任務(wù)4.4 蝸桿傳動的分析與選擇

《機械分析與設(shè)計基礎(chǔ)》

情境4常用機械傳動的分析與設(shè)計任務(wù)4.4蝸桿傳動的分析與選擇1.任務(wù)條件

已知蝸輪蝸桿減速器示意圖、明細表、基本參數(shù)和技術(shù)要求見書表4-4-0示。2.任務(wù)要求

按任務(wù)條件，分析表4-4-0中圖樣所示的蝸輪蝸桿減速器的蝸桿傳動，回答下列問題：（1）減速器的速比、額定轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和中心距是多少？（2）蝸桿和蝸輪采用的是何種材料，從經(jīng)濟的角度選擇蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)？（3）減速器采取何種潤滑和密封方式？【下達任務(wù)】蝸輪蝸桿減速器

【能力目標(biāo)】

1.學(xué)會分析和選擇蝸桿傳動。2.學(xué)會蝸桿傳動的應(yīng)用。4

知識導(dǎo)航

【問題提出】齒輪傳動的類型有哪些？

答案：1.平行軸之間的傳動：圓柱齒輪傳動。

2.相交軸之間的傳動：圓錐齒輪傳動

那么，交錯軸之間的運動用什么來傳遞運動和動力呢？蝸輪蝸桿減速機

交錯軸之間的運動用蝸輪蝸桿減速器來傳遞運動和動力呢。

蝸桿傳動的圖片4.4.1蝸桿傳動的組成

蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成。一般蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。用于傳遞交錯軸間的回轉(zhuǎn)運動和動力，通常兩軸交錯角∑為90?

。4.4.2蝸桿傳動的特點1.蝸桿傳動的最大特點是結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大。2.傳動平穩(wěn)、噪聲小。3.可制成具有自鎖性的蝸桿。4.蝸桿傳動的主要缺點是效率較低。5.蝸輪的造價較高。

通常在滾齒機上用蝸輪滾刀或飛刀加工成形。4.4.3蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿延伸漸開線蝸桿

蝸桿傳動按照蝸桿的形狀不同，可分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐面蝸桿傳動三種類型。圓柱蝸桿機構(gòu)加工方便，環(huán)面蝸桿機構(gòu)承載能力較高。1.蝸桿的結(jié)構(gòu)

蝸桿直徑相對較小，一般將蝸桿和軸制作成一體，稱為蝸桿軸。螺旋部分常用車削加工，也可銑削。車削加工時需要有退刀槽，故剛性較差。蝸桿常和軸做成一個整體?！餆o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。4.4.4蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)

2.蝸輪的結(jié)構(gòu)

蝸輪的結(jié)構(gòu)根據(jù)材料和尺寸不同可分為整體式、過盈配合式、螺栓連接式、鑲鑄式蝸輪。

整體式蝸輪。主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪。（1）

整體式蝸輪（2）

過盈配合式（齒圈式）蝸輪

由于蝸輪材料價格較貴，直徑大的蝸輪常采用組合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)常由齒圈與輪芯組成，齒圈用青銅制造，輪芯用鑄鐵或鋼制造，如圖4（b）所示。齒圈和輪芯一般用H7/r6過盈配合裝配，并在配合面接縫上，加裝46個緊定螺釘，這種結(jié)構(gòu)多用于尺寸不大或工作溫度變化較小的地方。

螺栓聯(lián)接式蝸輪。這種結(jié)構(gòu)的齒圈和輪芯用普通螺栓或鉸制孔螺栓聯(lián)接，裝拆方便，多用于尺寸較大或易磨損的場合。（3）

螺栓連接式蝸輪

鑲鑄式蝸輪。將青銅輪緣直接澆鑄在鑄鐵輪芯上，輪芯制出榫槽，防止輪緣與輪芯產(chǎn)生軸向滑動。常用于成批生產(chǎn)的蝸輪。（4）鑲鑄式蝸輪榫槽1.為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。2.高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。3.低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。4.蝸輪常用材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。4.4.5蝸桿、蝸輪的材料選擇4.4.6蝸桿傳動的基本參數(shù)參數(shù)和尺寸均在中間平面內(nèi)確定1.模數(shù)、壓力角與正確嚙合的條件（1）模數(shù)和壓力角

通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面，稱為中間平面，如圖4-4-7所示。在中間平面內(nèi)，蝸桿與蝸輪的嚙合，相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。被中間平面所截的圓柱蝸桿的齒形和漸開線齒條相同，兩邊是直邊，夾角為2α=40。。因此在蝸桿傳動的設(shè)計計算時，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸作為標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，蝸桿、蝸輪在中間平面內(nèi)的模數(shù)和壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。模數(shù)可查國家標(biāo)準(zhǔn)，壓力角為20。（2）

正確嚙合的條件蝸桿與蝸輪嚙合時，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：

mx1=mt2=m

ax1=at2=20°

正確嚙合條件（1）蝸桿頭數(shù)的識別單頭蝸桿多頭蝸桿

螺桿頭數(shù)是螺桿上螺旋線的條數(shù)；蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個齒。蝸桿有左旋右旋之分，也有單頭和多頭之分。

2.蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)（2）

蝸桿的頭數(shù)z1

蝸桿螺旋線的數(shù)目，一般取1、2、4、6。

較少的蝸桿頭數(shù)可以實現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)過多時不易加工。蝸桿頭數(shù)z1=1~4：單頭：大，易自鎖，效率低，精度高。多頭：η↑，但加工困難，精度降低。（3）

蝸輪的齒數(shù)z2通常取z2=28~80

為避免蝸輪發(fā)生根切z2應(yīng)不少于26個齒，但若z2過大蝸輪直徑增加，相應(yīng)蝸桿越長，剛度越小。蝸輪齒數(shù)z2

常在28~80范圍內(nèi)選取。3.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。

蝸桿傳動的傳動比等于蝸桿與蝸輪的轉(zhuǎn)速之比。通常蝸桿為主動件，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸輪轉(zhuǎn)過個齒，即轉(zhuǎn)過Z1/Z2周。4.蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q直徑d1與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù)，。（已標(biāo)準(zhǔn)化）

當(dāng)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。

加工蝸輪時，用的是與蝸桿具有相同尺寸的滾刀，因此加工不同尺寸的蝸輪，就需要不同的滾刀。為限制滾刀的數(shù)量，并使?jié)L刀標(biāo)準(zhǔn)化，對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑。下式為導(dǎo)程角。5.中心距4.4.7蝸桿傳動的失效形式和散熱1.蝸桿傳動的失效形式

由于蝸桿傳動中的蝸桿表面硬度比蝸輪高，所以蝸桿的接觸強度、彎曲強度都比蝸輪高；而蝸輪齒的根部是圓環(huán)面，彎曲強度也高、很少折斷。蝸桿傳動的主要失效形式有膠合、疲勞點蝕和磨損。其中，開式傳動中主要失效形式是齒面磨損和輪齒折斷；閉式傳動中主要失效形式是齒面膠合或點蝕。（1）失效常發(fā)生于蝸輪的輪齒上（2）主要失效形式為：膠合、磨損、齒面點蝕

蝸桿傳動由于摩擦大，傳動效率較低，所以工作時發(fā)熱量較大。在閉式傳動中，如果不能及時散熱，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。因此，對于連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動，需要將箱體內(nèi)的溫升控制在許可范圍內(nèi)。2.蝸桿傳動的散熱散熱的方式①在蝸桿軸端裝置風(fēng)扇進行人工通風(fēng)。②在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻水管。③采用壓力油噴循環(huán)潤滑等。④在箱體外壁增加散熱片；為提高散熱能力，可采取如下措施：

蝸桿傳動的嚙合方式以滑動為主，相對滑動速度大，不易實現(xiàn)良好的潤滑。因此蝸桿傳動發(fā)熱量大、蝸輪磨損快、易發(fā)生膠合、傳動效率低。減速器蝸桿傳動的潤滑與齒輪傳動相似，除少數(shù)低速（）小型減速器采用脂潤滑外，絕大多數(shù)都采用油潤滑，其主要潤滑方式為浸油潤滑。對于高速傳動，則應(yīng)為壓力噴油潤滑。

1.對于開式蝸桿傳動采用黏度較高的齒輪油或潤滑脂進行潤滑。4.4.8蝸桿傳動的潤滑1.當(dāng)vs≤5~10m/s時，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深。2.當(dāng)v1>4m/s時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。3.當(dāng)vs>10~15m/s時，采用壓力噴油潤滑。

2.對于閉式蝸桿傳動

這種方法的潤滑油的黏度和給油方法，主要是根據(jù)滑動速度和載荷類型進行選擇。蝸桿減速器浸油潤滑時，應(yīng)保證浸油的深度為：蝸桿下置式----潤滑較好，但攪油損失大，浸油深度約為蝸桿的一個齒高；蝸桿上置式-----潤滑較差，但攪油損失小，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。【任務(wù)實施】1.任務(wù)分析

根據(jù)已知的任務(wù)條件，分析表4-4-0中的圖樣和數(shù)據(jù)，并查找網(wǎng)絡(luò)上的資源，即可完成任務(wù)的要求。

2.任務(wù)完成結(jié)論參考教材。1.任務(wù)條件

已知蝸輪蝸桿減速器示意圖、明細表、基本參數(shù)和技術(shù)要求見書表4-4-0示。2.任務(wù)要求

按任務(wù)條件，分析表4-4-0中圖樣所示的蝸輪蝸桿減速器的蝸桿傳動，回答下列問題：（1）減速器的速比、額定轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和中心距是多少？（2）蝸桿和蝸輪采用的是何種材料，從經(jīng)濟的角度選擇蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)？（3）減速器采取何種潤滑和密封方式？【完成下列任務(wù)】蝸輪蝸桿減速器

【下次任務(wù)布置】

（一）預(yù)習(xí)

1.預(yù)習(xí)下次任務(wù)---4.5螺旋傳動的分析與選擇。（二）作業(yè)

1.判斷題(1)因為蝸桿傳動實際上是一個螺桿，所以蝸桿傳動平穩(wěn)無噪聲。(2)僅是模數(shù)和壓力角相同的蝸桿與蝸輪是不能任意互換嚙合的。(3)分度圓直徑d=45mm的圓柱蝸桿，直徑系數(shù)q=18，則蝸桿模數(shù)m=2.5mm。(4)由于蝸桿傳動中的摩擦損失較大，所以其傳動效率較齒輪傳動低，但比帶傳動效率高。(5)為了減少摩擦和磨損，通常蝸桿取減摩材料。2.選擇題(1)傳動比大而且準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動是（）。A、帶傳動B、