蝸桿傳動的失效形式和計算準則

1、第一講一、教學(xué)目標（一）能力目標1. 能計算蝸桿傳動的幾何尺寸2. 掌握蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準則（二）知識目標1. 了解蝸桿傳動特點、類型及主要參數(shù)2. 掌握蝸桿傳動幾何尺寸的計算3. 掌握蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準則二、教學(xué)內(nèi)容1. 蝸桿傳動的類型及特點2. 蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)3. 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算三、教學(xué)的重點與難點重點：蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準則。難點：蝸桿傳動的主要參數(shù)。四、教學(xué)方法與手段采用多媒體教學(xué)（動畫演示運動），結(jié)合教具，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。11.1蝸桿傳動的類型和特點般交錯角為蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成。用于傳遞空間交錯的兩軸間運動和功

2、率, 900,蝸桿為從動件。11.1.1蝸桿傳動的類型按蝸桿形狀分：一圓柱蝸桿機構(gòu)一一普通、圓弧環(huán)面蝸桿機構(gòu)'錐蝸桿機構(gòu) 按蝸桿齒廓曲線的形狀阿基米德圓柱蝸桿（最常用）漸開線圓柱蝸桿（梯形部分為漸開線）延伸漸開線蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿11.1.2蝸桿傳動的特點1、 傳動平穩(wěn)由于蝸桿的齒是連續(xù)的螺旋形齒，傳動平穩(wěn)，噪聲也?。?、 傳動比大 在一般傳動中，i=1080,在分度機構(gòu)中可達 1000，故結(jié)構(gòu)緊湊;3、 能夠自鎖當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角時，蝸桿能帶動蝸輪，而蝸輪不能帶動 蝸桿，即自鎖?？捎糜谛枰枣i的起重設(shè)備，如手動葫蘆等；4、 效率低蝸桿傳動中，蝸輪齒沿蝸桿齒的螺旋線方向滑動

3、速度大，摩擦劇烈，效率低，一般蝸桿傳動的效率=0.70.9 ;5、為減少蝸桿傳動中的摩擦，蝸輪常用減摩性好但較貴的青銅制造，成本較高。11.2 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸的計算在蝸桿傳動中，規(guī)定通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面，稱為中間平面。對于阿基米德蝸桿蝸輪，在主平面內(nèi)蝸桿傳動相當(dāng)于齒輪齒條傳動。11.2.1蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇1、蝸桿頭數(shù)Z1、蝸輪齒數(shù)Z2和傳動比i傳動比 i=n 1/ n2=Z1/Z2蝸桿頭數(shù)Z1=1、2、4、6 （單頭，i大，易自鎖，效率低，但精度好；多頭桿，nf,但加工困難，精度J）蝸輪齒數(shù)Z2=iz 1,乙=27802、模數(shù)和壓力角mai和軸向壓力角 a

4、i，應(yīng)程角應(yīng)等于蝸輪分度圓上的螺旋角。即為了保證蝸桿輪齒與蝸輪輪齒的正確嚙合，蝸桿的軸向模數(shù)分別等于蝸輪的端面模數(shù)mt2和端面壓力角t2，且均等于標準值，同時蝸桿分度圓上的導(dǎo)mai = mt2 = mai = t2 =(標準值 20 ° )3、蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角3如圖所示的蝸桿有兩根螺旋線，即Zi =2,螺旋線的導(dǎo)程角為，蝸桿的軸向齒距為 pai ； 導(dǎo)程S=Zpai。將蝸桿的螺旋線展開，螺旋線為直角三角形的斜邊，如圖所示。蝸桿的導(dǎo)程 角可由下式求出tg 沁迪勺didiq4、蝸桿分度圓直徑和蝸桿直徑系數(shù)di不僅與m有關(guān),也就要求具備很多刀蝸輪是由與蝸桿相似的滾刀展成切制加工而來的，

5、蝸桿分度圓直徑還隨tg的數(shù)值變化。所以即使 m相同，也會有很多不同直徑的蝸桿,具，為減少刀具的型號，將蝸桿 di取標準值。定義：蝸桿分度圓直徑di與模數(shù)m之比，稱蝸桿直徑系數(shù)，用q表示。Zitg5、標準中心距a 扣i d2)1m(q Z2)11.2.2蝸桿傳動的幾何尺寸計算蝸桿傳動中，蝸桿、蝸輪的齒頂咼、齒根咼、齒全咼、齒頂圓直徑、齒根圓直徑可用直齒輪公式計算，見表 11 3。其中，ha 1,c0.2分度圓直徑：d1 mq ； d2 mZ2標準中心距：1 1a 2（d1 d2）-m（q Z?）傳動比：i W1 Z2 d2i 12W2 Z1 d111.2.3蝸桿傳動的正確嚙合條件ma1 = mt

6、 2 = ma1 = t2 =(標準值 20 ° )11.3蝸桿傳動的失效形式和計算準則11.3.1蝸桿傳動的失效形式1、齒面間滑動速度蝸桿傳動的滑動速度d1n160 1000 cos(m/s)V1較大的VS引起易發(fā)生齒面磨損和膠合；如潤滑條件良好（形成油膜條件）則較大的VS則有助于形成潤滑油膜，減少摩擦、磨損，提高傳動效率。2、蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動相似，也有齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合和輪齒折斷。由于蝸桿傳動齒面間滑動嚴重，較易產(chǎn)生膠合和磨損。1、開式傳動主要失效是齒面磨損和輪齒折斷設(shè)計準則：為按齒根彎曲疲勞強度為設(shè)計準則2、閉式傳動主要失效是膠合和點蝕

7、設(shè)計準則：按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度，另計算熱平衡和蝸 桿剛度。11.4 蝸桿和蝸輪的材料和結(jié)構(gòu)11.4.1 蝸桿傳動的材料蝸桿和蝸輪的材料要求： 1）足夠的強度； 2）良好的減摩、耐磨性； 3）良好的抗膠合 性1、蝸桿材料蝸桿多用碳鋼或合金鋼制造，如40、 45、 40Cr 等。經(jīng)熱處理可提高齒面硬度，增加耐磨性。40、45,調(diào)質(zhì) HBS22030低速，不太重要40、45、40Cr，表面淬火，HRC455般傳動15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK滲碳淬火、HRC586高速重載2、蝸輪蝸輪常用鑄錫青銅 ZQSn 10-1、ZQSn6-6-3和鋁

8、鐵青銅ZQAI9-4 ;低速和不重要的傳動 可采用鑄鐵材料。鑄鑄青銅（ZCuSn10P1, ZCuSn5P65Zn5 VS> 3m/s時，減摩性好，抗膠合性好，價 貴,強度稍低。鑄鋁鐵青銅（ZcuAI10Fe3） 7S 4m/s，減摩性、抗膠合性稍差，但強度高，價兼 鑄鐵：灰球墨。VS< 2m/s，要進行時效處理、防止變形。11.4.2 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)1、蝸桿蝸桿通常與軸做成一體,稱為蝸桿軸。（ 1 ）無退刀槽,銑刀銑制; （ 2）有退刀槽,車刀車、或銑2、蝸輪蝸輪輪齒部分一般是青銅，而與軸聯(lián)接的輪轂部分一般是鋼，為節(jié)約青銅材料，其結(jié)構(gòu)有如下幾種：(1) 齒圈式一一齒圈與輪芯一般

9、用H7/rb配合裝配，并在配合面接縫上，加裝46個緊定螺釘。(2) 螺栓聯(lián)接式用于尺寸較大蝸輪，裝拆較方便。(3) 整體澆鑄式一一用于整體蝸輪和尺寸小的青銅蝸輪(4) 拼鑄式 鑄鐵輪芯上澆鑄青銅齒圈，然后切齒小結(jié)：1、蝸桿傳動特點、類型及主要參數(shù)。2、蝸桿傳動幾何尺寸的計算。3、蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準則。作業(yè)與思考：1、確定蝸桿頭數(shù) 6和蝸輪的齒數(shù) 二要考慮哪些問題？2、何謂蝸桿蝸輪機構(gòu)的中間平面？在中間平面內(nèi)，蝸桿蝸輪傳動相當(dāng)于什么傳動？3、確定蝸桿直徑系數(shù) &的目的是什么？孑的大小對蝸桿蝸輪機構(gòu)有什么影響？它與蝸 桿分度圓直徑是什么關(guān)系？第二講一、教學(xué)目標(一) 能力目標1.

10、能判斷蝸輪傳動的轉(zhuǎn)向2. 會選擇蝸桿傳動的潤滑方式(二) 知識目標掌握蝸輪強度計算方法及蝸桿傳動的熱平衡計算方法二、教學(xué)內(nèi)容2. 蝸桿傳動的滑動速度和效率1.普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算3. 蝸桿傳動的潤滑及熱平衡計算三、教學(xué)的重點與難點重點：蝸桿傳動的受力分析。難點：蝸桿傳動的強度計算。四、教學(xué)方法與手段采用多媒體教學(xué)（加動畫演示），結(jié)合教具，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。11.5 蝸桿傳動的強度計算11.5.1蝸桿傳動的受力分析Fti =_F x2=2T1 / d1Ft2 =-F x1 =2T2/ d2F"=-F r2=Ft2tan aFt “主反從同” ；Fr 指向軸線Fa1蝸桿左（右）

11、手螺旋定則，根據(jù)蝸桿齒向伸左手或右手，握住蝸桿軸線，四指代表蝸桿轉(zhuǎn)向，大拇指所指代表D蝸桿所受軸向力 Fa1的方向，F(xiàn)t2的方向與Fa1相反，F(xiàn)t2的方向即為w轉(zhuǎn)向。11.5.2蝸輪齒面接觸疲勞強度計算校核公式：h Ze Zp】KTz/a3 h Mpa式中，Ze材料的彈性系數(shù)，鋼蝸桿配青銅蝸輪Ze 160 MP123Zp接觸系數(shù)，Zp為反映蝸桿傳動接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的影響系數(shù)K Ka Kv K 載荷系數(shù)Ka工況系數(shù)K 齒面載荷分布系數(shù)：載荷平穩(wěn)時，K 1 ;載荷變化較大，或有沖擊、振動時，K 1.31.6Kv動載荷系數(shù)Kv1.0 1.1,V2 3m/s精制蝸桿Kv 1.1 1.2,

12、V2 3m/s般蝸桿設(shè)計公式a 3T2 ZeZpmm 定 m,q，Y hh 蝸輪齒面許用接觸應(yīng)力11.5.3蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算彎曲疲勞強度校核公式：1.53KT2d1d2mcosfYFa2蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù) ZV23及變位系數(shù)X?/cosF蝸輪輪齒許用彎曲應(yīng)力f oF KFnoF 蝸輪基本許用應(yīng)力（計入齒根應(yīng)力修正系數(shù)YFa2）彎曲應(yīng)力脈動循環(huán)& ；彎曲應(yīng)力對稱（雙側(cè)工作）循環(huán)1心設(shè)計公式21.53KT23m d1YFa2Y mmZ2COS f11.6 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算11.6.1蝸桿傳動的效率11.6.2蝸桿傳動的潤滑目的：1）提高 ；2）降低溫升，防止磨

13、損和膠合由于摩擦損耗大，油溫升比較高，潤滑油的精度J易膠合，所以，應(yīng)采用較高粘度的潤滑油。一般低速重載t用粘度高的潤滑油；一般高速輕載t用粘度低的潤滑油高速（Vs大）噴油潤滑；低速（Vs?。┬钩貪櫥瑵櫥土窟m當(dāng)浸油深度Ida21/3蝸輪外徑一一上置式蝸桿，潤滑較差，但攪油損失小i個蝸桿齒高一一下（側(cè)）置式蝸桿，潤滑較好，但攪油損失大11.6.3蝸桿傳動熱平衡計算蝸桿傳動效率較低，摩擦發(fā)熱較大，溫升較高，過高的溫度使?jié)櫥拖♂?，粘度下? 嚙合時從齒面間被稀釋，會加劇磨損和膠合。要進行熱平衡計算：設(shè)蝸桿傳動功率為 P （ KW ,效率為蝸桿傳動單位時間的發(fā)熱量為 HiH=1000P （1-） W若以自然冷卻方式，單位時間散熱量為H?Hk=KdS（t-t o）WK d 箱體表面散熱系數(shù)，取K d=8.1517.45 W/（m2、C ）（與通風(fēng)條件有關(guān)）S箱體散熱面積（內(nèi)表面能被油濺到，而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積）t油的工作溫度，一般應(yīng)限制在6070C,最高不超過 80C, t max < 80Ct0環(huán)境溫度，一般取 t0=20C達到熱平衡