第十一章蝸桿傳動(dòng)

1、第十一章 蝸桿傳動(dòng)11-1 蝸桿傳動(dòng)概述11-2 蝸桿傳動(dòng)的類型11-3 普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸11-4 普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算11-5 普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡11-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？電機(jī)工作機(jī)蝸桿傳動(dòng)概述蝸桿傳動(dòng)是一種在空間交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。蝸桿傳動(dòng)概述蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有：1傳動(dòng)比大，一般為i=580，大的可達(dá)300以上；2重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；3摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式；4傳動(dòng)效率低，具有自鎖性時(shí)，效率通常低于50%。由于上述特點(diǎn)，蝸桿傳動(dòng)主要用于運(yùn)動(dòng)傳遞，而在動(dòng)力傳輸中的應(yīng)用受到限制。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展和新型蝸桿傳動(dòng)技術(shù)的不斷出

2、現(xiàn)，蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)得到進(jìn)一步的發(fā)揚(yáng)，而其缺點(diǎn)得到較好地克服。因此蝸桿傳動(dòng)已普遍應(yīng)用于各類運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳動(dòng)裝置中。（虛擬現(xiàn)實(shí)中的蝸桿傳動(dòng)） 其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。阿基米德蝸桿漸開線蝸桿法向直廓蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿蝸桿傳動(dòng)的類型蝸桿傳動(dòng)的類型圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時(shí)嚙合齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；同時(shí)嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大(10360

3、)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。 注意：蝸桿傳動(dòng)類型選擇的原則普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸1普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸一、模數(shù)m和壓力角a蝸桿與蝸輪嚙合時(shí)，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即 ma1= mt2 = m aa1= at2二、蝸桿的分度圓直徑d1由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數(shù)m的比值(q= d1/m)稱為蝸桿的直徑系數(shù)。三、蝸桿的頭數(shù)z1較少的蝸桿頭數(shù)（如：?jiǎn)晤^蝸桿）可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，但傳動(dòng)效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但蝸桿頭數(shù)

4、過多時(shí)不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。 (蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān)系)詳細(xì)內(nèi)容 普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸2普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸四、導(dǎo)程角g1111tanz mz mddg在m和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，z1g五、傳動(dòng)比 i六、蝸輪齒數(shù)z21221zznni蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動(dòng)比，即z2= i z1 。 z2不宜太?。ㄈ鐉226)，否則將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。 z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時(shí)，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。 （Z1與Z2的薦用值表）七、中心距mzqdda)(21)(21221正確嚙合時(shí)，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且g1b212ddd1(分度圓周

5、長)gmz1m 思考題：圓柱蝸桿傳動(dòng)正確嚙合的條件是什么？在中間平上，即蝸桿的軸向模數(shù)ma1等于蝸輪的端面模數(shù)mt2；蝸桿的軸面壓力角aa1等于蝸輪的端面壓力角at2，并且模數(shù)和壓力角均為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸輪導(dǎo)程角g等于蝸輪的螺旋角b，且螺旋線的方向相同；即ma1=mt2=m，aa1=at2=a，g=b2 普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算1普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式蝸桿傳動(dòng)的主要問題是摩擦磨損嚴(yán)重，這是設(shè)計(jì)中要解決的主要問題。蝸輪磨損、系統(tǒng)過熱、蝸桿剛度不足是主要的失效形式。二、蝸桿傳動(dòng)的常用材料三、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蝸桿的剛度計(jì)算 防止蝸桿剛度不足引起的失效。

6、蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算防止齒面過度磨損引起的失效。傳動(dòng)系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算 防止過熱引起的失效。 為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。 高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。 低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。 蝸輪常用材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵等。 普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算2普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算四、蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相同，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 11a2t12dTFF22

7、t2a12dTFFatant2r2r1FFFgacoscos2n22ndTF 在不計(jì)摩擦力時(shí)，有以下關(guān)系：習(xí)題1：標(biāo)出圖中未注明的蝸桿或蝸輪輪齒螺旋線方向及轉(zhuǎn)動(dòng)方向（均為蝸桿主動(dòng)），畫出蝸桿和蝸輪受力的作用點(diǎn)及三個(gè)分力（用箭頭表示）普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算習(xí)題2：如圖所示，有一手動(dòng)絞車采用蝸桿傳動(dòng)。已知：模數(shù)m=8，螺桿頭數(shù)z1=1，蝸桿分度圓直徑d1=80mm，蝸輪齒數(shù)z2=40，卷筒直徑D=200mm，傳動(dòng)效率h=0.45。試求：（1）欲使重物FW上升1m，手柄應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？并在圖上標(biāo)出手柄轉(zhuǎn)的方向。（2）若起重量FW=104N，人手推力F=200N，手柄長L為多少？（3）按起重量FW=1

8、04N確定在節(jié)點(diǎn)C處各分力的大小和方向。普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)能力計(jì)算1.蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算：22212480HHKTd m z22122480Hm dKTz當(dāng)蝸輪材料為強(qiáng)度極限B5m/s。7級(jí)精度常用于運(yùn)輸和一般工業(yè)中的中等速度（v27.5m/s）的動(dòng)力傳動(dòng)。8級(jí)精度常用于每晝夜只有短時(shí)工作的次要的低速（v23m/s）傳動(dòng)。y許用最大擾度，y=d1/1000普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤滑與熱平衡1普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡一、蝸桿傳動(dòng)的效率h1計(jì)及嚙合摩擦損耗的效率；321hhhhh2計(jì)及軸承摩擦損耗的效率；h3計(jì)及濺油損耗

9、的效率；h1是對(duì)總效率影響最大的因素，可由下式確定：1vtantan()ghg11tandmzg因?yàn)樗?z1gh效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為：蝸桿頭數(shù)總 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95式中：g蝸桿的導(dǎo)程角；v當(dāng)量摩擦角?；瑒?dòng)速度vs為11 1cos60 1000cossvd nvgg普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤滑與熱平衡2普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡二、蝸桿傳動(dòng)的潤滑潤滑的主要目的在于減摩與散熱。具體潤滑方法與齒輪傳動(dòng)的潤滑相近。 潤滑油 潤滑油粘度及給油方式 潤滑油量潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件選用。潤滑油一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類型進(jìn)行選擇。給油方法包

10、括：油池潤滑、噴油潤滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端，而且要控制一定的油壓。詳細(xì)介紹潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。對(duì)于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。 普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤滑與熱平衡3普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡由于傳動(dòng)效率較低，對(duì)于長期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會(huì)破壞潤滑狀態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：)1 (10001hP自然冷卻從箱壁散去的熱量為：2doa()S tta在

11、熱平衡條件下可得：oad1000 (1)PttShadoa1000 (1)()PSttha可用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算，一般to7080 可用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)式中：ad箱體表面的散熱系數(shù)，可取ad (8.1517.45)W/(m2)；S 箱體的可散熱面積(m2)；t0 潤滑油的工作溫度()；ta 環(huán)境溫度()。 普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤滑與熱平衡4普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡四、蝸桿傳動(dòng)的散熱措施當(dāng)自然冷卻的熱平衡溫度過高時(shí)，可采用以下措施：1. 加散熱片以增大散熱面積或在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通。散熱片濺油輪風(fēng)扇過濾網(wǎng)集氣罩空氣流空氣流 普通蝸桿傳動(dòng)的效率潤滑與熱平衡5普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡2. 加冷卻管路或散熱器冷卻。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 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。 無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅