第八章蝸桿傳動

高等職業(yè)教育機械類專業(yè)

核心技術(shù)課程機械設(shè)計基礎(chǔ)

浙江機電職業(yè)技術(shù)學院胡家秀

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院徐剛濤教學課件編創(chuàng)制作第八章蝸桿傳動第一節(jié)概述第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸〇第三節(jié)蝸桿傳動的失效形式、材料和精度第四節(jié)蝸桿傳動的強度計算⊙第五節(jié)蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算第六節(jié)蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述

蝸桿傳動是特殊的交錯軸斜齒輪傳動（螺旋齒輪傳動），其特殊點表現(xiàn)在以下幾點：1.交錯軸的軸交角Σ=β1＋β２＝90°。2.小斜齒輪齒數(shù)很小，一般z1=(1～４），呈桿狀，因此稱為蝸桿。蝸桿螺旋角β1很大，為方便應用時取其余角γ，稱為導程角。

γ角的范圍一般為3.5°～33°。3.大斜齒輪齒數(shù)可取得相對多，一般

z2≥28，其螺旋角β2很?。粸楦纳苽鲃咏佑|情況和便于準確安裝，其齒頂制成弧形，是為蝸輪。一、蝸桿傳動的特點與應用蝸桿傳動的特點二、蝸桿傳動的類型1.按蝸桿形狀:阿基米德蝸桿（ZA）漸開線蝸桿(ZI)法向直廓蝸桿(ZN)錐面包絡(luò)蝸桿(ZK)圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動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，這種蝸桿同時嚙合齒數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大(10~360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。2.按輪齒旋向：左旋、右旋3.按工作條件：閉式、開式、半開半閉4.按蝸桿頭數(shù)：單頭、多頭普通圓柱蝸桿傳動線的法向剖面內(nèi)，端面齒廓為延伸漸開線加工較簡便，利于加工多頭蝸桿．可用砂輪磨齒。其加工精度和表面質(zhì)量容易保證，常用于機床的多頭精密蝸桿傳動。3.漸開線蝸桿[ZI蝸桿]，刀具切削刃平面與基圓柱相切，端面齒廓為漸開線。制造精度、表面質(zhì)量、傳動精度及傳動效率較高、適用于成批生產(chǎn)和大功率、高速、精密傳動。

1.阿基米德蝸桿[ZA蝸桿]，切削刃平面通過蝸桿軸線，端面齒廓為阿基米德螺旋線，蝸桿車制簡便，故傳動精度和傳動效率較低．蝸桿頭數(shù)多時車削較困難。

2.法向直廓蝸桿[ZN蝸桿]，切削刃置于齒槽中線（或齒厚中線）處螺旋圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿軸向齒廓為凹圓弧形，相配蝸輪齒廓為凸圓弧形。中間平面內(nèi)，蝸桿與蝸輪間形成凹凸齒廓嚙合。圓弧圓柱蝸桿傳動具有：效率高（達90以上），承載能力大（約為普通圓柱蝸桿傳動的1.5～2.5倍），傳動比范圍大、體積小等優(yōu)點。適用于高速重載傳動，正在逐漸取代普通圓柱蝸桿傳動。環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動與圓柱蝸桿傳動比較，具有下列特點：l）輪齒間具有較好的油膜形成條件，因而抗膠合的承載能力和效率都較高；2）同時接觸的齒數(shù)較多，因而其承載能力為圓柱蝸桿傳動的1.5～4；3）制造和安裝較復雜，對精度要求較高；4）需要考慮冷卻方法。錐面蝸桿傳動錐面鍋桿傳動的特點是：1）嚙合齒數(shù)多，重合度大，傳動平穩(wěn)，承載能力高；2）蝸輪能用淬火鋼制造，可以節(jié)約有色金屬。第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸mt1=mt2=mαt1=αt2=αβ2=γ1.模數(shù)m與壓力角α以普通蝸桿傳動為例，

GB10088—88將中間平面的蝸桿軸向模數(shù)mx1和壓力角αx1規(guī)定為標準值，因此蝸桿傳動的正確嚙合條件一、主要參數(shù)2.蝸桿的導程角γ3．蝸桿分度圓直徑d1

為了減少蝸輪滾刀數(shù)量，規(guī)定蝸桿分度圓直徑d1為標準值在蝸桿軸剛度允許的情況下，設(shè)計蝸桿傳動時，要求傳動效率高時，dl可選小值；而當要求強度和剛度大時，d1選大值。4．蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動比i蝸桿頭數(shù)z1的選擇：z1

，則傳動效率η，加工難度增加，一般取z1=（1～4）。大傳動比設(shè)計時用單頭蝸桿。蝸輪齒數(shù)z2的選擇：根據(jù)傳動比i和蝸桿頭數(shù)z1決定：z2=iz1，動力傳遞時取大值，以利平穩(wěn)性，z2不應少于28；另一方面蝸輪齒數(shù)多，蝸輪尺寸越大，蝸桿軸越長，因而剛度越小，影響蝸桿傳動的嚙合精度，因此一般z2不大于100。蝸桿傳動的傳動比i=z2/z1≠d2／d1，蝸桿傳動減速器的傳動比公稱值已形成系列。二、蝸桿傳動的幾何尺寸圓柱蝸桿傳動主要幾何尺寸的計算公式見表8-4。〇第三節(jié)蝸桿傳動的失效形式、材料和精度一、蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計準則失效形式與齒輪類似，有齒面疲勞點蝕、膠合、磨損與輪齒折斷。與圓柱齒輪傳動比較：

相對滑動速度vs較大，太因而溫升高，效率低，更容易出現(xiàn)膠合和磨位磨損。在潤滑及散熱不良時，閉式傳動易出現(xiàn)膠合，蝸輪齒面軟，出現(xiàn)溝痕。蝸輪輪齒的磨損比齒輪傳動嚴重。二、蝸桿蝸輪常用材料及熱處理

傳動副材料優(yōu)化匹配:

蝸桿，鋼制，常淬硬并磨制，以提高其強度與剛度；蝸輪齒圈，常采用青銅（低速時用鑄鐵）。蝸桿材料選擇:(1)一般不重要的蝸桿用45鋼調(diào)質(zhì)處理。(2)高速、重載但載荷平穩(wěn)時用碳鋼、合金鋼，表面淬火處理。(3)高速、重且載荷變化大時，可采用合金鋼經(jīng)滲碳淬火處理。蝸輪材料選擇:(1)相對滑動速度vs≤25m/s的高速重要蝸桿傳動,錫青銅。(2)vs≤10m/s的蝸桿傳動，鑄鋁青銅。（3）vs＜2m/s的低速、輕載、不重要的蝸桿傳動，灰鑄鐵。

三、蝸桿傳動的精度等級

按GB100089-88的規(guī)定，蝸桿傳動的精度有12個精度等級，1級最高，12級最低。對于傳遞動力用的蝸桿傳動，一般可按照6～9級精度制造，6級用于蝸輪速度較高的傳動，9級用于低速及手動傳動。具體可根據(jù)表8-8選取。分度機構(gòu)、測量機構(gòu)等要求運動精度高的傳動，要按照5級或5級以上的精度制造。

第四節(jié)蝸桿傳動的強度計算

一、蝸桿傳動的受力分析Ft1=-Fa2=2T1/d1Fa1=-Ft2=-2T2/d2Fr1=-Fr2=-Ft2tanα——T1、T2分別為作用在蝸桿和蝸輪上的轉(zhuǎn)矩（N·mm），T2=T1iη；η為蝸桿傳動的效率。蝸桿和蝸輪受力方向判別（左右手法則）右旋蝸桿，用右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)動方向握住，大拇指指向即為蝸桿軸向分力Fa1的方向。左旋蝸桿，用左手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)動方向握住，大拇指指向即為蝸桿軸向分力Fa1的方向。

二、蝸桿傳動的強度計算

（一）蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸桿傳動如同斜齒輪與齒條嚙合，沿用赫茲公式，得：校核公式設(shè)計公式T2為蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·mm）；K為載荷因數(shù)，一般取

K=l～1.4，當載荷平穩(wěn)，蝸輪圓周速度v2≤3m/s，7級精度以上時取較小值，否則取較大值；d1、d2分別為蝸桿和蝸輪分度圓直徑（mm）；z2為蝸輪齒數(shù)；γ為蝸桿導程角（°），見表8-2；[σH]為蝸輪材料的許用接觸應力（MPa）。（一）蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算

1.64KT2

校核公式

σbb=YFSYβ

≤[σbb]d1d2m

1.64KT2設(shè)計公式

m2d1≥YFS

Yβ

z2[σbb]YFS為螺旋角因數(shù)，Yβ為蝸輪復合齒形因數(shù)，按當量齒數(shù)查圖6-39；d1、d2分別為蝸桿和蝸輪分度圓直徑（mm）；[σbb]為蝸輪材料的許用彎曲應力（MPa），其值由表8-6查得

⊙第五節(jié)蝸桿傳動的效率、潤滑和熱

平衡計算

一、蝸桿傳動的效率

蝸桿傳動的效率相對圓柱齒輪傳動低得多，因此提高傳動的效率具有特別重要的意義。蝸桿傳動總效率η的計算η1——考慮輪齒嚙合齒面間摩擦損失時的效率,η1=tanγ/

tan（γ+ρv）；η2——考慮油的攪動和飛濺損耗時的效率；η3——考慮軸承摩擦損失時的效率。由于攪油損耗與軸承摩擦損失功率不大，一般取η2η3=0.95～0.97。η=η1η2η3

二、蝸桿傳動的潤滑

閉式蝸桿傳動應采用粘度高，油性好的礦物油，并適當加些極性添加劑，保證良好的潤滑。開式蝸桿傳動應采用脂潤滑或油潤滑，并采取措施防止灰塵、水滴浸入，否則會惡化潤滑條件，加快磨損

三、蝸桿傳動的熱平衡計算

計算原則：使箱體保持在一定溫度水平t1，使蝸桿傳動產(chǎn)生的熱量與箱體散發(fā)的熱量達到平衡狀態(tài)。蝸桿傳動轉(zhuǎn)化為熱量所消耗的功率Ps＝1000（1-η）P1

箱體散發(fā)熱量的相當功率Pc

＝KA（t1-t2）平衡時Ps＝Pc；則t1=

1000（1-η）P1/KA+

t2

≤[t1]

K為散熱系數(shù)，[W／（m2·℃）]；

A為散熱面積（m2），A=A1+0.5A2，Al指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁能被油飛濺到的箱殼面積，A2指箱體的