機(jī)械原理 第七章 蝸桿傳動(dòng)學(xué)習(xí)課件

蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型

圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算

蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)第七章蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)

圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析

圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸本章知識(shí)導(dǎo)讀2.重點(diǎn)、難點(diǎn)提示重點(diǎn)：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算、正確嚙合條件、受力分析及強(qiáng)度計(jì)算。難點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)的受力分析。第七章蝸桿傳動(dòng)第一節(jié)蝸桿傳動(dòng)的類型特點(diǎn)

由蝸桿、蝸輪組成的，用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力

蝸桿傳動(dòng)的功用

蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)2、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲較小等。1、一級(jí)得到很大的傳動(dòng)比；

蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)2、為了減摩耐磨，蝸輪齒圈常需要用青銅制造，成本較高。1、傳動(dòng)效率較低；磨損較嚴(yán)重3、可實(shí)現(xiàn)自鎖。3、蝸桿軸向力較大，致使軸承摩擦損失較大。

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。1ω1所得齒輪稱為:蝸桿而與之嚙合的齒輪為:蝸輪蝸輪的螺旋角為β。蝸桿2ω2蝸輪

蝸桿的形成第一節(jié)蝸桿傳動(dòng)的類型特點(diǎn)蝸桿的導(dǎo)程角為γ。類型按螺旋面形狀分阿基米德蝸桿漸開(kāi)線蝸桿環(huán)面蝸桿按蝸桿形狀分圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿圓柱蝸桿漸開(kāi)線蝸桿阿基米德蝸桿γ阿基米德螺線漸開(kāi)線基圓2αα錐蝸桿按螺旋方向分：蝸桿有左旋、右旋之分，一般常用的為右旋蝸桿；按螺旋線頭數(shù)分：?jiǎn)晤^、雙頭和多頭蝸桿。單頭蝸桿傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率較低，可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的自鎖。多頭蝸桿傳動(dòng)比較小，傳動(dòng)效率較高。第一節(jié)蝸桿傳動(dòng)的類型特點(diǎn)

蝸桿傳動(dòng)的類型第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的嚙合特性和運(yùn)動(dòng)關(guān)系一、蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件設(shè)計(jì)：潘存云中間平面正確嚙合條件是中間平面內(nèi)參數(shù)分別相等：2αmt2=ma1=m在中間平面內(nèi)，蝸輪蝸桿相當(dāng)于齒輪齒條嚙合αt2=αa1=αγ=β

二、蝸桿傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的嚙合特性和運(yùn)動(dòng)關(guān)系1.傳動(dòng)比n2n1i=---z1z2

=---2.齒面間滑動(dòng)速度vS12p12pω1v2ω2ω2γv2vSv1ω1ttγ由相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理可知:v2=v1+

vS

作速度向量圖，得:vS

=v22+v12=v1/cos

γv2=v1

tanγ蝸輪的轉(zhuǎn)向:右旋蝸桿伸出左手，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同。左旋蝸桿：用右手判斷，方法一樣12pv2ω2ω112par1r2ω2v2ω1第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的嚙合特性和運(yùn)動(dòng)關(guān)系壓力角:α=20°模數(shù)m取標(biāo)準(zhǔn)值，與齒輪模數(shù)系列不同分度傳動(dòng)，推薦用α=15°動(dòng)力傳動(dòng)，推薦：α=25°1、模數(shù)m和壓力角α2、傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2蝸桿頭數(shù)z1

：即螺旋線的數(shù)目蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，相當(dāng)于齒條移動(dòng)z1個(gè)齒，推動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)過(guò)z1個(gè)齒。d通常：z1=1~4第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算n2n1i=---傳動(dòng)比z1z2

=---蝸輪齒數(shù)：z2=iz1

z2≥26

一般情況：z2≤80

3、蝸桿的導(dǎo)程角γ將分度圓柱展開(kāi)得：=z1px1/πd1=mz1/d1

tanγ1=l/πd1πd1lpx1γ1d1γ1β14、蝸桿的分度圓直徑d1與直徑系數(shù)q加工時(shí)滾刀直徑等參數(shù)與蝸桿分度圓直徑等參數(shù)相同，為了限制滾刀的數(shù)量，國(guó)標(biāo)規(guī)定分度圓直徑只能取標(biāo)準(zhǔn)值，并與模數(shù)相配。q為蝸桿的直徑系數(shù)定義：

q=d1/m一般取:q=8～18tanγ1=

px

z1/πd1

=z1

/q于是有：d1=

mq

=

mz1/d1第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸當(dāng)蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其中心距為:5、中心距a第三節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸二、圓柱蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算（見(jiàn)表7-3）第四節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要失效形式：膠合、點(diǎn)蝕、磨損二、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在開(kāi)式傳動(dòng)中多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開(kāi)式傳動(dòng)的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。閉式傳動(dòng)，蝸桿副多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。

1.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；

2.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核；

3.熱平衡核算。由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，所以失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上，一般只對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計(jì)算。另外，由于蝸桿與蝸輪齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)速度，為此蝸桿傳動(dòng)的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。第五節(jié)蝸桿、蝸輪的材料與結(jié)構(gòu)一、蝸桿的材料與結(jié)構(gòu)1.蝸桿的材料材料蝸桿采用碳素鋼與合金鋼表面光潔、硬度高。材料牌號(hào)選擇

高速重載蝸桿20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火56-62HRC)

或40Cr、42SiMn、45(表面淬火45-55HRC)一般蝸桿：4045鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為220-250HBS)2.蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿通常與軸制成一體z1=1或2時(shí)：b1≥(11+0.06z2)mz1=4時(shí):b1≥(12.5+0.09z2)m設(shè)計(jì)：潘存云b1

蝸桿軸蝸桿長(zhǎng)度b1的確定：第五節(jié)蝸桿、蝸輪的材料與結(jié)構(gòu)一、蝸桿的材料與結(jié)構(gòu)第五節(jié)蝸桿、蝸輪的材料與結(jié)構(gòu)二、蝸輪的材料與結(jié)構(gòu)1.蝸輪的材料

蝸輪齒圈采用青銅減摩、耐磨性、抗膠合；

蝸輪的材料應(yīng)依據(jù)蝸桿副的相對(duì)滑動(dòng)速度vS選取。（1）錫青銅抗膠合和耐磨性好，一般用于滑動(dòng)速度3m/s≤vs≤25m/s的重要傳動(dòng)；（2）鋁鐵青銅的抗膠合和耐磨性較錫青銅差一些，一般用于滑動(dòng)速度vs≤6m/s的傳動(dòng)；（3）如果滑動(dòng)速度不高(Vs<2m/s)，對(duì)效率要求也不高時(shí)，可采用球墨鑄鐵或灰鑄鐵；蝸輪也可用尼龍或增強(qiáng)尼龍材料制造。常用的蝸輪材料為鑄錫青銅、鑄鋁鐵青銅、球墨鑄鐵和灰鑄鐵等。2.蝸輪的結(jié)構(gòu)

對(duì)于尺寸較大的蝸輪為了節(jié)約有色金屬，常采用青銅的輪冠、鑄鐵的輪心、其聯(lián)接方法有兩種：輪箍結(jié)構(gòu)螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)第五節(jié)蝸桿、蝸輪的材料與結(jié)構(gòu)二、蝸輪的材料與結(jié)構(gòu)第六節(jié)蝸桿傳動(dòng)的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa1ω2法向力可分解為三個(gè)分力圓周力Ft軸向力Fa徑向力Fr且有如下關(guān)系Ft1=Fa2Fr1=Fr2Fa1=Ft2=2T1/d1=2T2/d2=Ft2tanαT1、T2分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩T2=T1iη

ω1α功率：P1=T1ω1P2=ηP1=T2ω2

一、計(jì)算力的大小

確定各力方向時(shí)，需注意蝸桿所受軸向力方向的確定。當(dāng)蝸桿為主動(dòng)時(shí)，其軸向力的方向是由蝸桿螺旋線旋向和轉(zhuǎn)向來(lái)決定的。需用“右手法則”確定。①判斷蝸桿的旋向，右旋用右手，左旋用左手；②以右旋蝸桿為例，右手握拳，四指彎曲方向與蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，拇指的指向?yàn)槲仐U的軸向力的方同。

第六節(jié)蝸桿傳動(dòng)的受力分析二、確定力的方向

蝸桿所受圓周力Ft1的方向與其轉(zhuǎn)向相反，蝸輪所受圓周力Ft2的方向與其轉(zhuǎn)向相同；蝸輪和蝸桿的徑向力均由作用點(diǎn)指向各自的軸心。第七節(jié)蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的驗(yàn)算公式蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式式中K為載荷系數(shù)，取K=1.1-1.3m、d1應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值確定

當(dāng)蝸輪采用青銅制造時(shí)，蝸輪的損壞形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，其許用的接觸應(yīng)力可查表7-5；

當(dāng)蝸輪采用無(wú)錫青銅或鑄鐵制造時(shí)，蝸輪的損壞形式主要是膠合。其許用的接觸應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料組合和滑動(dòng)速度來(lái)確定。表7-6僅適用于鋼制蝸桿對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪。第七節(jié)蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算第八節(jié)蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的效率功率損耗：嚙合損耗、軸承摩擦損耗、攪油損耗。η=（0.95~0.97）tan(γ+ρ’)tanγ

蝸桿主動(dòng)時(shí)，總效率計(jì)算公式為：式中:γ為蝸桿導(dǎo)程角;ρ’稱為當(dāng)量摩擦角，ρ’=arctan

f’

f’為當(dāng)量摩擦系數(shù)，取值見(jiàn)表7-7γ↑

η↑

對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)，宜采用多頭蝸桿

蝸桿加工困難γ過(guò)大當(dāng)γ>28?

時(shí)，效率η增加很少；當(dāng)γ≤

ρ’時(shí)，蝸桿具有自鎖性，但效率η很低。η=（0.95~0.97）tan(γ+ρ’)tanγ

分析：閉式傳動(dòng)：z1=1η=0.70~0.75z1=2η=0.75~0.82z1=4η=0.87~0.92z1=1、2η=0.60~0.70開(kāi)式傳動(dòng)：開(kāi)式傳動(dòng)：第八節(jié)蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑若潤(rùn)滑不良，

效率顯著降低↓

早期膠合或磨損潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)而言，至關(guān)重要。潤(rùn)滑方式的選擇：當(dāng)vs≤5-10m/s時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深；第八節(jié)蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算潤(rùn)滑方式的選擇：當(dāng)vs

>10~15m/s時(shí)，采用壓力噴油潤(rùn)滑。當(dāng)v1>4m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)；第八節(jié)蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算對(duì)閉式傳動(dòng)，熱量由箱體散逸，要求箱體與環(huán)境溫差：?t=αtA1000P1(1-η)

≤[?t]?t=(t-t0)——溫度差；P1——蝸桿傳遞的功率；αt——表面散熱系數(shù)；一般取：αt=10~17W/(m2℃)A——散熱面積,