第9章 蝸輪蝸桿傳動(dòng)

1、第九章 蝸桿傳動(dòng) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 9 9-1 -1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 9 9-2 -2 圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 9 9-3 -3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 9 9-4 -4 圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析 9 9-5 -5 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 9 9-6 -6 圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 u蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿蝸桿和和蝸輪蝸輪組成的，用于傳遞

2、空間交錯(cuò)兩軸組成的，用于傳遞空間交錯(cuò)兩軸 之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為90。傳動(dòng)中一般。傳動(dòng)中一般蝸桿蝸桿 是主動(dòng)件是主動(dòng)件，蝸輪是從動(dòng)件。，蝸輪是從動(dòng)件。 1傳動(dòng)比大，一般傳動(dòng)比大，一般 i =1080，最大可達(dá)，最大可達(dá)1000； 2重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低； 4 蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率低；齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率低； 主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。 廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。 一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)一、

3、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)： 3結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖；結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖； 5. 蝸輪的造價(jià)較高。蝸輪的造價(jià)較高。 第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 其齒面一般是在車(chē)床上用直線(xiàn)刀刃的 車(chē)刀切制而成，車(chē)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(shí)嚙合的齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；蝸桿的外形是圓弧回轉(zhuǎn)面，同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)； 齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高； 重合度大；承載能力和效率較高。重合度大；承載能力和效率較高。 阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿（ ZA蝸桿）蝸桿） 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿 （ZI蝸桿）蝸桿） 法向

4、直廓蝸桿法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）蝸桿） 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓柱蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng) 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng) 二、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型 本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。 三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí) 分為分為12個(gè)精度等級(jí)，個(gè)精度等級(jí)，常用常用59級(jí)。級(jí)。 第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 u蝸桿分左旋和右旋。蝸桿分左旋和右旋。 左左 旋旋 右右 旋旋 u蝸桿還有單頭和多頭之分。蝸桿還有單頭和多頭之分。 第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿 普通圓柱蝸桿

5、 （按刀具位置不同） 阿基米德蝸桿 延伸漸開(kāi)線(xiàn)（法向直廓）蝸桿 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿 圓錐蝸桿 蝸桿的類(lèi)型蝸桿的類(lèi)型 2 n n nn阿基米德螺線(xiàn) 阿基米德蝸桿(ZA) 軸面-直線(xiàn) 延伸漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿(ZI) n n nn 延伸漸開(kāi)線(xiàn) 加工：刀具平面垂直于螺線(xiàn) 2 法面-直線(xiàn) 特點(diǎn)：端面-延伸漸開(kāi)線(xiàn) 第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 漸開(kāi)線(xiàn) 基圓 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿(ZI) 加工：刀刃與蝸桿的基圓柱相切 特點(diǎn)：端面-漸開(kāi)線(xiàn) 后兩種蝸桿的加工，刀具安裝較困難，生產(chǎn)率低，故常用阿 基米德蝸桿。 第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主

6、要參數(shù)和幾何尺寸 一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù): 1. 模數(shù)模數(shù)m和壓力角和壓力角 主平面 = 1 中間平面：通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)并與蝸輪軸線(xiàn)垂直的平面。 v 由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀，按范成原理切制輪齒，由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀，按范成原理切制輪齒， 所以所以ZA蝸桿傳動(dòng)中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當(dāng)于漸蝸桿傳動(dòng)中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當(dāng)于漸 開(kāi)線(xiàn)齒輪與齒條的嚙合。開(kāi)線(xiàn)齒輪與齒條的嚙合。 中間平面中間平面：通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)并與蝸輪軸線(xiàn)垂直的平面。通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)并與蝸輪軸線(xiàn)垂直的平面。 是是蝸桿的軸面蝸桿的軸面 是是蝸輪的端面蝸輪的端面 v 蝸桿、蝸輪的參數(shù)和

7、尺寸大多在中間平面（主平面）內(nèi)確定。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在中間平面（主平面）內(nèi)確定。 B L p 主主 平平 面面 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 在主平面內(nèi)，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)。 u蝸輪蝸桿正確嚙合條件是蝸輪蝸桿正確嚙合條件是：蝸桿的軸面模數(shù)蝸桿的軸面模數(shù) mma a1 1和軸面壓力和軸面壓力 角角 a a1 1應(yīng)分別等于蝸輪的端面模數(shù)應(yīng)分別等于蝸輪的端面模數(shù)mmt t2 2和端面壓力角和端面壓力角 t t2 2，即即 ma1 =mt2 =m

8、a1=t2= u模數(shù)模數(shù)m的標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表的標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表12-1；壓力角標(biāo)準(zhǔn)值為；壓力角標(biāo)準(zhǔn)值為20，ZAZA蝸桿蝸桿 取軸向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，取軸向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，ZIZI蝸桿取法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。蝸桿取法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。 u如圖上圖所示，如圖上圖所示，齒厚與齒槽寬相等的圓柱稱(chēng)為蝸桿分度圓柱齒厚與齒槽寬相等的圓柱稱(chēng)為蝸桿分度圓柱 ( (或或稱(chēng)為中圓柱稱(chēng)為中圓柱)。蝸桿分度圓。蝸桿分度圓(中圓中圓)直徑用直徑用d1表示，其值見(jiàn)表示，其值見(jiàn) 表表12-1。蝸輪分度圓直徑以。蝸輪分度圓直徑以d2表示。表示。 v 在兩軸交錯(cuò)角為在兩軸交錯(cuò)角為9090的蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)的蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿分

9、度圓柱上的導(dǎo) 程角程角 應(yīng)應(yīng)與蝸輪分度圓上的螺旋角與蝸輪分度圓上的螺旋角 大小相等旋向相同大小相等旋向相同，即即 = 2. 傳動(dòng)比傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)z2 v 設(shè)蝸桿頭數(shù)為設(shè)蝸桿頭數(shù)為z1，蝸輪齒數(shù)為，蝸輪齒數(shù)為z2，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn)，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn) 過(guò)過(guò) z1 個(gè)齒個(gè)齒( z1 / z2周周)。因此，其傳動(dòng)比為。因此，其傳動(dòng)比為 1 2 2 1 z z n n i 1 2 d d ) 112( v z1 效率效率 ，但加工困難。，但加工困難。 v z1 傳動(dòng)比傳動(dòng)比 i，但傳動(dòng)效率，但傳動(dòng)效率 。(蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān) 系) v 常取常取，z11

10、，2，4，6。 可根據(jù)傳動(dòng)比可根據(jù)傳動(dòng)比，參考表參考表 12-2中的薦中的薦 用值選取。用值選取。 第二節(jié)第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 u z2= i z1 。 如如 z2太小，將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。如太小，將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。如 z2太大，蝸輪直太大，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。徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。 u 一般取一般取 z23280。（Z1與Z2的薦用值表：12-2） 3. 蝸桿直徑系數(shù)蝸桿直徑系數(shù)q和導(dǎo)程角和導(dǎo)程角 u 由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了由于蝸輪是用與蝸桿

11、尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了 限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo) 準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1（參見(jiàn)表（參見(jiàn)表12-1）。）。 u 直徑直徑d1與模數(shù)與模數(shù)m的比值稱(chēng)為蝸桿的直徑系數(shù)的比值稱(chēng)為蝸桿的直徑系數(shù)q。即：。即： m d q 1 是導(dǎo)出值是導(dǎo)出值 d1 = q mz1m u當(dāng)模數(shù)當(dāng)模數(shù)m一定時(shí)，一定時(shí)，q值增大則蝸桿直徑值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，增大，蝸桿的剛度提高。因此， 對(duì)于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的對(duì)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。值，以保證

12、蝸桿有足夠的剛度。 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 如圖所示蝸桿螺旋面與分度圓柱的交線(xiàn)為螺旋線(xiàn)。 )212(tg 1 1 1 1 1 q z d mz d pz x 1 d 1 d z p x p x p mzpzp xz 111 導(dǎo)程 但制造困難 自鎖性好 4.齒面間滑動(dòng)速度齒面間滑動(dòng)速度vs u 蝸桿傳動(dòng)即使在節(jié)點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)即使在節(jié)點(diǎn)C C處嚙合，齒廓處嚙合，齒廓 之間也有較大的相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)速度之間也有較大的相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)速度 vsvs 沿蝸桿螺旋線(xiàn)方向。設(shè)蝸桿圓周沿

13、蝸桿螺旋線(xiàn)方向。設(shè)蝸桿圓周 速度為速度為v v l l、蝸輪圓周速度為、蝸輪圓周速度為v v 2 2 ，由，由 圖圖12-612-6可得可得 u 滑動(dòng)速度的大小，對(duì)齒面的潤(rùn)滑情況、滑動(dòng)速度的大小，對(duì)齒面的潤(rùn)滑情況、 齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動(dòng)效率等齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動(dòng)效率等 都有很大影響。都有很大影響。 3)-(12m/s cos 12 2 2 1 v vvvs 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 5. 中心距中心距a 當(dāng)蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時(shí)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其中心距計(jì)當(dāng)蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時(shí)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其中心距計(jì) 算式為算式為 a=0.5(d1

14、+d2)=0.5m(q+z2) (12-4) 注意：注意： a0.5m(z1+z2) 。中心距的常用值見(jiàn)表。中心距的常用值見(jiàn)表12-3注注。 二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算 u設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，一般是先根據(jù)傳動(dòng)的功用和傳動(dòng)比的要 求，選擇蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2，然后再按強(qiáng)度計(jì)算確定 模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1(或q)，再根據(jù)表12-3計(jì)算出蝸桿、 蝸輪的幾何尺寸(兩軸交錯(cuò)角為90、標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng))。 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 表表12-3 蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距 徑向間隙徑

15、向間隙 蝸輪螺旋角蝸輪螺旋角 蝸桿導(dǎo)程角蝸桿導(dǎo)程角 齒根圓直徑齒根圓直徑 齒頂圓直徑齒頂圓直徑 齒根高齒根高 齒頂高齒頂高 分度圓直徑分度圓直徑 蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿 計(jì)算公式計(jì)算公式 符號(hào)符號(hào) 名稱(chēng)名稱(chēng) d a h f h a d f d c a mqd 1 mzd 2 mha mh f 2 . 1 mqd a )2( 1 mZd a )2( 22 mqd f )4 . 2( 1 mZd f )4 . 2( 22 q Z arctg 1 mc2 . 0 )(5 . 0)(5 . 0 221 zqdda 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 蝸輪的轉(zhuǎn)向蝸輪的

16、轉(zhuǎn)向 1 2 左右手法： 左旋左手，右旋右手，四指轉(zhuǎn) 向 1，拇指反向；即為v2。 2 v 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 例例12-1 12-1 在帶傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)中，初步在帶傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)中，初步 計(jì)算后取蝸桿模數(shù)計(jì)算后取蝸桿模數(shù) m=4mmm=4mm、頭數(shù)、頭數(shù) z1=2z1=2、分度圓直徑、分度圓直徑d1 d1 =40mm=40mm，蝸輪齒數(shù)，蝸輪齒數(shù) z2=39z2=39，試計(jì)算蝸桿直徑系數(shù)，試計(jì)算蝸桿直徑系數(shù)q q、導(dǎo)、導(dǎo) 程角程角及蝸桿傳動(dòng)中心距及蝸桿傳動(dòng)中心距 a a 。 解解(1) (1) 蝸桿直徑系數(shù)

17、蝸桿直徑系數(shù) =40/4=10=40/4=10 (2) (2) 導(dǎo)程角導(dǎo)程角 由式（由式（12-212-2）得）得 =2/10=0.2=2/10=0.2 =11.3099=11.3099(11(111836“)1836“) (3) (3) 傳動(dòng)中心距傳動(dòng)中心距 a =0.5( =0.5(q + + z2 ) ) =0.5 =0.54 4(10+39)=98mm(10+39)=98mm 第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸 討論討論 也可將蝸輪齒數(shù)改為也可將蝸輪齒數(shù)改為z2=40z2=40，即中心距圓整為，即中心距圓整為 a =0.5a =0.54 4(1

18、0+40)=100mm(10+40)=100mm。由此引起的傳動(dòng)比的。由此引起的傳動(dòng)比的 變化可在傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部作適當(dāng)調(diào)整。變化可在傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部作適當(dāng)調(diào)整。 如果是單件生產(chǎn)又允許采用非標(biāo)準(zhǔn)中心距，就取如果是單件生產(chǎn)又允許采用非標(biāo)準(zhǔn)中心距，就取 a=98mma=98mm。 在不改變傳動(dòng)比的情況下，若想將中心距圓整為在不改變傳動(dòng)比的情況下，若想將中心距圓整為 a=100mma=100mm，就只能采用變位傳動(dòng)了。方法是在切制蝸輪時(shí)將，就只能采用變位傳動(dòng)了。方法是在切制蝸輪時(shí)將 滾刀外移滾刀外移2mm2mm，即將滾刀與被切蝸輪的中心距由，即將滾刀與被切蝸輪的中心距由98mm98mm增加到增加到 100m

19、m100mm。有關(guān)變位蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算，參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。有關(guān)變位蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算，參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。 第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇 1. 主要失效形式：主要失效形式：膠合、磨損、點(diǎn)蝕等。膠合、磨損、點(diǎn)蝕等。 在潤(rùn)滑良好的閉式傳動(dòng)中，若不能及時(shí)散熱，膠合在潤(rùn)滑良好的閉式傳動(dòng)中，若不能及時(shí)散熱，膠合 是其主要的失效形式。在開(kāi)式和潤(rùn)滑密封不良的閉式傳是其主要的失效形式。在開(kāi)式和潤(rùn)滑密封不良的閉式傳 動(dòng)中，蝸輪輪齒的磨損尤其顯著。動(dòng)中，蝸輪輪齒的磨損尤其顯著。 2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；之后校核蝸按

20、蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；之后校核蝸 輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡計(jì)算。 通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 閉式傳動(dòng)：閉式傳動(dòng)： 開(kāi)式傳動(dòng)：開(kāi)式傳動(dòng)： 3.常用材料常用材料 由于蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，由于蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強(qiáng)度，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強(qiáng)度， 更重要的是具有良好的減摩耐磨和抗膠合性能更重要的是具有良好的減摩耐磨和抗膠合性能。為此常采用。為此常采用 青銅作蝸輪齒圈，并與淬硬磨削的鋼制蝸桿相匹配。青銅作蝸輪齒圈，并與淬硬磨削的鋼制蝸桿相匹配。 蝸桿蝸桿的常用材料為的常用材

21、料為碳鋼和合金鋼碳鋼和合金鋼。高速重載的蝸桿常用。高速重載的蝸桿常用15Cr、 20Cr滲碳淬火，或滲碳淬火，或45鋼、鋼、40Cr淬火。低速中輕載的蝸桿可淬火。低速中輕載的蝸桿可 用用45鋼調(diào)質(zhì)。精度要求高的蝸桿需經(jīng)磨削。鋼調(diào)質(zhì)。精度要求高的蝸桿需經(jīng)磨削。 適用于齒面滑動(dòng)速度適用于齒面滑動(dòng)速度 較高的傳動(dòng)。較高的傳動(dòng)。錫青銅：錫青銅： 鋁青銅鋁青銅： 灰鑄鐵灰鑄鐵： 蝸輪蝸輪常用材料有常用材料有： vs 8 m/s 的場(chǎng)合的場(chǎng)合。（抗膠合能力差抗膠合能力差） vs 2 m/s 的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 （抗膠合能力強(qiáng)，抗點(diǎn)蝕能力差抗膠合能力強(qiáng)，抗點(diǎn)蝕能力差） 第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 二

22、、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu) 由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿 軸），當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開(kāi)制作。軸），當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開(kāi)制作。 無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制銑制的辦法。的辦法。 有退刀槽，螺旋部分有退刀槽，螺旋部分可用車(chē)制，也可用銑制加工可用車(chē)制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu) 的剛度的剛度 較前一種差。較前一種差。 第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 組合式蝸輪 為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，為了減摩的需要，蝸輪通常要

23、用青銅制作。為了節(jié)省銅材， 當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，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：輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下： 第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析 蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒所受蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒所受 法向力法向力Fn可分解為：徑向力可分解為：徑向力Fr、周向力、周向力Ft、軸向力、軸向力Fa。 )712(tg )612( 2 )512( 2 221 2 2 21 1 1 21 trr ta at FFF d T F

24、F d T FF 1. 力的大小力的大小 u當(dāng)兩軸交錯(cuò)角為當(dāng)兩軸交錯(cuò)角為90時(shí)，各時(shí)，各 力大小為：力大小為： 式中：式中：T2=T1i，為蝸桿傳動(dòng)的效率。為蝸桿傳動(dòng)的效率。 2.力的方向力的方向 當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，各力方向判斷如下：當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，各力方向判斷如下： 蝸桿上的圓周力蝸桿上的圓周力 Ft1的方向與蝸桿轉(zhuǎn)向相反。的方向與蝸桿轉(zhuǎn)向相反。 蝸桿上的軸向力蝸桿上的軸向力 Fa1的方向可以根據(jù)蝸桿的螺旋線(xiàn)旋向和的方向可以根據(jù)蝸桿的螺旋線(xiàn)旋向和 蝸桿轉(zhuǎn)向，用（左）右手定則判斷。蝸桿轉(zhuǎn)向，用（左）右手定則判斷。 蝸輪上的圓周力蝸輪上的圓周力 Ft2 的方向與蝸輪的轉(zhuǎn)向相同（與蝸桿上的方向與蝸輪的轉(zhuǎn)

25、向相同（與蝸桿上 的軸向力的軸向力 Fa1的方向相反）。的方向相反）。 蝸輪上的軸向力蝸輪上的軸向力 Fa2 的方向與蝸桿上的圓周力的方向與蝸桿上的圓周力 Ft1的方向的方向 相反。相反。 蝸桿和蝸輪上的徑向力蝸桿和蝸輪上的徑向力 Fr1 、Fr2的方向分別指向各自的的方向分別指向各自的 軸心。軸心。 第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析 主動(dòng)輪（ 蝸桿） ：左旋用左手 右旋用右手 四指-方向 拇指-Fa1方向 從動(dòng)輪（ 蝸輪） ： Ft2與Fa1反向，由此確定其轉(zhuǎn)向。 第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析 第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析 例例1 1：標(biāo)出各圖中未注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，繪出蝸：標(biāo)出各圖中未

26、注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，繪出蝸 桿和蝸輪在嚙合點(diǎn)處的各分力的方向（均為蝸桿主動(dòng)）。桿和蝸輪在嚙合點(diǎn)處的各分力的方向（均為蝸桿主動(dòng)）。 n1 1 2 n2 2 1 n2 Ft2Fa1 Ft1 Fa2 n11 2 Ft1Fa2 n2 Ft2 Fa1 n1 Ft2 Fa1 Ft1 Fa2徑向力徑向力Fr 的方向：略的方向：略 傳動(dòng)系統(tǒng)如圖，已知輪4為輸出輪，轉(zhuǎn)向如圖，試： 1、合理確定蝸桿、蝸輪的旋向； 2、標(biāo)出各輪受力方向。 1 2 3 4 n4 n3n2 Fa3 Fa2Ft1 Fa1 Ft2 Ft3 Ft4 例例 Fa4 n1 徑向力徑向力Fr 的方向：略的方向：略 第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力

27、分析 圖示為一起重裝置，欲使重物上升，試在圖上畫(huà)出： n2 n3 Fa2 Fa3 Ft3 Ft2 Ft3 Fa4 n3 n2 n1 Fa2 Fa1 Fa3 Ft4 Ft2 F t1 4 33 2 21 電機(jī) 例例 1、電機(jī)轉(zhuǎn)向n1 ； 2、斜齒輪2的旋向； 3、嚙合點(diǎn)受力方向。 n4 徑向力徑向力Fr 的方向：略的方向：略 第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析 第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 u蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是膠合和磨損。但目前依據(jù)膠蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是膠合和磨損。但目前依據(jù)膠 合和磨損的強(qiáng)度計(jì)算缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù)，因而通常合和磨損的強(qiáng)度計(jì)算缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù)，因而

28、通常 沿用接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載沿用接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載 能力，而在選用許用應(yīng)力時(shí)適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因能力，而在選用許用應(yīng)力時(shí)適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因 素的影響，故其強(qiáng)度計(jì)算公式是條件性的。素的影響，故其強(qiáng)度計(jì)算公式是條件性的。 u由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋，其材料的強(qiáng)度又很高，因而由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋，其材料的強(qiáng)度又很高，因而 失效總是出現(xiàn)在蝸輪上，所以蝸桿傳動(dòng)只需對(duì)蝸輪輪齒失效總是出現(xiàn)在蝸輪上，所以蝸桿傳動(dòng)只需對(duì)蝸輪輪齒 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 1. 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接

29、觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 u目的：防止目的：防止“點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕”和和“膠合膠合”失效。失效。 u強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：HH u以蝸桿蝸輪節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力以蝸桿蝸輪節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 H 。 u校核公式校核公式: 2 2 A HEPH k T Z Z a u設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式： 上兩式上兩式 中中KA 為載荷系數(shù)，一般取為載荷系數(shù)，一般取KA=1.11.3。當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸輪。當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸輪 圓周速度圓周速度 v23m/s和和 7級(jí)精度以上時(shí)，取小值，否則取大值。級(jí)精度以上時(shí)，取小值，否則取大值。 3 2 EP A H Z Z ak T 當(dāng)蝸輪材料為錫青銅時(shí)，其材料具有良好的抗膠合能力

30、當(dāng)蝸輪材料為錫青銅時(shí)，其材料具有良好的抗膠合能力, , 蝸輪的損壞形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，其承載能力取決于輪齒蝸輪的損壞形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，其承載能力取決于輪齒 的接觸疲勞強(qiáng)度。因此，許用接觸應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的接觸疲勞強(qiáng)度。因此，許用接觸應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N、 材料及相對(duì)滑動(dòng)速度材料及相對(duì)滑動(dòng)速度v v2 2有關(guān)?？砂幢碛嘘P(guān)?？砂幢?2-4 12-4 選擇。選擇。 當(dāng)蝸輪材料為無(wú)錫青銅、黃銅或鑄鐵時(shí)，材料的強(qiáng)度較高，當(dāng)蝸輪材料為無(wú)錫青銅、黃銅或鑄鐵時(shí)，材料的強(qiáng)度較高， 抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，蝸輪的損壞形式主要是膠合，其承載能力抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，蝸輪的損壞形式主要是膠合，其承載能力 取決于其抗膠合能力，與

31、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無(wú)關(guān)，因此，許用取決于其抗膠合能力，與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無(wú)關(guān)，因此，許用 接觸應(yīng)力可從表接觸應(yīng)力可從表12-512-5查取。查取。 2. 2. 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 目的：防止目的：防止“疲勞斷齒疲勞斷齒”。 第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 u強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：FF u校核公式校核公式： cos 53. 1 2 21 2 FFa A F Y mdd TK u設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式： 2 2 2 1 2 cos 53. 1 Fa F A Y z TK dm 第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 3. 3. 蝸桿的剛度計(jì)算蝸桿的剛度計(jì)

32、算: : 蝸桿較細(xì)長(zhǎng)，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過(guò)蝸桿較細(xì)長(zhǎng)，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過(guò) 大，則會(huì)影響正常的嚙合傳動(dòng)。蝸桿產(chǎn)生的撓度應(yīng)小于大，則會(huì)影響正常的嚙合傳動(dòng)。蝸桿產(chǎn)生的撓度應(yīng)小于 許用撓度。許用撓度。 由切向力和徑向力產(chǎn)生的撓度分別為：由切向力和徑向力產(chǎn)生的撓度分別為： 合成總撓度為：合成總撓度為： 第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 1 31 3 11 , 4848 tr tr F lF l YY EIEI 22 11tr YYYY 第六節(jié)第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 一、蝸桿傳動(dòng)的效率一、蝸桿傳動(dòng)的效率 與

33、齒輪傳動(dòng)類(lèi)似，閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損耗包括三部分：與齒輪傳動(dòng)類(lèi)似，閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損耗包括三部分： 輪齒嚙合摩擦損耗，軸承中摩擦損耗以及攪動(dòng)箱體內(nèi)潤(rùn)輪齒嚙合摩擦損耗，軸承中摩擦損耗以及攪動(dòng)箱體內(nèi)潤(rùn) 滑油的油阻損耗。其總效率為滑油的油阻損耗。其總效率為 =123 其中最主要的是嚙合效率，當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，嚙合效率可其中最主要的是嚙合效率，當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，嚙合效率可 按螺旋傳動(dòng)的效率公式求出。按螺旋傳動(dòng)的效率公式求出。 式中：式中：為蝸桿導(dǎo)程角；為蝸桿導(dǎo)程角；為當(dāng)量摩擦角，為當(dāng)量摩擦角，=arctgf。當(dāng)。當(dāng) 量摩擦系數(shù)量摩擦系數(shù) f主要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑動(dòng)速度主要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑

34、動(dòng)速度 等有關(guān)等有關(guān)(見(jiàn)表見(jiàn)表12-7)。 因此考慮因此考慮 23后，蝸桿傳動(dòng)的總效率為后，蝸桿傳動(dòng)的總效率為 ）（）（1012 )(tg tg 97. 095. 0 1 1 tan d mz 因?yàn)樗运?z1 估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率時(shí)，可取下列數(shù)值：估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率時(shí)，可取下列數(shù)值： 閉式傳動(dòng)閉式傳動(dòng) z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92 開(kāi)式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng) z1=1 、2 =0.600.70 第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 目的：減摩、散熱。目的：減摩、散熱。

35、潤(rùn)滑油的粘度和給油方法可參照表潤(rùn)滑油的粘度和給油方法可參照表11-5選取。選取。 一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)滑油的粘度和給油方法。一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)滑油的粘度和給油方法。 蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高； 蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/61/3。給油方法：給油方法： 油池潤(rùn)滑：油池潤(rùn)滑： 噴油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑 為減小攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。蝸桿線(xiàn)速為減小攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。蝸桿線(xiàn)速 度度v24m/s時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳 動(dòng)，由蝸輪帶油潤(rùn)滑。動(dòng)，由蝸輪帶油潤(rùn)滑。 第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 潤(rùn)滑方式的選擇：潤(rùn)滑方式的選擇： 當(dāng)當(dāng)v vs s 510 m/s 510 m/s時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損 失，下置