機械設(shè)計基礎(chǔ)課件 項目七 蝸桿傳動

項目七：蝸桿傳動機械設(shè)計基礎(chǔ)CONTENTS目錄任務(wù)一蝸桿傳動的特點和類型任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸任務(wù)三蝸桿傳動設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)四蝸桿傳動的強度計算任務(wù)五蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算步驟六單級圓柱蝸桿減速器中的蝸桿傳動設(shè)計3一、蝸桿傳動的特點任務(wù)一蝸桿傳動的特點和類型

蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，通常蝸桿為主動件，是傳遞空間交錯兩軸之間運動和動力的一種傳動機構(gòu)，交錯角一般為90°。蝸桿傳動常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當(dāng)要求傳遞功率較大時，為提高傳動效率，常取蝸桿z1=2～4。一、蝸桿傳動的特點任務(wù)一蝸桿傳動的特點和類型蝸桿傳動的特點：①傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊。②傳動平穩(wěn)，噪聲小。③具有自鎖性。④傳動效率低。⑤蝸輪的造價較高，一般多用青銅制造，因此成本較高。二、蝸桿傳動的類型任務(wù)一蝸桿傳動的特點和類型

蝸桿傳動可以分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐面蝸桿傳動等。圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動二、蝸桿傳動的類型任務(wù)一蝸桿傳動的特點和類型任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸一、蝸桿傳動的基本參數(shù)及其選擇通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面，稱為中間平面。在中間平面上，蝸輪與蝸桿的嚙合相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合，在蝸桿傳動的設(shè)計計算中，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準(zhǔn)。1.模數(shù)m和壓力角α

蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸向模數(shù)mx1與蝸輪的端面模數(shù)mt2相等，蝸桿的軸向壓力角αx1等于蝸輪端面壓力角αt2，均為標(biāo)準(zhǔn)壓力角

兩軸線交錯角為90度時，蝸桿分度圓柱面上的導(dǎo)成角應(yīng)等于渦輪分度圓柱面上的螺旋角，且兩者旋向相同。任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸一、蝸桿傳動的基本參數(shù)及其選擇mx1=mt2=mαx1=αt2=α=20°任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸一、蝸桿傳動的基本參數(shù)及其選擇2.蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q

由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國家標(biāo)準(zhǔn)對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù)：

q=d1/m

當(dāng)模數(shù)m一定時，q值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，對于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛度。3.蝸桿頭數(shù)z1蝸桿頭數(shù)z1可根據(jù)傳動比和效率選定，一般為1～4。傳動比大時，可取z1=1，即為單頭蝸桿傳動，但效率較低。如要提高效率，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)，而蝸桿的頭數(shù)過多又會給加工帶來困難。4.蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角γ

蝸桿的分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q選定后，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角γ也就確定了。tanγ=z1px1/(πd1)=z1πm/(πd1)=z1m/d1=z1/q任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸一、蝸桿傳動的基本參數(shù)及其選擇5.蝸輪齒數(shù)z2

蝸輪齒數(shù)z2主要根據(jù)傳動比來確定。為了保證傳動的平穩(wěn)性，通常z2大于28，但也不可過大，這是因為當(dāng)蝸輪直徑不變時，z2越大，模數(shù)就越小，會使輪齒的彎曲強度降低。當(dāng)蝸輪模數(shù)不變時，z2大，會增加蝸輪尺寸，使相嚙合的蝸桿支承間距增大，從而降低蝸桿的彎曲剛度，影響蝸桿傳動的嚙合精度。所以，z2一般不大于80。任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸普通圓柱蝸桿傳動z1和z2的推薦值傳動i=z2/z17～89～1314～2425～2728～40≥40蝸桿頭數(shù)z143～42～32～31～21蝸輪齒數(shù)z228～3227～5228～7250～8128～80≥406.傳動比i7.中心距a式中d2——為蝸輪分度圓直徑（mm）。任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸一、蝸桿傳動的基本參數(shù)及其選擇二、普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸任務(wù)二蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸任務(wù)三蝸桿傳動設(shè)計基礎(chǔ)一、蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則蝸桿傳動的失效形式有齒面點蝕、齒面膠合、齒根折斷、磨損。開式蝸桿傳動經(jīng)常發(fā)生齒面磨損和齒根折斷，要以保證蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準(zhǔn)則。閉式蝸桿傳動經(jīng)常發(fā)生齒面點蝕和齒面磨損，通常按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度進行校核。由于閉式蝸桿傳動散熱較為困難，還要進行熱平衡計算。二、蝸桿蝸輪的常用材料任務(wù)三蝸桿傳動設(shè)計基礎(chǔ)1．蝸桿的材料蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制造。對于高速重載的蝸桿，可用15Cr，20Cr，20CrMnTi和20MnVB等；對于不太重要的傳動及低速中載蝸桿，常用45、40等鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理。2.蝸輪的材料蝸輪常用錫青銅、無錫青銅或鑄鐵制造。三、蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)任務(wù)三蝸桿傳動設(shè)計基礎(chǔ)1.蝸桿的結(jié)構(gòu)。蝸桿一般與軸制成一體，稱蝸桿軸，可車制，也可銑制。

齒根圓直徑小于軸徑，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。齒根圓直徑大于軸徑，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工。三、蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)任務(wù)三蝸桿傳動設(shè)計基礎(chǔ)2.蝸輪的結(jié)構(gòu)可以制成整體的或組合的。組合齒輪的齒冠可以鑄在或用過盈配合裝在鑄鐵或鑄鋼的輪心上，常用的配合是H7/r6。當(dāng)蝸輪直徑較大時，可采用螺栓聯(lián)接，最好采用受剪螺栓（鉸制孔）聯(lián)接。整體式蝸輪齒圈式蝸輪鑲鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪任務(wù)四蝸桿傳動的強度計算1．力的大小一、蝸桿傳動的受力分析

Fn分解為三個相互垂直的力：切向力Ft、徑向力Fr、軸向力Fa。由于蝸桿與蝸輪軸交角為90°,故蝸桿切向力Ft1與蝸輪軸向力Fa2、蝸輪切向力Ft2與蝸桿軸向力Fa1、蝸桿徑向力Fr1與蝸輪徑向力Fr2為作用力與反作用力。任務(wù)四蝸桿傳動的強度計算一、蝸桿傳動的受力分析蝸桿上的圓周力的方向與蝸桿齒在嚙合點的運動方向相反；蝸輪上的圓周力的方向與蝸輪齒在嚙合點的運動方向相同；徑向力的方向在蝸桿、蝸輪上都是由嚙合點分別指向軸心。當(dāng)蝸桿的回轉(zhuǎn)方向和螺旋方向已知時，蝸輪的回轉(zhuǎn)方向可根據(jù)左右手定則來判定。1．力的方向3.蝸桿按螺旋線方向分左旋蝸桿和右旋蝸桿（a）右旋蝸桿（b）左旋蝸桿任務(wù)四蝸桿傳動的強度計算一、蝸桿傳動的受力分析任務(wù)四蝸桿傳動的強度計算一、蝸桿傳動的受力分析

根據(jù)蝸桿的轉(zhuǎn)向和螺旋線的方向來判斷蝸輪的回轉(zhuǎn)方向：右旋蝸桿用右手，左旋蝸桿用左手，使四指彎曲的方向與蝸桿轉(zhuǎn)向一致，此時拇指的反方向即為蝸輪嚙合線處的速度方向，即為蝸輪的轉(zhuǎn)向。4.蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判斷（a）右旋蝸桿：右手定則

（b）左旋蝸桿：左手定側(cè)任務(wù)五蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算1.蝸桿傳動的效率其中濺油損耗和軸承摩擦這兩項的功率損失不大，其效率一般為0.95～0.97，因此主要是考慮輪齒嚙合齒面間摩擦損失時的效率。當(dāng)蝸桿主動時，蝸桿傳動的總效率η為：

η=(0.95～0.97)tanγ/tan(γ+ρv)

閉式傳動z1=1η=0.65～0.75z1=2η=0.75～0.82z1=4，6η=0.82～0.92自鎖時η＜0.5開式傳動z1=1，2η=0.60～0.70任務(wù)五蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算2.蝸桿傳動的潤滑潤滑的主要目的在于減摩與散熱提高傳動效率，還可以減輕輪齒磨損，防止膠合。具體潤滑方法與齒輪傳動的潤滑相近。開式蝸桿傳動常用定期加潤滑劑的潤滑方法。閉式蝸桿傳動的潤滑油粘度和潤滑方法一般根據(jù)齒面間相對滑動速度、載荷類型等進行選擇。采用油池潤滑時，應(yīng)有適量的油量，零件的浸油深度不宜過深。蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動，浸油深度為蝸桿的一個齒高；蝸桿上置式時，浸油深度約為蝸輪頂圓直徑的1/3?；瑒铀俣葀s/（m/s）0～10～2.50～5＞5～10＞10～15＞15～25＞25工作條件重載重載中載————運動粘度ν/cst（40℃）90050035022015010080進油方法油池潤滑油池潤滑或噴油潤滑壓力噴油潤滑及其壓力(MPa)0.723

蝸桿傳動的潤滑油粘度推薦值及潤滑方法任務(wù)五蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算2.蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動由于效率低，所以發(fā)熱量大，在閉式蝸桿傳動中，如果散熱不好，會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，要對閉式蝸桿傳動進行熱平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。蝸桿傳動轉(zhuǎn)化為熱量所消耗的功率PS為：PS=1000(1-η)P1

經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當(dāng)功率PC為：PC=ksA(t1-t0)當(dāng)產(chǎn)生熱量與散發(fā)熱量相等時t1=1000(1-η)