機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第6章 蝸桿 (2)

1、第第6章章 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)王曉娟王曉娟物流工程學(xué)院物流工程學(xué)院概述概述236-1 6-1 蝸桿傳動(dòng)概述蝸桿傳動(dòng)概述一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 主要主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比很大、傳動(dòng)平穩(wěn)和噪：傳動(dòng)比很大、傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲較小等。聲較小等。 傳動(dòng)比傳動(dòng)比i i通常為通常為8 88080。 主要主要缺點(diǎn)缺點(diǎn): :傳動(dòng)效率較低，為了減小摩傳動(dòng)效率較低，為了減小摩擦、提高耐磨性，蝸輪齒圈常需用價(jià)格擦、提高耐磨性，蝸輪齒圈常需用價(jià)格較貴的青銅制造。較貴的青銅制造。 對(duì)于一般動(dòng)力傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)常用的精對(duì)于一般動(dòng)力傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)常用的精度等級(jí)是級(jí)精度（適用于蝸桿圓周速度等級(jí)是級(jí)精度（適用于蝸桿圓

2、周速度度v v1 17.5m/s7.5m/s）、級(jí)精度（）、級(jí)精度（v v1 13m/s3m/s）和級(jí)精度（和級(jí)精度（v v1 11.5m/s1.5m/s）。）。4二、蝸桿傳動(dòng)的類型二、蝸桿傳動(dòng)的類型 蝸桿傳動(dòng)的蝸桿傳動(dòng)的蝸桿蝸桿可分為：可分為：圓柱蝸桿圓柱蝸桿( (圖圖a)a)、環(huán)面蝸桿、環(huán)面蝸桿( (圖圖b)b)和錐蝸桿和錐蝸桿( (圖圖c)c)。目。目前最為常用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)。前最為常用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)。 根據(jù)蝸桿根據(jù)蝸桿螺旋面的形狀螺旋面的形狀不同不同( (或者說(shuō)或者說(shuō)切制方法的不同切制方法的不同) )，圓柱蝸桿又可分為，圓柱蝸桿又可分為阿基阿基米德蝸桿米德蝸桿(ZA(ZA蝸桿蝸桿)

3、 )、漸開(kāi)線蝸桿、漸開(kāi)線蝸桿(ZI(ZI蝸桿蝸桿) )等。等。和螺紋一樣，蝸桿有和螺紋一樣，蝸桿有左旋、左旋、右旋右旋、單線和多線單線和多線之分，右之分，右旋蝸桿使用較多。旋蝸桿使用較多。6-2 6-2 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)與幾何尺寸計(jì)算蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)與幾何尺寸計(jì)算 通過(guò)蝸桿軸線并垂直于通過(guò)蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為蝸輪軸線的平面稱為中中間平面間平面。在中間平面內(nèi)。在中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合相當(dāng)蝸輪與蝸桿的嚙合相當(dāng)于漸開(kāi)線齒輪和齒條的于漸開(kāi)線齒輪和齒條的嚙合。嚙合。 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算都蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算都以中間平面（即蝸桿的以中間平面（即蝸桿的軸面，蝸輪的端面）的軸面，蝸輪的端面）的

4、參數(shù)和幾何關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和幾何關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)。n和螺紋類似和螺紋類似6 蝸桿的導(dǎo)程角蝸桿的導(dǎo)程角 111atanZ P /d導(dǎo)程角：導(dǎo)程角：一、蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件一、蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件7在兩軸交錯(cuò)角為在兩軸交錯(cuò)角為9090的蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿傳動(dòng)中1212xtxtmmm旋向相同旋向相同8 設(shè)蝸桿齒數(shù)（即螺旋線數(shù)目）為設(shè)蝸桿齒數(shù)（即螺旋線數(shù)目）為z1，蝸輪齒數(shù)為，蝸輪齒數(shù)為z2，傳動(dòng)，傳動(dòng)比為：比為： i=n1/n2=z2/z1 式中：式中： n1和和 n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速（分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。）。 通常蝸桿通常蝸桿z1、。、。若要得到大傳動(dòng)比，可取若要得到大傳動(dòng)比，可取

5、z1 ，但這種情況下傳動(dòng)效率較低；傳遞功率較大時(shí)，但這種情況下傳動(dòng)效率較低；傳遞功率較大時(shí)，為提為提高效率可采用多頭蝸桿，取高效率可采用多頭蝸桿，取 z1 或或。 蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2= iz1 。為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根切，。為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根切，不應(yīng)少于不應(yīng)少于17，但也不宜大于，但也不宜大于80。若。若z2過(guò)多，會(huì)使蝸輪結(jié)構(gòu)尺寸太大，過(guò)多，會(huì)使蝸輪結(jié)構(gòu)尺寸太大，蝸桿長(zhǎng)度也隨之增加，致使蝸桿剛度下降、嚙合精度降低。蝸桿長(zhǎng)度也隨之增加，致使蝸桿剛度下降、嚙合精度降低。二、傳動(dòng)比二、傳動(dòng)比i i 、齒數(shù)、齒數(shù)z z1 1 和齒數(shù)和齒數(shù)z z2 2 9三、蝸桿直徑系數(shù)三、蝸桿直徑系數(shù)q q和導(dǎo)

6、程角和導(dǎo)程角 tg=pz/d1 =z1px/d1 =z1m/d1 = z1m/d1 d1 =m z1/ tg q = z1/ tg d1 =mq式中式中q=d1/m稱為蝸桿稱為蝸桿直徑系數(shù)直徑系數(shù)。 m一定：一定：q d1 蝸桿的剛度蝸桿的剛度強(qiáng)度強(qiáng)度m較小時(shí)，較小時(shí)，q應(yīng)取大值應(yīng)取大值tg=z1/q q 在蝸桿剛度允許時(shí)，在蝸桿剛度允許時(shí)，q應(yīng)盡可能小。應(yīng)盡可能小。 330的蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。的蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。四、標(biāo)準(zhǔn)中心距四、標(biāo)準(zhǔn)中心距 10n當(dāng)蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，當(dāng)蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其標(biāo)準(zhǔn)中心距計(jì)算式為其標(biāo)準(zhǔn)中心距計(jì)算式為:n a=0.5(d1+d

7、2)=0.5m(q+z2)11五、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算五、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算n分度圓直徑 d1=mq d2=mz2n齒頂高 ha1=m ha2=m n齒根高 hf1=1.2m hf2=1.2mn頂圓直徑 da1=d1+2ha1=d1+2m da2=m(z2+2)n根圓直徑 df1=d1-2hf1=d1-2.4m df2=m(z2-2)n徑向間隙 c=0.2mn中心距 a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)n蝸桿軸向齒距( px1)蝸輪端面齒距(pt2) px1=pt2=m126-3 6-3 蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu)蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu) 蝸桿蝸輪副的材料組合不僅要求有蝸桿蝸

8、輪副的材料組合不僅要求有足夠的強(qiáng)度足夠的強(qiáng)度，而，而更重要的是要有良好的更重要的是要有良好的耐磨性能和抗膠合耐磨性能和抗膠合的能力。的能力。因此常采用因此常采用鋼蝸桿與青銅齒圈的蝸輪配對(duì)鋼蝸桿與青銅齒圈的蝸輪配對(duì)。蝸桿材料：蝸桿材料：一般用碳素鋼或合金鋼制成一般用碳素鋼或合金鋼制成蝸輪材料：蝸輪材料：一般為鑄造錫青銅、鋁青銅、灰鑄鐵一般為鑄造錫青銅、鋁青銅、灰鑄鐵適用于齒面滑動(dòng)速度 較高的傳動(dòng)。ss 8 m/s 的場(chǎng)合。（抗膠合能力差）s 2 m/s 的場(chǎng)合。（抗膠合能力強(qiáng)，抗點(diǎn)蝕能力差）錫青銅：鋁青銅：灰鑄鐵：13二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu) 蝸桿絕大多數(shù)和軸制蝸桿絕大多數(shù)和軸制

9、成一體，稱為成一體，稱為蝸桿軸蝸桿軸。蝸輪可以制成整體蝸輪可以制成整體的的(下圖下圖a )。但為了節(jié)約。但為了節(jié)約貴重的有色金屬，大尺貴重的有色金屬，大尺寸的蝸輪通常采用組合寸的蝸輪通常采用組合式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)(下圖下圖b)。蝸輪齒。蝸輪齒圈與輪芯也可用鉸制孔圈與輪芯也可用鉸制孔用螺栓來(lái)聯(lián)接用螺栓來(lái)聯(lián)接(下圖下圖c )。對(duì)于大批量生產(chǎn)的蝸輪，對(duì)于大批量生產(chǎn)的蝸輪，常在鑄鐵輪芯上澆鑄出常在鑄鐵輪芯上澆鑄出青銅齒圈青銅齒圈(下圖下圖d )。146-4 6-4 蝸桿傳動(dòng)受力分析與強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)受力分析與強(qiáng)度計(jì)算1 1。分解：。分解： 圓周力圓周力Ft 法向力法向力Fn 徑向力徑向力Fr 軸向力軸向力F

10、a 2。大小：。大小： Ft1=2000T1/d1 Ft2=2000T2/d2 Fr2= Ft2tg 3。關(guān)系：。關(guān)系： Fa2= -Ft1 Fa1= -Ft2 Fr1= -Fr2 4。方向：。方向： 圓周力圓周力（Ft1）：）：主反從同主反從同 徑向力徑向力（Fr1）：）：指向輪心指向輪心 軸向力軸向力（Fa1）：）：左右手定則左右手定則5。一、一、受力分析受力分析蝸輪的蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向判斷：判斷：蝸桿的轉(zhuǎn)向和旋向蝸桿的轉(zhuǎn)向和旋向(左右手定則左右手定則) Fa1Ft2 (主反從同主反從同)蝸輪的蝸輪的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向15 例：例：16二、滑動(dòng)速度和失效形式二、滑動(dòng)速度和失效形式22112sVV

11、VVcos滑動(dòng)速度的大小，對(duì)齒面的潤(rùn)滑情滑動(dòng)速度的大小，對(duì)齒面的潤(rùn)滑情況、齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動(dòng)況、齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動(dòng)效率等都有很大影響。效率等都有很大影響。1.滑動(dòng)速度滑動(dòng)速度 設(shè)蝸桿的圓周速度為設(shè)蝸桿的圓周速度為V V1 1，蝸輪，蝸輪的圓周速度為的圓周速度為V V2 2，V V1 1與與V V2 2呈呈9090角，角，則齒廓間產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)速度：則齒廓間產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)速度：2.2.失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則17主要失效形式有主要失效形式有齒面點(diǎn)蝕、膠合、磨損和輪齒折斷齒面點(diǎn)蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等。一般失效等。一般失效總是發(fā)生在強(qiáng)度較低的蝸輪上總是發(fā)生在強(qiáng)度較低的

12、蝸輪上。在在閉式閉式蝸桿傳動(dòng)，失效多為蝸桿傳動(dòng)，失效多為點(diǎn)蝕和膠合點(diǎn)蝕和膠合。在在開(kāi)式開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)，失效多為蝸桿傳動(dòng)，失效多為磨損和斷齒磨損和斷齒。至今對(duì)膠合與磨損計(jì)算尚無(wú)成熟的方法，故只能參至今對(duì)膠合與磨損計(jì)算尚無(wú)成熟的方法，故只能參照?qǐng)A柱齒輪進(jìn)齒面及齒根強(qiáng)度的計(jì)算，而在選擇許照?qǐng)A柱齒輪進(jìn)齒面及齒根強(qiáng)度的計(jì)算，而在選擇許用應(yīng)力時(shí)，根據(jù)傳動(dòng)特點(diǎn)考慮膠合和磨損失效的影用應(yīng)力時(shí)，根據(jù)傳動(dòng)特點(diǎn)考慮膠合和磨損失效的影響。因此，目前工程上主要是針對(duì)響。因此，目前工程上主要是針對(duì)蝸輪進(jìn)行齒面接蝸輪進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算。18三、蝸輪強(qiáng)度計(jì)算三、蝸輪強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪強(qiáng)度

13、計(jì)算與斜齒輪相似，以蝸桿蝸輪在節(jié)點(diǎn)處嚙合的蝸輪強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似，以蝸桿蝸輪在節(jié)點(diǎn)處嚙合的 相應(yīng)參數(shù)代入斜齒輪公式，便可得到蝸輪強(qiáng)度計(jì)算公式：相應(yīng)參數(shù)代入斜齒輪公式，便可得到蝸輪強(qiáng)度計(jì)算公式： 蝸輪輪蝸輪輪齒彎曲強(qiáng)度校核公式齒彎曲強(qiáng)度校核公式 設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式 蝸輪蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核公式齒面接觸強(qiáng)度校核公式 設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式 式中：式中：FP許用彎曲應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力(查表查表63） HP 許用接觸應(yīng)力許用接觸應(yīng)力(查表查表63）HPHdmKTz12221500022212)15000(KTzdmHPFPFaFYzdmkT21221560FPFazkYTdm22121560196-46-4蝸

14、桿傳動(dòng)潤(rùn)滑、效率和熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑、效率和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑一、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 開(kāi)式開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)，采用粘度較高的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。蝸桿傳動(dòng)，采用粘度較高的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。 閉式閉式蝸桿傳動(dòng)，根據(jù)工作條件及蝸桿傳動(dòng)，根據(jù)工作條件及V VS S，參考，參考表表6-46-4選定潤(rùn)選定潤(rùn)滑油粘度及給油方法?；驼扯燃敖o油方法。 當(dāng)當(dāng)V VS S4m/s時(shí)，常將時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上蝸桿置于蝸輪之上，形成上置蝸桿，形成上置蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)，浸油深度約為蝸輪外徑的浸油深度約為蝸輪外徑的1/31/3，由蝸輪帶油潤(rùn)滑；由蝸輪帶油潤(rùn)滑； 若若V VS S1015m/s，則應(yīng)采用壓力，則應(yīng)采用壓力噴

15、油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑(壓力約為壓力約為0.10.3MPa)。20二、蝸桿傳動(dòng)的效率二、蝸桿傳動(dòng)的效率 由上式可知，增大導(dǎo)程角由上式可知，增大導(dǎo)程角 可提高效率，故動(dòng)力傳動(dòng)中常采可提高效率，故動(dòng)力傳動(dòng)中常采用多頭蝸桿。但導(dǎo)程角過(guò)大會(huì)引起加工困難，而且用多頭蝸桿。但導(dǎo)程角過(guò)大會(huì)引起加工困難，而且 28時(shí)，效率提高也很少。時(shí)，效率提高也很少。 321式中：式中： 1嚙合效率嚙合效率)tan(tan1 2 3分別為軸承效率和攪油效率分別為軸承效率和攪油效率 一般取一般取 2 3=0.950.9621三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 式中： t -溫度差， t=t-t0；t-溫差允許值，一般為

16、(6070)，并應(yīng)使油溫t小于90； P1-蝸桿傳遞功率(kW)；-傳動(dòng)效率； A-散熱面積； Kt-表面散熱系數(shù)，根據(jù)箱體周圍通風(fēng)條件，一般取Kt =(1017) ； 對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。tAK)-(11000Ptt1在閉式傳動(dòng)中，熱量系通過(guò)箱殼散逸，要求箱體內(nèi)的油溫t()和周圍空氣溫度t0()之差不超過(guò)允許值：n如超過(guò)溫差允許值，可視情況采用下述如超過(guò)溫差允許值，可視情況采用下述冷卻措施冷卻措施：22 (1) 增加散熱面積增加散熱面積合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊接上散熱片。焊接上散熱片。 (2) 提高散熱系數(shù)提高散熱系數(shù)在蝸桿軸上加裝風(fēng)扇在蝸桿軸上加裝風(fēng)扇(圖圖a)；在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇形冷卻水管在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇形冷卻水管(圖圖c)；采用循環(huán)油；采用循環(huán)油冷卻冷卻(圖圖b)。23練習(xí)練習(xí)1、試確定