項目八 蝸桿傳動

項目八蝸桿傳動任務(wù)一起重機(jī)械中蝸桿傳動的認(rèn)識

通過蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的大傳動比減速，使蝸輪的工作轉(zhuǎn)速降低，蝸輪帶動升降機(jī)實現(xiàn)貨物的上下運(yùn)輸。如果將蝸桿傳動設(shè)計成具有自鎖特性，還可以起到安全保護(hù)的作用。

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°。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）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）

普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動（ZC蝸桿）圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動一、蝸桿傳動的類型本項目主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計。蝸桿傳動的類型1)能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5～80；在分度機(jī)構(gòu)或手動機(jī)構(gòu)的傳動中，傳動比可達(dá)300；若只傳遞運(yùn)動，傳動比可達(dá)1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。

2)在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。

3)當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性。

4)蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4左右。二、蝸桿傳動的特點主要用于中小功率，間斷工作的場合。常用于減速裝置。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。任務(wù)二蝸桿傳動基本參數(shù)和尺寸的計算

在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動就相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動。故在設(shè)計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數(shù)(如模數(shù)、壓力角等)和尺寸(如齒頂圓、分度圓等)為基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動的計算關(guān)系。普通圓柱蝸桿傳動

普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)有模數(shù)m、壓力角α、蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2及蝸桿的直徑d1等。進(jìn)行蝸桿傳動的設(shè)計時，首先要正確地選擇參數(shù)。

1.模數(shù)m和壓力角α

蝸桿和蝸輪嚙合時，在中間平面上，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ZA蝸桿的軸向壓力角αa為標(biāo)準(zhǔn)值(20°)，其余三種(ZN、ZI、ZK)蝸桿的法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值(20°)，蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關(guān)系為γ為導(dǎo)程角一、蝸桿傳動的基本參數(shù)2.蝸桿的分度圓直徑d1

在蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與配對蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿具有同樣尺寸的蝸輪滾刀來加工與其配對的蝸輪。這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就得有一種對應(yīng)的蝸輪滾刀。對于同一模數(shù)，可以有很多不同直徑的蝸桿，因而對每一模數(shù)就要配備很多蝸輪滾刀。顯然，這樣很不經(jīng)濟(jì)。為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，就對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑，而把比值

稱為蝸桿的直徑系數(shù)。d1與q已有標(biāo)準(zhǔn)值，常用的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1及直徑系數(shù)q見表<普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配>。如果采用非標(biāo)準(zhǔn)滾刀或飛刀切制蝸輪，d1與q值可不受標(biāo)準(zhǔn)的限制。3.蝸桿頭數(shù)z1

蝸桿頭數(shù)z1可根據(jù)要求的傳動比和效率來選定。單頭蝸桿傳動的傳動比可以較大，但效率較低。如要提高效率，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過多，又會給加工帶來困難。所以，通常蝸桿頭數(shù)取為l、2、4、6。4.導(dǎo)程角γ

蝸桿的直徑系數(shù)q和蝸桿頭數(shù)z1選定之后，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角γ也就確定了。由圖<導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系>可知，pa為蝸桿軸向齒距d1γ5.傳動比i和齒數(shù)比u

傳動比齒數(shù)比

當(dāng)蝸桿為主動時

式中n1,n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速，r/min;z2為蝸輪的齒數(shù)。6.蝸輪齒數(shù)z2

蝸輪齒數(shù)z2主要根據(jù)傳動比來確定。

通常規(guī)定z2大于28。

對于動力傳動，z2一般不大于80。

z1、z2的薦用值見下表<蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用值>（具體選擇時應(yīng)考慮表<普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配>中的匹配關(guān)系）。當(dāng)設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)和分度傳動時，z2的選擇可不受限制。7.蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距a

蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距為a＝0.5(d1+d2)=0.5(q+z2)m

普通圓柱蝸桿傳動的基本尺寸和參數(shù)列于表<普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配>。設(shè)計普通圓柱蝸桿減速裝置時，在按接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度確定了中心距a或后，一般應(yīng)按表中的數(shù)據(jù)確定蝸桿與蝸輪的尺寸和參數(shù)，并按表中的值予以匹配。二、蝸桿傳動的幾何尺寸計算

蝸桿傳動的幾何尺寸及計算公式見下圖及表<普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸計算關(guān)系式>、表<蝸輪寬度頂圓直徑及蝸桿齒寬的計算公式>。

普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高分度圓直徑蝸輪蝸桿計算公式符號名稱蝸桿傳動的幾何尺寸計算例1有一阿基米德蝸桿傳動，已知傳動比i=18，蝸桿頭數(shù)Z1=2，直徑系數(shù)q=10，分度圓直徑d1=80mm。試求：1）模數(shù)m、蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角、蝸輪齒數(shù)Z2及分度圓柱螺旋角β；2）蝸輪的分度圓直徑d2和蝸桿傳動中心距α。公式參考表8-3模數(shù)m=8mm導(dǎo)程角γ=11°蝸輪齒數(shù)Z2=36分度圓柱螺旋角β=11°蝸輪的分度圓直徑d2=288mm蝸桿傳動中心距α=184mm任務(wù)三蝸桿傳動的承載能力的分析一、蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則

由于材料、輪齒結(jié)構(gòu)等因素，蝸桿螺旋齒的強(qiáng)度比蝸輪輪齒的強(qiáng)度高，因此，蝸桿傳動失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上，故一般只對蝸輪輪齒進(jìn)行強(qiáng)度計算。

閉式傳動中，蝸桿副主要失效為齒面膠合和點蝕。通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。由于閉式傳動散熱比較困難，還需作熱平衡計算。

開式傳動中，蝸桿副主要失效為齒面磨損和輪齒折斷。只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計算。二、蝸桿傳動的材料和許用應(yīng)力

根據(jù)蝸桿傳動的失效形式，要求蝸桿和蝸輪的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性能。1.蝸桿

蝸桿一般采用碳鋼或合金鋼制造。

對于高速重載蝸桿常用20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火至58~63HRC；或者采用45、40Cr等表面淬火至40~55HRC；不太重要的蝸桿，可采用40或45鋼等，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理至220~250HBW。蝸輪一般采用青銅或鑄鐵制造。

對滑動速度vs≥3m/s的重要傳動，可采用耐磨性好的鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等；

對滑動速度vs≤3m/s的傳動，采用耐磨性稍差，價格便宜的鑄鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3）；

對于滑動速度vs＜2m/s，要求不高時，可采用灰鑄鐵（HT150、HT200）。2.蝸輪3.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。當(dāng)蝸桿的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。4.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5.蝸桿傳動安裝★蝸桿傳動安裝要求精度高。應(yīng)使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線?！餅楸ＷC傳動的正確嚙合，工作時蝸輪的中間平面不允許有軸向移動，因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式?！镂仐U傳動的維護(hù)很重要，又注意周圍的通風(fēng)散熱情況。普通圓柱蝸桿傳動規(guī)定了1~12個精度等級★1級精度最高，12級為最低，6~9級精度應(yīng)用最多★6級精度傳動一般用于中等精度的機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)，圓周速度v2≥5m/s★7級精度用于中等精度的運(yùn)輸機(jī)或高速傳遞動力場合,速度v2≥7.5m/s★8級精度一般用于一般的動力傳動中，圓周速度v2≥3m/s★9級精度一般用于不重要的低速傳動機(jī)構(gòu)或手動機(jī)構(gòu)三、蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。右旋蝸桿左旋蝸桿以左手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向為嚙合點處蝸輪的線速度反方向。左手規(guī)則右手規(guī)則以右手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向為嚙合點處蝸輪的線速度反方向。蝸桿的轉(zhuǎn)向大小方向圓周力與相反軸向力左右手