第11章 蝸桿傳動(dòng)(第11章)

1、1 第11章 蝸桿傳動(dòng) 2 11.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用 一.特點(diǎn)： 1.傳動(dòng)比大：結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力傳動(dòng)i=580； 2.傳動(dòng)平穩(wěn)：連續(xù)的螺旋齒；逐漸進(jìn)入嚙 合和退出，故沖擊小、噪聲低； 3.可自鎖：升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)； 4.傳動(dòng)效率低：滑動(dòng)速度大，摩擦與磨損 嚴(yán)重。但新型蝸桿的傳動(dòng)效率 已可達(dá)90%以上。 3 二、 蝸桿傳動(dòng)的類型 a ）圓柱蝸桿傳動(dòng) b）環(huán)面蝸桿傳動(dòng) c）錐蝸桿傳動(dòng) 4 1. 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)：根據(jù)蝸桿的不同齒 廓形狀及形成機(jī)理，可分為： 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） 5 阿基米德蝸桿（ZA蝸桿） 車削工藝好，

2、 精度低， 中小載荷， 使用逐漸 減少 中間平面齒廓為直線 6 法向直廓蝸桿（ZN蝸桿） 法面齒廓為直線 7 漸開線蝸桿（ZI蝸桿） 效率高； 傳遞功率 較大 端面齒廓為漸開線 8 11. 2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸 在中間平面，普通圓柱蝸桿 傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪和齒條的嚙合， 設(shè)計(jì)時(shí)以中間平面的參數(shù)為基準(zhǔn)。 2.蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1 直徑系數(shù)直徑系數(shù)q ： m d q 1 2121tata mm 一、蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù) 1.模數(shù)模數(shù)m和壓力角和壓力角 ：在中間平面，即 蝸桿軸平面與蝸輪端面的m和壓力角相等 且為標(biāo)準(zhǔn)值。 9 3.蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1： 常取 1、 2、 4

3、、 6 傳動(dòng)效率 ： 估取 0.7、0.8、0.9、0.95。 蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2 ： 保證一定的重合度，傳動(dòng)平穩(wěn)； 保證抗彎強(qiáng)度、蝸桿的剛度。 802817 22 zz，常取 為什么對蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)有限制？ 蝸桿頭數(shù)少，能得到大的傳動(dòng)比，但導(dǎo)程角小、效率低、 發(fā)熱量大，故載荷大且連續(xù)工作時(shí)不宜用單頭蝸桿。如 傳動(dòng)要自鎖，應(yīng)選單頭。蝸桿頭數(shù)多，效率高，但過多 加工困難，所以要限制蝸桿頭數(shù)不宜過多。 從傳動(dòng)的平穩(wěn)性考慮，蝸輪齒數(shù)少，同時(shí)嚙合齒的對數(shù)少， 傳動(dòng)的平穩(wěn)性差。齒數(shù)愈多，蝸輪直徑愈大，蝸桿愈長， 蝸桿剛度愈小，所以蝸輪的齒數(shù)要限制。 10 軸向齒距;導(dǎo)程 1 1 1 1 1 1 x

4、z xz pp q z d mz d pz d p tg 4.導(dǎo)程角導(dǎo)程角 ： 1 d Z p x p 11 m d q 1 （1） q z d mz d pz d p tg xz1 1 1 1 1 1 （2） 蝸桿分度圓蝸桿分度圓d1，導(dǎo)程角，導(dǎo)程角 和直徑系數(shù)和直徑系數(shù)q關(guān)系：關(guān)系： A.從（1）知，當(dāng)m一定時(shí)，q值增大，則d1變大，蝸桿的剛 度及強(qiáng)度相應(yīng)提高，因此當(dāng)m較小時(shí)，q選較大值 B.因?yàn)樵冢?）式中，當(dāng)q取小值時(shí)，增大，效率隨之提高， 故在蝸桿軸剛度允許的情況下，應(yīng)盡可能選較小的q值。 為了滿足各種需要，對于同一為了滿足各種需要，對于同一m允許允許q值在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，值在一定范

5、圍內(nèi)變動(dòng)， 以便選用不同的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿直徑。以便選用不同的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿直徑。 12 5.中心距中心距a： )( 2 )( 2 1 221 zq m dda )( 1 2 1 2 2 1 d d z z n n i 6.傳動(dòng)比傳動(dòng)比i： 13 二、二、蝸輪的變位 蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn) ：為了保持刀具尺寸不 變，不能改變蝸桿的尺寸，因而常對蝸輪進(jìn)行變位。 （1）變位前后，蝸輪齒數(shù)不變，改變中心距： （2）變位前后，中心距不變，蝸輪齒數(shù)變化： 12 1 (2) 2 aamxddmx 2 2 2 22 22 22 22 zz xxzz xzq m zq m a 則故 ）（）（因 aa x m 則變位系數(shù) 14

6、11.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式及常用材料 1.失效形式： 失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪的輪齒上；滑動(dòng)速 度VS大，發(fā)熱量大，更易膠合和磨損。 2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：同齒輪傳動(dòng)；必要時(shí)核算熱平衡。 3.材料的基本要求：足夠的強(qiáng)度、減摩、耐磨和抗膠 合性 蝸桿 20Cr滲碳淬火 ；40Cr、35CrMo淬火 ；45調(diào)質(zhì) 蝸輪 ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3 HT200 VS3 重要傳動(dòng) VS 4 m/s VS 2 m/s 耐磨性好、抗膠合 價(jià)格便宜 經(jīng)濟(jì)、低速 15 按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算； 之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度， 并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 閉式傳動(dòng)： 開式傳動(dòng)： 通常只計(jì)算蝸

7、輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 16 11.4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析和效率計(jì)算 一、一、 蝸桿傳動(dòng)的受力分析 2 1 1 1 2 at F d T F 1 2 2 2 2 at F d T F tgFFF trr221 n a n F F coscos 1 iTT 12 17 圓柱蝸桿傳動(dòng) Fa1Ft1 Fr1 Fa2 Ft2 Fr2 18 練習(xí) 2a F 右旋 求蝸桿的旋向？ Fa1 2t F 求蝸桿的轉(zhuǎn)向？ 1a F 練 習(xí) 19 二、二、 蝸桿傳動(dòng)的載荷系數(shù) 載荷系數(shù) K=KAK Kv 使用系數(shù)使用系數(shù) KA 齒齒向載荷分配系數(shù)向載荷分配系數(shù)K =11.3 1.6 （載荷平穩(wěn)、變化、振動(dòng)、沖擊）

8、動(dòng)載系數(shù)動(dòng)載系數(shù) Kv =1.01.1（v2 3m/s）；）； 1.11.2（v2 3m/s）。）。 20 潤滑、散熱不良時(shí)：易產(chǎn)生磨損、膠合； 充分潤滑時(shí)：有利于油膜的形成，滑動(dòng)速度越大， 摩擦系數(shù)越小，提高了傳動(dòng)效率。 sV v v根據(jù)滑動(dòng)速度當(dāng)量摩擦系數(shù) 。當(dāng)量摩擦角； ;: : cos100060 : 11 nd vs滑動(dòng)速度 v1 v2 vS 三、三、 蝸桿傳動(dòng)的相對滑動(dòng)速度 相對滑動(dòng)速度很大產(chǎn)生的利弊： 21 四、四、 蝸桿傳動(dòng)的效率 321 蝸桿導(dǎo)程角: : vs v當(dāng)量摩擦角，根據(jù)滑動(dòng)速度查表 (0.950.96) () v tg tg 1 () : v tg tg 蝸輪主動(dòng)時(shí)

9、 96. 095. 0 3232 一般?。狠S承效率攪油效率 22 z -接觸系數(shù)接觸系數(shù),接觸線長度和曲率半徑的影響 zE-彈性影響系數(shù)彈性影響系數(shù)，,（鋼對青銅或鑄鐵 zE = 160 ） 取標(biāo)準(zhǔn)值取標(biāo)準(zhǔn)值 m、d1、q、 11.5 圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 2 3 HEH KT Z Z a 校核公式： 3 2 2 () E H Z Z aKT 設(shè)計(jì)公式： 0.875 1 1 2 0.68 2 da ad m z 粗定中心距后計(jì)算： 23 二二. 蝸輪的許用接觸應(yīng)力 錫青銅： 主要為接觸疲勞失效，與應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 有關(guān) 8 7 10 N KK HNHHNH 灰鑄鐵及

10、鋁鐵青銅：主要取決于膠合失效，與滑動(dòng) 速度vs有關(guān) 24 三、三、 蝸輪蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 2 2 12 1.53 cos FFaF KT YY d d m 校核式： 9 6 10 N KK FNFNFF 壽命系數(shù) 2 2 12 2 1.53 cos Fa F KT m dYY z 設(shè)計(jì)式： 2 11 m dmd由：確定 、 25 四、四、 蝸桿的剛度計(jì)算 322 11 48 tr lFF yy EI 。許用撓度， ；蝸桿軸支點(diǎn)跨距，初取 ；危險(xiǎn)截面的慣性矩， 1000/ 9 . 0 64 1 2 4 1 dyy dll d II 26 五、五、 蝸桿傳動(dòng)的散熱計(jì)算(熱平衡計(jì)算 ) 1.

11、熱平衡計(jì)算的方法 )1 (1000 1 PH單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量： 20 hA() I Htt單位時(shí)間內(nèi)的散熱量： 21 HH 工作溫度tI 6070C 原因：由于蝸桿傳動(dòng)的相對滑動(dòng)速度大，傳動(dòng)效率低，在 工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱。若閉式蝸桿傳動(dòng)的散熱條件不足， 則使溫度升高，潤滑油的粘度下降，從而引起潤滑油膜破 裂，引起潤滑失效，導(dǎo)致齒面膠合，所以必須對蝸桿傳動(dòng) 進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 27 熱平衡計(jì)算1 即 011 11000tthAP 75.1 100 33.0 a A（a傳動(dòng)的中心距） 有散熱片時(shí)： hA P ttt )1 (1000 1 01 油的溫升： 5570 h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，一般取 h(

12、12 18 ) W/(m2)； A 箱體的散熱面積(m2)，可按下式近似計(jì)算， t1潤滑油的工作溫度()； 通常取 t1 20 式中：P1傳動(dòng)的輸入功率（kW)； t0環(huán)境溫度()。 摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)的熱量 28 熱平衡計(jì)算2 蝸桿傳動(dòng)的散熱措施 自然冷卻的熱平衡溫度過高時(shí)，可采用以下措施： 1） 在箱體外表面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。 3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。 4）采用壓力噴油循環(huán)潤滑（安裝散熱器） 。 散熱片 濺油輪 風(fēng)扇 過濾網(wǎng) 集氣罩 29 熱平衡計(jì)算3 通水 油泵 過濾器 冷卻器 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 30 六、六、 蝸桿傳動(dòng)的潤滑 一、 潤滑油和潤滑方式的選擇的 潤滑油牌號(hào)、.粘度及給油方法、潤滑油量 二、蝸桿的布置 上置蝸桿,下置蝸桿 一般根據(jù)相對滑動(dòng)速度選擇潤滑油的粘度和給油方法。 蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高； 蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/61/3。給油