機(jī)械設(shè)計第九章蝸桿傳動

1、第第9章章 蝸桿傳動蝸桿傳動 蝸桿傳動主要由蝸桿和蝸輪組成，蝸桿傳動用于傳蝸桿傳動主要由蝸桿和蝸輪組成，蝸桿傳動用于傳遞空間交錯成遞空間交錯成90 的兩軸之間的運(yùn)動和動力，通常蝸桿的兩軸之間的運(yùn)動和動力，通常蝸桿為主動件。與其他機(jī)械傳動比較，蝸桿傳動具有為主動件。與其他機(jī)械傳動比較，蝸桿傳動具有傳動比傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲較小大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲較小等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器和儀器中。應(yīng)用于各種機(jī)器和儀器中。 蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿機(jī)械中常用的為普通圓柱蝸桿傳動。本章主要討機(jī)械中常用的為普通圓柱蝸桿傳動。本章主要討論這種蝸桿傳動。論這種蝸桿傳動。蝸桿傳動有：蝸

2、桿傳動有：環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動、圓弧圓柱蝸桿傳動桿傳動、圓弧圓柱蝸桿傳動等。等。根據(jù)蝸桿螺旋面的形狀，可分為根據(jù)蝸桿螺旋面的形狀，可分為阿基米德蝸桿、阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿及延伸漸開線蝸桿漸開線蝸桿及延伸漸開線蝸桿等三種。由于等三種。由于阿基米德蝸阿基米德蝸桿容易加工制造，應(yīng)用最廣桿容易加工制造，應(yīng)用最廣，其他蝸桿還有：其他蝸桿還有：錐面包絡(luò)錐面包絡(luò)圓柱蝸桿、法向直廓蝸桿圓柱蝸桿、法向直廓蝸桿等。等。如圖所示，通如圖所示，通過蝸桿軸線并與蝸輪過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面，稱軸線垂直的平面，稱為為中間平面中間平面。9.1 蝸桿傳動的正確嚙合條件蝸桿傳動的正確嚙合條件（

3、1）在中間平面內(nèi)，蝸桿的軸向模數(shù)在中間平面內(nèi)，蝸桿的軸向模數(shù) ma1 與蝸輪的端面與蝸輪的端面模數(shù)模數(shù) mt2 必須相等。必須相等。（2）蝸桿的軸向壓力角蝸桿的軸向壓力角 a1 與蝸輪的端面壓力角與蝸輪的端面壓力角 t2 必必須相等。須相等。（3）兩軸線交錯角為兩軸線交錯角為90 時，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角時，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角 應(yīng)等于蝸輪分度圓柱上的螺旋角應(yīng)等于蝸輪分度圓柱上的螺旋角 ，且兩者的旋向相同。，且兩者的旋向相同。從而可得蝸桿傳動的正確嚙合條件為：從而可得蝸桿傳動的正確嚙合條件為：9.2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算 加工蝸輪

4、的滾刀，其參數(shù)（加工蝸輪的滾刀，其參數(shù)（m、 、z1）和分度圓）和分度圓直徑直徑 d1 必須與相應(yīng)的蝸桿相同，故必須與相應(yīng)的蝸桿相同，故 d1 不同的蝸桿，必不同的蝸桿，必須采用不同的滾刀。須采用不同的滾刀。為減少滾刀數(shù)量并便于刀具的標(biāo)準(zhǔn)為減少滾刀數(shù)量并便于刀具的標(biāo)準(zhǔn)化，制定了蝸桿分度圓直徑的標(biāo)準(zhǔn)系列化，制定了蝸桿分度圓直徑的標(biāo)準(zhǔn)系列當(dāng)當(dāng) m 一定時，一定時，q 增大，則增大，則 d1 變大，蝸桿的剛度和變大，蝸桿的剛度和強(qiáng)度相應(yīng)提高。強(qiáng)度相應(yīng)提高。 表示蝸桿直徑系數(shù)，表示蝸桿直徑系數(shù)，表示蝸桿分度圓直徑與模數(shù)的比表示蝸桿分度圓直徑與模數(shù)的比。mdq1蝸桿傳動的受力分析與蝸桿傳動的受力分析與斜

5、齒圓柱齒輪相似。齒面上的斜齒圓柱齒輪相似。齒面上的法向力法向力Fn 可分解為三個相互垂可分解為三個相互垂直的分力：直的分力：圓周力圓周力 Ft ，徑向力，徑向力 Fr 和軸向力和軸向力 Fa ，如圖所示。，如圖所示。由于蝸桿軸與蝸輪軸交錯成由于蝸桿軸與蝸輪軸交錯成 90 角，所以角，所以蝸桿圓周力蝸桿圓周力 Ft1 等于蝸輪軸向等于蝸輪軸向力力Fa2，蝸桿軸向力蝸桿軸向力 Fa1等于蝸輪圓周等于蝸輪圓周力力 Ft2，蝸桿徑向力蝸桿徑向力Fr1等于蝸輪徑向力等于蝸輪徑向力 Fr2，即即9.3.1 蝸桿傳動的受力分析和計算載荷蝸桿傳動的受力分析和計算載荷Fa2Ft122Ft2Fa1Fr2Fr1FT

6、21121atdF-F22212atdTF-Ftan221trrFF- 如圖所示，蝸桿傳動即使如圖所示，蝸桿傳動即使在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)C處嚙合，齒廓之間也處嚙合，齒廓之間也有較大的相對滑動。設(shè)蝸桿的有較大的相對滑動。設(shè)蝸桿的圓周速度為圓周速度為 v1，蝸輪的圓周，蝸輪的圓周速度為速度為 v2，v1和和v2 呈呈90 角，角，而使齒廓之間產(chǎn)生很大的相對而使齒廓之間產(chǎn)生很大的相對滑動，相對滑動速度滑動，相對滑動速度 vs 為為 cos12221vvvvS9.3.2 蝸桿傳動的滑動速度蝸桿傳動的滑動速度 由圖可見，相對滑動速度由圖可見，相對滑動速度 vs 沿蝸桿螺旋線方向。沿蝸桿螺旋線方向。齒廓之間的相對

7、滑動引起磨損和發(fā)熱，導(dǎo)致傳動效率降齒廓之間的相對滑動引起磨損和發(fā)熱，導(dǎo)致傳動效率降低。低。為蝸桿的導(dǎo)程角為蝸桿的導(dǎo)程角2 22 2vSv1v21 12d1d 由于蝸桿傳動的相對滑動速度大，因摩擦引起的由于蝸桿傳動的相對滑動速度大，因摩擦引起的發(fā)熱量大、效率低，故發(fā)熱量大、效率低，故主要失效形式為膠合，其次才是主要失效形式為膠合，其次才是點(diǎn)蝕和磨損點(diǎn)蝕和磨損。9.3 蝸桿傳動強(qiáng)度計算蝸桿傳動強(qiáng)度計算9.3.1 蝸桿傳動的主要失效形式蝸桿傳動的主要失效形式 選用蝸桿傳動材料時不僅要滿足強(qiáng)度要求，更重選用蝸桿傳動材料時不僅要滿足強(qiáng)度要求，更重要的是具有良好的減摩性、抗磨性和抗膠合的能力。蝸要的是具有

8、良好的減摩性、抗磨性和抗膠合的能力。蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制造。對于高速重載的蝸桿，桿一般用碳素鋼或合金鋼制造。對于高速重載的蝸桿，可用可用 15Cr，20Cr，20CrMnTi 和和 20MnVB 等，經(jīng)滲碳等，經(jīng)滲碳淬火至硬度為淬火至硬度為5663HRC，也可用，也可用40、45、40Cr、40CrNi等經(jīng)表面淬火至硬度為等經(jīng)表面淬火至硬度為 4550HRC。9.4 蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu)9.4.1 蝸桿傳動的材料蝸桿傳動的材料 對于不太重要的傳動及低速中載蝸桿，常用對于不太重要的傳動及低速中載蝸桿，常用45、40 等鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理，硬度為等鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理，硬度為 220230HBS。蝸桿傳動工作時，功率的損耗有三部分：輪齒嚙蝸桿傳動工作時，功率的損耗有三部分：輪齒嚙合損耗、軸承摩擦損耗和箱體內(nèi)潤滑油攪動的損耗。合損耗、軸承摩擦損耗和箱體內(nèi)潤滑油攪動的損耗。所以蝸桿傳動的總效率為：所以蝸桿傳動的總效率為： = 1 2 3 （8-8）式中：式中： 1 為輪齒嚙合效率；為輪齒嚙合效率； 2 為軸承摩擦損耗效率；為軸承摩擦損耗效率； 3 為攪油損耗效率。為攪油損耗效