蝸桿副主要失效為齒面磨損和輪齒折斷。只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。二、蝸桿傳動(dòng)的材料和許用應(yīng)力

根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的失效形式，要求蝸桿和蝸輪的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性能。1.蝸桿

蝸桿一般采用碳鋼或合金鋼制造。

對(duì)于高速重載蝸桿常用20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火至58~63HRC；或者采用45、40Cr等表面淬火至40~55HRC；不太重要的蝸桿，可采用40或45鋼等，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理至220~250HBW。蝸輪一般采用青銅或鑄鐵制造。

對(duì)滑動(dòng)速度vs≥3m/s的重要傳動(dòng)，可采用耐磨性好的鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等；

對(duì)滑動(dòng)速度vs≤3m/s的傳動(dòng)，采用耐磨性稍差，價(jià)格便宜的鑄鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3）；

對(duì)于滑動(dòng)速度vs＜2m/s，要求不高時(shí)，可采用灰鑄鐵（HT150、HT200）。2.蝸輪3.蝸桿的結(jié)構(gòu)由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿軸）。

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。當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。4.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)接式蝸輪組合式蝸輪5.蝸桿傳動(dòng)安裝★蝸桿傳動(dòng)安裝要求精度高。應(yīng)使蝸輪的中間平面通過(guò)蝸桿的軸線?！餅楸ＷC傳動(dòng)的正確嚙合，工作時(shí)蝸輪的中間平面不允許有軸向移動(dòng)，因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式?！镂仐U傳動(dòng)的維護(hù)很重要，又注意周圍的通風(fēng)散熱情況。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了1~12個(gè)精度等級(jí)★1級(jí)精度最高，12級(jí)為最低，6~9級(jí)精度應(yīng)用最多★6級(jí)精度傳動(dòng)一般用于中等精度的機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，圓周速度v2≥5m/s★7級(jí)精度用于中等精度的運(yùn)輸機(jī)或高速傳遞動(dòng)力場(chǎng)合,速度v2≥7.5m/s★8級(jí)精度一般用于一般的動(dòng)力傳動(dòng)中，圓周速度v2≥3m/s★9級(jí)精度一般用于不重要的低速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)三、蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。右旋蝸桿左旋蝸桿以左手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪的線速度反方向。左手規(guī)則右手規(guī)則以右手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪的線速度反方向。蝸桿的轉(zhuǎn)向大小方向圓周力與相反軸向力左右手