第11章 蝸桿傳動

§11-1蝸桿傳動概述§11-2蝸桿傳動的主要參數(shù)與幾何尺寸§11-3蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算§11-5蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)§11-4圓弧圓柱蝸桿傳動簡介第十一章蝸桿傳動教學(xué)時數(shù)：2學(xué)時教學(xué)目的與要求：使學(xué)生了解蝸桿傳動的應(yīng)用特點(diǎn)，蝸桿傳動的主要參數(shù)及尺寸計(jì)算；正確選擇蝸桿、蝸輪的材料，結(jié)構(gòu)與潤滑；熟練掌握蝸桿傳動的力分析和效率計(jì)算；熟練掌握蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算及熱平衡計(jì)算。教學(xué)內(nèi)容：蝸桿傳動的生成、類型和嚙合性能；蝸桿、蝸輪材料的選擇，蝸桿傳動潤滑的選擇，普通圓柱蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算與熱平衡計(jì)算、溫度計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)：蝸桿、蝸輪材料的選擇，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，載荷系數(shù)，強(qiáng)度計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：蝸桿傳動的受力分析與效率。蝸桿傳動用于傳遞空間交錯兩軸之間的運(yùn)動和動力。交錯角一般為90°。第一節(jié)

蝸桿傳動概述1．傳動比大，一般i=10~80，最大可達(dá)1000；2．重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；4．齒面的相對滑動速度大，效率低；主要用于中小功率，間斷工作的場合。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。一、蝸桿傳動的特點(diǎn)：3．結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖；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，加工出的蝸桿的齒廓形狀不同。蝸桿傳動的類型蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時嚙合的齒數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；重合度大；承載能力和效率較高。阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）（圖11-2a）

漸開線蝸桿

（ZI蝸桿）（圖11-2b）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）（圖11-2a）

普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動

圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動（圖11-1a）（圖11-1b）（圖11-1c）二、蝸桿傳動的類型本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。三、蝸桿傳動的精度等級分為12個精度等級，常用5～9級，精度等級的選擇參見表11-1。第二節(jié)

蝸桿傳動的主要參數(shù)與幾何尺寸1.

模數(shù)m和齒形角a在主平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪的模數(shù)相等且為標(biāo)準(zhǔn)值，見表11-2。2.

蝸桿分度圓直徑d1

和直徑系數(shù)q蝸桿分度圓直徑

d1為標(biāo)準(zhǔn)值，見表11-2。詳細(xì)內(nèi)容主平面：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。是蝸桿的軸面是蝸輪的端面ZA蝸桿傳動在主平面內(nèi)，相當(dāng)于漸開線齒條與齒輪的嚙合。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在主平面內(nèi)確定。即mx1=mt2=m即：q=d1／md1與模數(shù)m

的比值稱為蝸桿直徑系數(shù)q。阿基米德蝸桿的軸面齒形角αx1＝20°法向直廓蝸桿的法向齒形角αn1＝20°d1

=q

m是導(dǎo)出值一、蝸桿傳動的主要參數(shù)主平面β

（Z1與Z2的薦用值表）(蝸桿頭數(shù)與傳動效率關(guān)系)4.

蝸桿的頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z23.

蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角g

z1↑→g↑→效率η↑，但加工困難。正確嚙合條件：mx1=mt2γ1＝β2（蝸輪、蝸桿旋向相同）αx1=αt2

z1↓→傳動比i↑，但傳動效率η↓。常取，z1＝1，2，4，6。可根據(jù)傳動比選取，見表11-3。

z2=iz1

。如z2太小，將使傳動平穩(wěn)性變差。如z2太大，蝸輪直徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。

一般z2＝32～80d1γ5.

傳動比i6.

中心距

中心距的常用值見P203。二、蝸桿傳動的變位變位：即加工蝸輪時，改變刀具的位置。而蝸桿相當(dāng)于刀具。故，只是蝸輪變位，而蝸桿不變位。即蝸輪尺寸變化，蝸桿尺寸不變。但是，變位以后，蝸桿的節(jié)圓改變，而蝸輪的節(jié)圓永遠(yuǎn)與分度圓重合。變位的目的：調(diào)整中心距和傳動比調(diào)整中心距所需變位系數(shù)：常?。?.5≤x≤0.5三、蝸桿傳動的幾何尺寸見表11-4和圖11-4。(d1=qm≠z1m)(d2=z2m)(圖11-3)適用于齒面滑動速度較高的傳動。第三節(jié)

蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算一、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和常用材料1.主要失效形式：蝸輪齒面的膠合、磨粒磨損（最終導(dǎo)致斷齒）等。3.常用材料蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼。按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式傳動：開式傳動：通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。錫青銅：鋁青銅：灰鑄鐵：蝸輪常用材料有：≤8m/s的場合。（抗膠合能力差）≤2m/s的場合。（抗膠合能力強(qiáng)，抗點(diǎn)蝕能力差）二、蝸桿傳動的受力分析輪齒所受的法向力Fn，可分解為：切向力Ft

、徑向力Fr

、軸向力Fx。蝸桿傳動受力方向判斷在不計(jì)摩擦力時，有以下關(guān)系：式中：α

n－蝸輪的法向壓力角，T2－蝸輪的轉(zhuǎn)矩，蝸桿傳動強(qiáng)度計(jì)算右旋求蝸桿的旋向？Fx1求蝸桿的轉(zhuǎn)向？練習(xí)三、蝸桿傳動的承載能力計(jì)算1.蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“點(diǎn)蝕”和“膠合”失效。強(qiáng)度條件：≤以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力σH。校核式：≤式中：ZE－彈性系數(shù)；T2－蝸輪的工作轉(zhuǎn)矩（N.mm)；－蝸輪的許用接觸應(yīng)力（MPa)。K－載荷系數(shù)，KA－工作情況系數(shù)；－動載荷系數(shù)；－齒向載荷分布系數(shù)；設(shè)計(jì)式：≥注：1）的值根據(jù)z1查表。將d1＝mq和d2＝mz2代入校核式整理得2）設(shè)計(jì)中，根據(jù)由上式計(jì)算的值，查表確定標(biāo)準(zhǔn)的m和q。2.蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“疲勞斷齒”。強(qiáng)度條件：≤校核式：≤式中：YF－齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)；－螺旋角系數(shù)，－蝸輪的許用彎曲應(yīng)力（MPa)。設(shè)計(jì)式：≥注：設(shè)計(jì)中，根據(jù)由上式計(jì)算的值，查表確定標(biāo)準(zhǔn)的m和q。四、蝸桿傳動的效率式中：h1─嚙合效率；h2─軸承的效率；h3─考慮攪油損耗的效率；

Z1↑→γ↑→η↑嚙合效率η1與蝸桿頭數(shù)z1的近似關(guān)系由表可得。式中：g

－蝸桿的導(dǎo)程角；′－當(dāng)量摩擦角。滑動速度↑，則′↓

為什么？滑動速度：五、蝸桿傳動的潤滑目的：減摩、散熱。潤滑油粘度及給油方式潤滑油一般根據(jù)相對滑動速度選擇潤滑油的粘度和給油方法，見表11-13。詳細(xì)介紹蝸桿下置時，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個齒高；蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/6～1/3。

給油方法：油池潤滑：噴油潤滑六、蝸桿傳動的熱平衡由于η

低，運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生熱量多，導(dǎo)致溫度升高，破壞潤滑狀態(tài)，從而使摩擦增大，甚至發(fā)生膠合。為控制溫升，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡：在單位時間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。

即（a－傳動的中心距）有散熱片時：油的溫升：＜55～70℃h－表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，一般取h＝(12~18)W/(m2?℃)；A

－箱體的散熱面積(m2)，可按下式近似計(jì)算，t1－潤滑油的工作溫度(℃)；通常取

t1＝

20℃

式中：P1－傳動的輸入功率（kW)；t0－環(huán)境溫度(℃)。摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)的熱量七、蝸桿傳動的散熱措施自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：1）在箱體外表面加散熱片以增大散熱面積。

2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通。3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。4）采用壓力噴油循環(huán)潤滑（安裝散熱器）。傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動箱外裝循環(huán)冷卻器第五節(jié)

蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個整體（蝸桿軸）。無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。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。虛擬現(xiàn)實(shí)中的蝸桿當(dāng)蝸桿的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。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，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪

組合式蝸輪1.為什么連續(xù)傳動的閉式蝸桿傳動必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算？可采用哪些措施改善散熱條件？2.寫出蝸桿傳動的熱平衡條件式，并說明式中各符號意義。3.圖示蝸桿傳動均是以蝸桿為主動件。試在圖上標(biāo)出蝸輪(或蝸桿)的轉(zhuǎn)向，蝸輪齒的螺旋線方向，蝸桿、蝸輪所受各分力的方向。

本章思考題4.為何常以蝸桿為主動件?蝸輪能否作為主動件?5.若按圖示方向轉(zhuǎn)動蝸桿，提升重物G.(1)蝸桿和蝸輪齒的旋向；(2)蝸輪所受作用力的方向(畫出)；(3)提升或降下重物時，蝸輪齒面是單側(cè)受載還是雙側(cè)受載?6.選擇蝸桿、蝸輪材料的原則是什么?7.動力蝸桿傳動