08機械設計基礎(chǔ)-蝸桿傳動解析

1、上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章 第章 蝸桿傳動 蝸桿傳動的類型和特點 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算蝸桿傳動的強度計算蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu) 普通圓柱蝸桿傳動的精度等級選擇及其安裝維護上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章（一）教學要求（一）教學要求 1、了解蝸桿傳動特點、類型 2、掌握蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算 3、熟悉普通圓柱蝸桿傳動的正確嚙合條件、 強度計算及熱平衡計算等。 （二）教學的重點與難點（二）教學的重點與難點 重點：普通圓柱蝸桿傳動的幾何參數(shù)計算、 正確嚙合條件、強度計算。 難點：蝸桿傳動的受力分析。 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本

2、章1 1 蝸桿傳動的類型和特點蝸桿傳動的類型和特點 蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成。一般蝸桿為主動件，用于蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成。一般蝸桿為主動件，用于傳遞交錯軸間的運動和動力，通常兩軸交錯角傳遞交錯軸間的運動和動力，通常兩軸交錯角為為9090 。上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章一、蝸桿傳動的類型一、蝸桿傳動的類型 1 1、按蝸桿的外形分類、按蝸桿的外形分類圓圓柱柱蝸蝸桿桿傳傳動動 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章環(huán)環(huán)面面蝸蝸桿桿 錐蝸桿錐蝸桿 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章BACK上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章1.傳動比大：結(jié)構(gòu)緊湊，動力傳動i=7 80；2.傳動平穩(wěn)：連續(xù)的

3、螺旋齒,逐漸進入嚙合和退出，故沖擊小、噪聲低； 3.可自鎖：升角小于當量摩擦角時；4.傳動效率低：滑動速度大，摩擦與磨損嚴重。5. 制造成本較高 ：為了減摩耐磨，通常蝸輪齒圈需要用貴 重的青銅等材料制造，蝸桿則采取淬硬后磨削工藝，因此制造成本較高。6. 不能實現(xiàn)互換： 由于蝸輪是用與其匹配的蝸桿滾刀加工的，因此，僅模數(shù)和壓力角相同的蝸桿與蝸輪是不能任意互換的。二、蝸桿傳動的特點和應用二、蝸桿傳動的特點和應用蝸桿傳動與齒輪傳動相比，具有以下特點： 蝸桿傳動適用于傳動比大、傳遞功率不大且不作長期蝸桿傳動適用于傳動比大、傳遞功率不大且不作長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合。連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合。上頁上頁下頁下頁總目錄總目

4、錄本章本章-2 蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算 一、蝸桿主要參數(shù)及其選擇一、蝸桿主要參數(shù)及其選擇 1 1、模數(shù)、模數(shù)m m和壓力角和壓力角 通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面為中間平面（主平面）。在中間平面上，蝸桿與蝸輪的嚙合相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。（如圖-5）圖圖-上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章 蝸桿傳動的設計計算都是以中間平面內(nèi)的參數(shù)和幾何關(guān)系為標準。在中間平面上，蝸輪與蝸桿的嚙合相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。根據(jù)正確嚙合條件，蝸桿的軸向模數(shù)等于蝸輪的端面模數(shù)；蝸桿的軸向壓力角等于蝸輪的端面壓力角。規(guī)定中間平面上的模數(shù)和壓力角為標準值，則:阿基米德蝸桿傳動的正確嚙合條件mmm

5、2121tata當軸交錯角=90時，還必須讓蝸桿的導程角與蝸輪的螺旋角上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章 在在中間平面，即平面，即蝸桿軸向平面與蝸輪端面的蝸桿軸向平面與蝸輪端面的m m和壓力角和壓力角 相相 等，且為標準值。（見表等，且為標準值。（見表. .）111mzpzLa11111tandmzdmzdL2 2、蝸桿分度圓柱上的導程角、蝸桿分度圓柱上的導程角蝸桿螺旋線的導程為：螺旋升角與導程的關(guān)系： 通常蝸桿螺旋線的升角 ，升角小時傳動效率低，但可實現(xiàn)自鎖；升角大時傳動效率高，但蝸桿的車削加工困難。275 . 3上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章3.蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑d1蝸桿

6、的分度圓直徑：由11111tandmzdmzdLtan11zmd tan11zmdq 當模數(shù)一定時，q值越小，d1越小，升角越大，傳動效率越高，但蝸桿的剛度和強度降低。得（已標準化）直徑系數(shù)： 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章4.蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z1、傳動比、傳動比、蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2蝸桿頭數(shù)z1=14：單頭：易自鎖，效率低，精度高。多頭：，但加工困難，精度降低。一頭兩個頭三個頭上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章傳動比：注意：蝸桿傳動的傳動比僅與蝸桿的頭數(shù)和蝸輪的齒數(shù)有關(guān)，而不等于分度圓直徑之比。1221zznni 為避免蝸輪發(fā)生根切z2應不少于26個齒，但若z2過大，蝸輪直徑增加，相

7、應蝸桿越長，剛度越小。蝸輪齒數(shù)z2 常在2880 范圍內(nèi)選取。蝸輪齒數(shù)：上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章 主要有點蝕、齒根折斷、齒面膠合和磨損。最常見失效是齒面膠合和過度磨損。（1）開式傳動：主要失效是齒面磨損和輪齒折斷。 設計準則：按齒根彎曲疲勞強度設計。（2）閉式傳動：主要失效是膠合、磨損和點蝕。 設計準則：按齒面接觸疲勞強度設計，再校核齒根彎曲疲勞強度，另計算熱平衡和蝸桿剛度。一、蝸桿傳動的失效形式-3 蝸桿傳動的強度計算 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章力的大小力的大小 ：21112atFdTF12222atFdTFtgFFFtrr221圓周力 軸向力 徑向力 二、蝸桿傳動的受

8、力分析二、蝸桿傳動的受力分析上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章Ft主反從同 Fr指向各自的軸線 Fa1蝸桿左、右手螺旋定則 軸向力 徑向力圓周力 蝸輪轉(zhuǎn)向的判別 ： Fa1的反向即為蝸輪的角速度2方向判定蝸輪轉(zhuǎn)向 例1 判定蝸輪轉(zhuǎn)向 例2上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章按主平面內(nèi)斜齒輪與齒條嚙合進行強度計算 校核公式 （二）蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 對于閉式蝸桿傳動，Z280，很少出現(xiàn)蝸輪輪齒折斷，一般無需進行輪齒彎曲疲勞強度計算。 設計公式 定m , q（表） （一）蝸輪齒面接觸疲勞強度計算三、蝸桿傳動的強度計算2222122121500015000dkTddkTH2221215000

9、KTZdmH上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章V蝸輪分度圓圓周速度，m/sv1蝸桿分度圓圓周速度，m/s蝸桿蝸輪齒面間相對滑動速度Vs 較大的VS引起：1、易發(fā)生齒面磨損和膠合 2、如潤滑條件良好 , 有助于形成潤滑油膜，減少摩擦、磨損，提高傳動效率 一、蝸桿傳動的滑動速度一、蝸桿傳動的滑動速度-4 蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算 cos100060cos111ndvvs上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章321由嚙合摩擦損耗所決定的效率 11/()Vtgtg軸承的效率 2蝸桿或蝸輪攪油引起的效率 3 當量摩擦角 查表V蝸桿傳動設計時，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)估取傳動效率 Z1 1， 2， 4， 6

10、效率 0.7， 0.8， 0.9， 0.95二、蝸桿傳動的效率二、蝸桿傳動的效率上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章三、三、 蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑 四、四、 蝸桿傳動的熱平衡計算蝸桿傳動的熱平衡計算原因效率低，發(fā)熱大，溫升高，潤滑油粘度下降, 潤滑油在齒面間被稀釋，加劇磨損和膠合。 設蝸桿傳動功率為設蝸桿傳動功率為P（ K W）,效率為效率為 )1 (10001PH自然冷卻方式，單位時間散熱量為自然冷卻方式，單位時間散熱量為 02ttSKHdKd箱體表面散熱系數(shù) S 箱體散熱面積 t 油的工作溫度 t0環(huán)境溫度 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章達到熱平衡時達到熱平衡時 011000

11、ttSKPd可得到熱平衡時的溫度可得到熱平衡時的溫度 CtCSKPttd80)()1 (10000如如 t 80時措施：時措施： 1 加散熱片以增大散熱面積加散熱片以增大散熱面積 2 蝸桿軸端加風扇，強制風冷卻蝸桿軸端加風扇，強制風冷卻 3 在傳動箱內(nèi)安裝循環(huán)冷卻管路在傳動箱內(nèi)安裝循環(huán)冷卻管路 上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章-5 蝸桿蝸輪常用材料及結(jié)構(gòu)一、蝸桿、蝸輪的材料 針對蝸桿傳動的齒面間有較大的相對滑動，較易出現(xiàn)膠合和磨損的特點，要求蝸桿蝸輪的材料組合不僅要求有足夠的強度，還要求具有良好的減摩耐磨性和抗膠合能性能。1、蝸桿材料、蝸桿材料蝸桿一般采用碳素鋼或合金鋼制造。2、蝸輪材料、

12、蝸輪材料常用的蝸輪材料為鑄錫青銅，例如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5，其抗膠合、減摩及耐磨性能都較好，但價格較貴，因此用于滑動速度較高的場合上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章 二、蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章齒圈式齒圈式整體式整體式蝸輪的結(jié)構(gòu)上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章鑲鑄式鑲鑄式螺栓連接式螺栓連接式BACK上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章-6 蝸桿傳動的精度等級選擇及其安裝維護一、精度選擇：一、精度選擇： 由于蝸桿傳動嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動大，所以制造精度對傳動的影響比齒輪傳動更顯著，因此在同樣場合下，應采用較高的精度。蝸桿傳動規(guī)定了1

13、2級精度。二、蝸桿傳動的安裝與維護二、蝸桿傳動的安裝與維護1、蝸桿、蝸輪的安裝調(diào)整 在蝸桿傳動中，蝸桿中心線位于主平面上，蝸桿與蝸輪中心距應準確，在裝配時，應仔細調(diào)整蝸輪的軸向位置，否則難以正確嚙合，齒面會在短時間內(nèi)嚴重磨損。上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章2、蝸桿傳動的跑合和試運轉(zhuǎn) 蝸桿傳動裝配后，須經(jīng)跑合，以使齒面接觸良好。跑和時采用低速運轉(zhuǎn)，通常 ，逐步加載至額定載荷，跑和1h5h。若發(fā)現(xiàn)蝸桿齒面上粘有青銅，應立即停車，用細砂紙打去，再繼續(xù)跑合。跑和好以后，應清洗全部零件，換新潤滑油，并把此時蝸輪與蝸桿的相對軸向位置打上標記，便于以后拆裝時配對和調(diào)整到位。 min/100min/50

14、1rrn上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章1、蝸桿傳動特點、類型2、蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算3、普通圓柱蝸桿傳動的正確嚙合條件4、普通圓柱蝸桿傳動的受力分析、強度計算及熱平衡計算。 總 結(jié)上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章1、當兩軸線（ ）時，可采用蝸桿傳動。A 平行 B 相交 C 垂直交錯2、在蝸桿傳動中，通常（ ）為主動件。A 蝸桿 B 蝸輪 C 蝸桿蝸輪都可以3、阿基米德蝸桿的（ ）模數(shù)，應符合標準數(shù)值。A 法向 B 端面 C 軸向4、蝸桿傳動自鎖時，應使蝸桿導程角（ ）當量摩擦角。A 大于 B小于 C等于5、起吊重物用的手動蝸桿傳動裝置，應采用（ ）蝸桿。A 單頭、小導程角

15、 B 單頭、大導程角 C 多頭、小導程角 D多頭、大導程角6、計算蝸桿傳動的傳動比時,公式( )是錯誤的。 復習思考題21i21nni12ddi12zziACDB上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章7、為減少蝸輪滾刀數(shù)量，有利于刀具標準化，規(guī)定( )為標準值。A 蝸輪齒數(shù) B 蝸桿頭數(shù) C蝸桿分度圓直徑8、蝸桿傳動中，輪齒承載能力的計算主要針對（ ）來進行。A蝸桿齒面接觸強度和蝸輪齒根彎曲強度 B蝸輪齒面接觸強度和蝸桿齒根彎曲強度 C蝸桿齒面接觸強度和齒根彎曲強度D蝸輪齒面接觸強度和齒根彎曲強度9、蝸桿傳動中，蝸桿常用材料（ ），蝸輪常用材料有（ ）。A 鑄鋁 B碳鋼 C鑄鐵 D黃銅 E錫青銅 F合金鋼 G工程塑料上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章10、在蝸桿傳動中，標準化了的參數(shù)有（ ）。 蝸桿的頭數(shù)蝸輪的齒數(shù)蝸桿的模數(shù)蝸桿的分度圓直徑 蝸桿的導程角蝸桿的壓力角 蝸輪的分度圓直徑11、為使蝸桿傳動具有自鎖性，應采用( )和( )的蝸桿。 單頭 多頭 大導程角 小導程角上頁上頁下頁下頁總目錄總目錄本章本章12、標準蝸桿 傳動的中心距計算公式應力 )(2121zzma)(212zqmaA A B B )(212zqmat)(212zqmanC D 13、蝸桿蝸輪嚙合面間的滑動速度V與蝸桿的圓周速度V1之間有( )關(guān)系A(chǔ) V=V1 B VV1 C VV1 D V