機械設計基礎（第5版）課件：蝸桿傳動

蝸桿傳動

第十一節(jié)蝸桿傳動一、蝸桿傳動的類型和特點

蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞空間兩交錯軸間的旋轉運動和動力，一般兩軸的交錯角Σ=90°。

蝸桿傳動通常為蝸桿作主動件的減速傳動。1．蝸桿傳動的類型阿基米德蝸桿法面直廓蝸桿

圓柱蝸桿普通圓柱蝸桿漸開線蝸桿錐面包絡蝸桿圓弧圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿傳動

蝸桿沿軸線的形狀是以凹圓弧為母線的旋轉曲面。嚙合時蝸桿包著蝸輪，蝸輪也包著蝸桿，同時嚙合齒對多，承載能力高，約為阿基米德蝸桿傳動的2~4倍。錐蝸桿傳動

蝸桿為截錐體，在節(jié)錐上分布有等導程的螺旋齒。同時接觸點多，重合度大，承載能力高。側隙便于控制和調整。可做離合器用。

本章只介紹普通圓柱蝸桿傳動。3．蝸桿傳動的特點優(yōu)點：

①

結構緊湊，傳動比大（動力傳動時i=7～80，分度傳動時，i可達1000）；②

傳動平穩(wěn)，噪聲低；

③當蝸桿導程角小于嚙合面的當量摩擦角時，可實現自鎖。缺點：

①

由于蝸桿傳動為交錯軸傳動，其齒面相對滑動速度

大（圖9-42），摩擦、磨損大，發(fā)熱大，傳動效率低，不宜用于大功率（一般不超過100kW）長期連續(xù)工作的場合；②需要貴重金屬（如青銅）來制造蝸輪齒圈，成本高等。

蝸桿傳動廣泛用于各種機械、冶金、石油、礦山及起重設備中。二、圓柱蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸計算1．蝸桿傳動的主要參數

通過蝸桿的軸線作垂直于蝸輪軸線的平面，稱為蝸桿傳動的中間平面。在中間平面內，蝸桿傳動相當于齒輪與齒條嚙合傳動，故蝸桿傳動中間平面的參數為標準值。普通圓柱蝸桿傳動a）中間平面圖b）中間平面上蝸桿齒形（1）模數、壓力角和正確嚙合條件（2）蝸桿分度圓直徑

d1

為限制加工蝸輪刀具的數量和便于刀具標準化，在標準中規(guī)定對于同一模數只有幾個對應的蝸桿分度圓直徑，見表9-14。（3）蝸桿導程角

γ

導程角小，傳動效率低，當γ<ρν時，蝸桿傳動具有自鎖性能。正確嚙合條件（4）傳動比i、蝸桿頭數z1和蝸輪齒數z2蝸桿頭數z1

z2=iz1。為保證蝸輪輪齒不發(fā)生根切、蝸桿傳動平穩(wěn)和有較高效率，z2≥28。z2越大，蝸輪尺寸越大，蝸桿越長，致使蝸桿剛度降低，動力傳動，一般限制z2≤82。z1=1、2、4、6注意：傳動比z1小，傳動比大，傳動效率低；z1大，傳動效率高，但導程角大，制造困難。通常z1取值為1、2、4、6。z1可根據傳動比按表9-16選取。蝸輪齒數z22.幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動的主要幾何尺寸計算公式見表9-17。正確嚙合條件：傳動比中心距三、蝸桿傳動的承載能力計算蝸桿傳動的滑動速度相對滑動速度vs由于材料、輪齒結構等因素，蝸桿螺旋齒的強度比蝸輪輪齒的強度高，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行強度計算。1．蝸桿傳動的失效形式及設計準則閉式傳動中，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度設計，按齒根彎曲疲勞強度校核。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度進行計算。2

．蝸桿傳動的材料及其選擇

根據蝸桿傳動的失效形式，要求蝸桿和蝸輪的材料應具有較高的強度，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，經調質處理至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4．蝸桿傳動的受力分析大小方向圓周力與相反軸向力左右手螺旋徑向力指向輪心4．蝸桿傳動的強度計算（1）齒面接觸疲勞強度計算

將蝸桿傳動在中間平面的嚙合近似看成斜齒條與斜齒輪的嚙合。根據赫茲公式，仿照斜齒輪傳動的強度計算并考慮蝸桿傳動的特點。鋼蝸桿配青銅或鑄鐵蝸輪時：校核公式：設計公式：

求出m2d1后，由表9-14確定m和d1,應使表中的m2d1大于計算值。m/mm11.251.622.5d1/mm182022.42028(18)22.4(28)35.5(22.4)28(35.5)45m2d1/mm31831.253551.271.687289.6112142140175221.9281m/mm3.1545d1/mm(28)35.5(45)56(31.5)40(50)71(40)50(63)90m2d1/mm3277.8352.2446.555650464080011361000125015752250m/mm6.3810d1/mm(50)63(80)112(63)80(100)140(71)90(112)160m2d1/mm319582500317544454032537664008960710090001120016000m/mm12.51620d1/mm(90)112(140)200(112)140(180)250(140)160(224)315m2d1/mm31406217500218753125028672358404608064000560006400089600126000表9-14蝸桿傳動的m、d1與m2d1值

（2）蝸輪齒根的彎曲疲勞強度

蝸輪齒形復雜，難以精確計算其齒根彎曲應力，近似按斜齒圓柱齒輪計算。校核公式：設計公式：參數選擇：K—載荷系數，一般取K=1.1~1.3。YF—齒形系數，按蝸輪齒數z2查表9-18?！拨襀〕—許用接觸應力

根據蝸輪材料、毛坯制造方法、vs及蝸桿齒面硬度由表9-19確定。a.鑄錫青銅蝸輪：b.鑄鋁青銅及鑄鐵蝸輪：

根據蝸輪和蝸桿材料及齒面相對滑動速度由表9-20確定，但需要先初估

vs?！拨褾〕—許用彎曲應力，由表9-21確定。四、蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算1．傳動效率—嚙合效率，按螺旋副的效率公式計算。當量摩擦角；軸承效率：攪油效率：

蝸桿傳動效率較低，進行強度計算時必須計入傳動效率η，在設計之初根據蝸桿頭數由表9-21先初估效率代入公式計算。設計后再驗算效率，當與初估值相差較大時，應修改設計。2．蝸桿傳動的潤滑（1）目的：降低溫升，避免膠合和減少磨損，提高傳動的效率、承載能力和壽命（2）潤滑方法：取決于Vs和工作條件。蝸桿頭數1246總效率0.70.80.90.95滑動速度(m/s)<1至2.5至55~1010~1515~25>25工作條件重重中潤滑方法浸油潤滑浸油或噴油潤滑噴油潤滑3．蝸桿傳動的熱平衡計算

對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動，為防止溫升過高，導致磨擦損耗過大或膠合破壞，需進行熱平衡計算。傳動時損耗的功率P1—輸入功率

在自然通風條件下，由箱體表面所散發(fā)熱量的折合功率。

熱平衡條件：k—散熱系數：自然通風良好處,k=14~17.5;

沒有循環(huán)空氣流動處，k=8.7~10.5。A—箱體散熱面積A1—內表面能被油浸濺著，外表面又能被空氣冷卻的箱體表面積。

A2—散熱片和凸臺的表面面積及裝在金屬底座上的箱體面積。t1—潤滑油溫度，一般限制在60~700C,最高不超過900C。t2—環(huán)境溫度，一般取t2=200C。潤滑油的溫度

t1冷卻措施：當t1>900C時，或有效散熱面積不足時，應采取強迫冷卻措施，以提高散熱能力。強迫冷卻方法a）風扇吹風冷卻b）蛇形水管冷卻c）循環(huán)冷卻五、蝸桿、蝸輪的結構1．蝸桿結構

蝸桿一般與軸做成一體，稱為蝸桿軸，僅在

df1/d≥1.7時，才采用蝸桿齒圈與軸裝配的方式。

銑制蝸桿車制蝸桿車制蝸桿：軸徑d=df1－（2～4）mm銑制蝸桿：軸徑df1可大于