機(jī)械設(shè)計(jì)第八章蝸桿傳動(dòng)

1、8-1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及類型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及類型蝸桿蝸桿蝸桿傳動(dòng)由蝸桿傳動(dòng)由蝸輪蝸輪組成。組成。蝸桿可認(rèn)為是只有一個(gè)齒的齒輪，蝸桿可認(rèn)為是只有一個(gè)齒的齒輪，但這個(gè)齒很長(zhǎng)，被螺旋狀地纏繞但這個(gè)齒很長(zhǎng)，被螺旋狀地纏繞在一個(gè)圓柱上。在一個(gè)圓柱上。圓圓弧弧面面蝸蝸桿桿 錐蝸桿錐蝸桿 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用 （ZA蝸桿）蝸桿）（ZI蝸桿）蝸桿）（ZN蝸桿）蝸桿）與車(chē)梯形螺紋類似與車(chē)梯形螺紋類似應(yīng)用最廣，但易車(chē)難磨，不易得到較高精度。應(yīng)用最廣，但易車(chē)難磨，不易得到較高精度。（ZK蝸桿）蝸桿）便于磨削、精度較高，便于磨削、精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。應(yīng)用日漸廣泛。 潤(rùn)滑條件較好，效率高潤(rùn)滑條件較好，效率高（可達(dá)（

2、可達(dá)0.9以上），承載能以上），承載能力高（比普通圓柱蝸桿高出力高（比普通圓柱蝸桿高出0.51.5倍），體積小，質(zhì)倍），體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，已廣泛應(yīng)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、起重等需用于冶金、化工、起重等需要大功率傳動(dòng)的機(jī)械設(shè)備中。要大功率傳動(dòng)的機(jī)械設(shè)備中。 制造較難。制造較難。（ZC蝸桿）蝸桿） 同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大（一同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大（一般為般為10360）；承載能力和效率較高；側(cè)隙便于控制和調(diào)）；承載能力和效率較高；側(cè)隙便于控制和調(diào)整；能做離合器使用；可節(jié)約有色金屬；制造安裝簡(jiǎn)單，整；能做離合器使用；可節(jié)約有色金屬；制造

3、安裝簡(jiǎn)單，工藝性好。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，傳動(dòng)具有不對(duì)稱性，因工藝性好。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，傳動(dòng)具有不對(duì)稱性，因而正反轉(zhuǎn)時(shí)受力不同，承載能力和效率也不同。而正反轉(zhuǎn)時(shí)受力不同，承載能力和效率也不同。(ZA蝸桿蝸桿)（ZI蝸桿）蝸桿）（ZN蝸桿）蝸桿） 端面齒廓為阿基米端面齒廓為阿基米德螺線。德螺線。 2=40，可用車(chē)可用車(chē)刀象車(chē)螺紋一樣車(chē)削，刀象車(chē)螺紋一樣車(chē)削，但難磨削，不易得到但難磨削，不易得到較高精度。較高精度。 應(yīng)使刀刃頂面通過(guò)應(yīng)使刀刃頂面通過(guò)蝸桿軸線。蝸桿軸線。 3時(shí)用雙刀。時(shí)用雙刀。 端面齒廓為漸開(kāi)線。端面齒廓為漸開(kāi)線。 可用兩把直線刀刃的車(chē)可用兩把直線刀刃的車(chē)刀在車(chē)床上分別車(chē)出左右刀在

4、車(chē)床上分別車(chē)出左右側(cè)螺旋面，車(chē)削加工，刀側(cè)螺旋面，車(chē)削加工，刀刃頂面與基圓柱相切，兩刃頂面與基圓柱相切，兩刀一高一低；刀一高一低； 也可用滾刀加工；還可也可用滾刀加工；還可在專用機(jī)床上磨削。在專用機(jī)床上磨削。 制造精度較高，適用于制造精度較高，適用于功率較大的高速傳動(dòng)。功率較大的高速傳動(dòng)。 端面齒廓為延端面齒廓為延伸漸開(kāi)線（故又伸漸開(kāi)線（故又稱延伸漸開(kāi)線蝸稱延伸漸開(kāi)線蝸桿），法面齒廓桿），法面齒廓為直線。為直線。也是用直線刀刃也是用直線刀刃的單刀或雙刀在的單刀或雙刀在車(chē)床上車(chē)削加工，車(chē)床上車(chē)削加工，車(chē)刀刀刃放在蝸車(chē)刀刀刃放在蝸桿齒面的法向位桿齒面的法向位置。置。 較難磨削。較難磨削。(ZK蝸桿

5、蝸桿) 是一種非線性螺旋齒面蝸桿。是一種非線性螺旋齒面蝸桿。 不能在車(chē)床上加工，只能在銑床上銑削、在磨床上磨削。不能在車(chē)床上加工，只能在銑床上銑削、在磨床上磨削。 加工時(shí)，除工件作螺旋運(yùn)動(dòng)外，刀具同時(shí)繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，銑加工時(shí)，除工件作螺旋運(yùn)動(dòng)外，刀具同時(shí)繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，銑刀（或砂輪）回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面。刀（或砂輪）回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面。I-I和和N-N截面都是曲線。截面都是曲線。 這種蝸桿便于磨削，精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。這種蝸桿便于磨削，精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。通過(guò)蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。ZAZA蝸桿（阿基米德蝸桿）的蝸桿

6、（阿基米德蝸桿）的其余蝸桿法向壓力角其余蝸桿法向壓力角n n為標(biāo)準(zhǔn)值為標(biāo)準(zhǔn)值導(dǎo)導(dǎo)程程角角規(guī)定：規(guī)定： 查查 表表查查 表表加工蝸輪一般用滾刀。加工蝸輪一般用滾刀。滾刀的直徑和齒形參數(shù)（如模數(shù)滾刀的直徑和齒形參數(shù)（如模數(shù)m m、螺旋線數(shù)螺旋線數(shù)Z Z、導(dǎo)程角導(dǎo)程角等）等） 必須與相應(yīng)的蝸桿相同。必須與相應(yīng)的蝸桿相同。若蝸桿分度圓直徑若蝸桿分度圓直徑d d1 1不作一些限制，則刀具品種和數(shù)量會(huì)很多。不作一些限制，則刀具品種和數(shù)量會(huì)很多。返返 回回 下表中列出的只是一下表中列出的只是一部分，詳細(xì)尺寸計(jì)算公部分，詳細(xì)尺寸計(jì)算公式見(jiàn)相關(guān)書(shū)籍和手冊(cè)！式見(jiàn)相關(guān)書(shū)籍和手冊(cè)！故：失效常發(fā)生于故：失效常發(fā)生于上。

7、上。蝸輪齒圈是蝸輪齒圈是錫青銅錫青銅制制蝸輪損壞形式主要是疲勞蝸輪損壞形式主要是疲勞 。蝸輪齒圈是蝸輪齒圈是無(wú)錫青銅無(wú)錫青銅或或鑄鐵鑄鐵制制蝸輪損壞形式主要是蝸輪損壞形式主要是 。 目前對(duì)膠合與磨損尚缺乏成熟的計(jì)算方法，常參照?qǐng)A柱齒輪目前對(duì)膠合與磨損尚缺乏成熟的計(jì)算方法，常參照?qǐng)A柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算方法，計(jì)算傳動(dòng)的計(jì)算方法，計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核對(duì)對(duì)蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)常按常按對(duì)對(duì)蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)載荷變化較大，或載荷變化較大，或Z290時(shí)，常只按齒時(shí)，常只按齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。載荷平穩(wěn)時(shí)可不校核載荷平穩(wěn)時(shí)可不校核蝸桿

8、傳動(dòng)摩擦嚴(yán)重，發(fā)熱大，效率低，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)還蝸桿傳動(dòng)摩擦嚴(yán)重，發(fā)熱大，效率低，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)還需作需作計(jì)算，以免發(fā)生膠合。計(jì)算，以免發(fā)生膠合。（常不考慮摩擦力的影響（常不考慮摩擦力的影響)。圓周力圓周力徑向力徑向力軸向力軸向力Ft1= Fa2=2T1d1Fr1=Fr2= Ft2 tgFa1=Fr2=d22T2 1指蝸桿。指蝸桿。2指蝸輪。指蝸輪。F Fa1a1的方向決定了蝸輪旋向。的方向決定了蝸輪旋向。蝸桿圓周力蝸桿圓周力F Ft1t1的方向與轉(zhuǎn)向相反。的方向與轉(zhuǎn)向相反。蝸桿徑向力蝸桿徑向力F Fr r的方向總指向軸心。的方向總指向軸心。蝸桿蝸輪旋向判定蝸桿蝸輪旋向判定蝸輪旋向判定蝸輪旋向判

9、定左旋用左手，右旋用右手蝸輪旋向與拇指指向相附附圖 11 - 2 蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定 下列各蝸桿傳動(dòng)均以蝸桿為主動(dòng)件，請(qǐng)標(biāo)出蝸輪（或蝸桿）的下列各蝸桿傳動(dòng)均以蝸桿為主動(dòng)件，請(qǐng)標(biāo)出蝸輪（或蝸桿）的轉(zhuǎn)向，蝸輪輪齒的旋向及蝸桿、蝸輪受力方向。轉(zhuǎn)向，蝸輪輪齒的旋向及蝸桿、蝸輪受力方向。青銅或鑄鐵蝸輪配鋼制蝸桿時(shí)，青銅或鑄鐵蝸輪配鋼制蝸桿時(shí)，ZE=160（常?。ǔＨ?1.4）查查 表表查查 圖圖查查 表表查查 圖圖140 如強(qiáng)烈沖擊、蝸輪為脆性材料或開(kāi)式傳如強(qiáng)烈沖擊、蝸輪為脆性材料或開(kāi)式傳動(dòng)時(shí)動(dòng)時(shí) 初算時(shí)?。撼跛銜r(shí)?。?I=64df14蝸輪分度圓直徑蝸輪分度圓直徑相對(duì)而言，蝸桿屬于相對(duì)而言，蝸桿屬于“細(xì)

10、長(zhǎng)桿細(xì)長(zhǎng)桿”，易變形，故需校剛度。，易變形，故需校剛度。蝸桿傳動(dòng)的效率低、發(fā)熱量大，須及時(shí)散熱，蝸桿傳動(dòng)的效率低、發(fā)熱量大，須及時(shí)散熱，否則易使齒面膠合及加劇磨損。否則易使齒面膠合及加劇磨損。 設(shè)蝸桿輸入功率為P（KW），效率為1=1000P(1-)2=dS(t0-ta)單位為單位為W1（W）=1（J/s）空氣的溫度空氣的溫度（常溫為（常溫為20）油溫油溫（6070，不超過(guò)不超過(guò)80）散熱面積散熱面積（內(nèi)可被油飛濺，外可為空氣冷卻（內(nèi)可被油飛濺，外可為空氣冷卻）散熱系數(shù)散熱系數(shù)（常?。ǔＨ?17W/m2）箱體上散箱體上散熱片的散熱片的散熱面積按熱面積按50%50%計(jì)。計(jì)。1= 2：1000P(

11、1-)=dS(t0-ta)：t0= ta+1000P(1-)dS油溫（平衡時(shí)的工作溫度）油溫（平衡時(shí)的工作溫度）若超過(guò)此值，可采取如下措施若超過(guò)此值，可采取如下措施： 設(shè)置散熱片（外面）設(shè)置散熱片（外面） 蝸桿軸端加風(fēng)扇蝸桿軸端加風(fēng)扇 在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻水管在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻水管 用循環(huán)油用循環(huán)油1、要求、要求高速重載高速重載 一般蝸桿一般蝸桿 低速或人力傳動(dòng)低速或人力傳動(dòng) 常用常用作蝸輪的齒圈，與淬硬磨削的作蝸輪的齒圈，與淬硬磨削的蝸桿相配。蝸桿相配。2、蝸桿材料、蝸桿材料 均均應(yīng)應(yīng)磨磨削削3、蝸輪材料、蝸輪材料重要的高速蝸桿傳動(dòng)中重要的高速蝸桿傳動(dòng)中 V12m/s時(shí)時(shí) V6m/s時(shí)

12、時(shí) V2m/s時(shí)時(shí) 強(qiáng)度足夠，鑄造強(qiáng)度足夠，鑄造性能好，耐沖擊，性能好，耐沖擊，但切削性能差，但切削性能差，抗膠合性不如錫抗膠合性不如錫青銅。青銅?？鼓z合和耐抗膠合和耐磨性好，允磨性好，允許滑動(dòng)速度許滑動(dòng)速度V V可達(dá)可達(dá)2525m/sm/s，易切削加工，易切削加工，但貴。但貴。1、蝸桿結(jié)構(gòu)、蝸桿結(jié)構(gòu)因直徑小，常與軸制成整體，稱為蝸桿軸。因直徑小，常與軸制成整體，稱為蝸桿軸。無(wú)退刀槽，齒部只無(wú)退刀槽，齒部只能用銑削的方法。能用銑削的方法。有退刀槽，齒部可有退刀槽，齒部可車(chē)可銑，但該結(jié)構(gòu)車(chē)可銑，但該結(jié)構(gòu)剛性稍差。剛性稍差。2、蝸輪結(jié)構(gòu)、蝸輪結(jié)構(gòu)整體式整體式直徑較小時(shí)用。直徑較小時(shí)用。齒圈式齒圈式可節(jié)省貴重材料，用于尺寸不大，溫度變化小的場(chǎng)合?？晒?jié)省貴重材料，用于尺寸不大，溫度變化小的場(chǎng)合。螺栓聯(lián)接式螺栓聯(lián)接式用普通螺栓或鉸制孔螺栓聯(lián)接齒圈與輪芯，裝拆方便，用普通螺栓或鉸制孔螺栓聯(lián)接齒圈與輪芯，裝拆方便， 用于尺寸