東北大學(xué)機(jī)械12第12章蝸桿傳動(dòng)

1、 第第1212章章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)2目目 錄錄6-1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型6-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸6-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料6-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、轉(zhuǎn)向判定與滑動(dòng)速度6-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算6-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)3 3、傳動(dòng)比大，準(zhǔn)確恒定，一般、傳動(dòng)比大，準(zhǔn)確恒定，一般i i=1080=10802 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 （連續(xù)嚙合）（連續(xù)嚙合）6 6、齒面間滑動(dòng)速度大，發(fā)熱磨損大（熱平衡計(jì)算）、齒面間滑動(dòng)速度大，發(fā)熱磨損大（熱平衡計(jì)算）5 5、可實(shí)現(xiàn)自鎖

2、（效率低于、可實(shí)現(xiàn)自鎖（效率低于40% 40% ） 904 4、傳動(dòng)效率低，、傳動(dòng)效率低，z1=1 =0.7z1=1 =0.70.75,0.75, z1=2 =0.75 z1=2 =0.750.820.827 7、技術(shù)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù): n1=4000 r/min; v1=69 m/s; : n1=4000 r/min; v1=69 m/s; P=1000kW; T2=700 kNm P=1000kW; T2=700 kNm1 1、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用動(dòng)畫4二、類型二、類型 6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型2、 圓圓 環(huán)環(huán) 面面 蝸蝸 桿桿、圓圓錐錐蝸蝸

3、桿桿3、圓圓柱柱蝸蝸桿桿1）阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿（ ZA)1(）漸漸開開線線蝸蝸桿桿（ ZI)2(圓圓弧弧圓圓柱柱蝸蝸桿桿)5(）延延伸伸漸漸開開線線蝸蝸桿桿（ ZN)3(）錐錐面面包包絡(luò)絡(luò)圓圓柱柱蝸蝸桿桿（ ZK)4(動(dòng)畫動(dòng)畫動(dòng)畫5）阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿（ ZA6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型齒型：端面：阿基米德螺線齒型：端面：阿基米德螺線 軸軸 面：直廓（面：直廓（ x1=20直齒條齒廓直齒條齒廓 ）特點(diǎn)：加工方便，應(yīng)用廣，不能磨削，精度低特點(diǎn)：加工方便，應(yīng)用廣，不能磨削，精度低加工：直刃車刀，切削刃過軸面加工：直刃車刀，切削刃過軸面蝸桿螺旋線加工6三、精度等級(jí)三、精度等級(jí) 6-1

4、6-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型1 1、精度等級(jí)：、精度等級(jí)：GB10095-88GB10095-88規(guī)定，規(guī)定，1-121-12級(jí)（級(jí)（1212級(jí)最低）級(jí)最低） 2 2、精度選擇：傳動(dòng)功率、使用條件、蝸輪圓周速度、精度選擇：傳動(dòng)功率、使用條件、蝸輪圓周速度 （P198P198表表12-112-1） 蝸輪：在滾齒機(jī)上用滾刀或飛刀加工蝸輪：在滾齒機(jī)上用滾刀或飛刀加工 滾刀的形狀和尺寸和與之嚙合的蝸桿相同滾刀的形狀和尺寸和與之嚙合的蝸桿相同76-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇1 1、模數(shù)、模數(shù)m m和齒形角和齒形角a a（1 1）中間平面：）中間平面： 過蝸桿軸線、

5、垂直蝸輪軸線的平面過蝸桿軸線、垂直蝸輪軸線的平面（2 2）嚙合關(guān)系：齒條、齒輪嚙合）嚙合關(guān)系：齒條、齒輪嚙合 mx1= mt2 = m; a ax1= a at2=a a ；2 2= =1 1中間平面86-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇2 2、蝸桿的分度圓直徑、蝸桿的分度圓直徑d d1 1分析：蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同，分析：蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同， 為了限制滾刀的數(shù)目，為了限制滾刀的數(shù)目， 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù), , 僅有有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑僅有有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d

6、d1 1。（。（表表12-212-2） mzpzdx1111tan )(tan11mqzmd 直直徑徑：d1(分度圓周長(zhǎng))mz1m96-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇3 3、蝸桿的頭數(shù)、蝸桿的頭數(shù)z1、z2按傳動(dòng)比與效率要求選定按傳動(dòng)比與效率要求選定選取原則：選取原則：(1) i大，取大，取z1小，（避免小，（避免z2過大，蝸輪尺寸大）過大，蝸輪尺寸大）(2) 傳遞功率大，選大傳遞功率大，選大z1(避免發(fā)熱、功率損失避免發(fā)熱、功率損失)(3) z1=1、2、4、6(4) z2=2780z1小，機(jī)構(gòu)緊湊、加工方便；效率較低；小，機(jī)構(gòu)緊湊、加工方便；效率較低；

7、 z1大，效率越高，加工困難。大，效率越高，加工困難。 通常蝸桿頭數(shù)取為通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。動(dòng)畫106-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇4 4、主要尺寸、主要尺寸111tanmzzmd 22mzd )(21tan(21)(2121)2121zzmzzmdda 121221ddzznni 蝸輪蝸輪 蝸桿蝸桿11二二. .蝸桿傳動(dòng)變位蝸桿傳動(dòng)變位6-2 6-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸1、變位目的：、變位目的：(1)湊中距湊中距(2)提高承載能力和傳動(dòng)效率提高承載能力和傳動(dòng)效率2、變位特點(diǎn)：刀具相對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng)，刀具參數(shù)不變、變位特點(diǎn)：刀具相

8、對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng)，刀具參數(shù)不變12二二. .蝸桿傳動(dòng)變位蝸桿傳動(dòng)變位6-2 6-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸mxaa2 maax/ )(2 4 4、變位系數(shù)：、變位系數(shù)： 中心距中心距 變位系數(shù)變位系數(shù) /22dd mxdd2112 3 3、變位傳動(dòng)：蝸輪變位、蝸桿不變、變位傳動(dòng)：蝸輪變位、蝸桿不變位位 蝸輪尺寸改變，分圓節(jié)圓重合蝸輪尺寸改變，分圓節(jié)圓重合 蝸桿尺寸不變，節(jié)圓與分度圓不重合蝸桿尺寸不變，節(jié)圓與分度圓不重合136-3蝸桿傳動(dòng)受力分析21atFF 21taFF21nnFF 方向相同方向相同從動(dòng)輪與從動(dòng)輪與方向相反方向相反主動(dòng)輪與主動(dòng)輪與主動(dòng)輪左右手定則主動(dòng)輪左右手定則指向各自

9、輪心指向各自輪心節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)vvFFFFFtarn1111412-3蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析 21atFF 21taFF21nnFF 1512-3蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析 二、轉(zhuǎn)向判定ttt(1)()(2)F FvFv主主從從主主從從圓圓周周力力與與反反向向，與與同同向向主主動(dòng)動(dòng)輪輪左左右右手手定定則則1612-3蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析 111212221211222tantandTFdiTdTFFFFFFFttatarn a aa a1712-3蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析15cos2cos111dvvs三、滑動(dòng)速度m/svs大，發(fā)熱量大大，發(fā)熱量大

10、 ,易磨損、膠合易磨損、膠合1812-412-4蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1 1、蝸桿齒強(qiáng)度高，只按軸計(jì)算其強(qiáng)度、剛度蝸桿齒強(qiáng)度高，只按軸計(jì)算其強(qiáng)度、剛度2 2、蝸輪主要失效形式：膠合、點(diǎn)蝕、磨損、蝸輪主要失效形式：膠合、點(diǎn)蝕、磨損、斷齒、斷齒3、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算（抗點(diǎn)蝕為主，降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合影響）（抗點(diǎn)蝕為主，降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合影響）蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，熱平衡計(jì)算，熱平衡計(jì)算，蝸桿軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算蝸桿軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算192.2

11、.常用材料常用材料要求：強(qiáng)度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力要求：強(qiáng)度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力12-412-4蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料蝸輪材料蝸輪材料：錫青銅錫青銅:(ZCuSn10Pb1等等)， 耐磨好，價(jià)格高，用于耐磨好，價(jià)格高，用于V VS S 3 m/s鋁青銅鋁青銅: :(ZCuAl19Mn2等等)，耐磨差，強(qiáng)度高，價(jià)格低，耐磨差，強(qiáng)度高，價(jià)格低V VS S 2 m/s鑄鑄 鐵：耐磨差，強(qiáng)度低，價(jià)格低，有自鎖要求傳動(dòng)鐵：耐磨差，強(qiáng)度低，價(jià)格低，有自鎖要求傳動(dòng)蝸桿材料：蝸桿材料：高速重載高速重載合金鋼合金鋼 滲碳淬火滲碳淬火(15Cr，20Cr，20Cr

12、MnTi)、硬度、硬度5 5862HRC 表面淬火表面淬火(45，40Cr，40CrNi) 、硬度、硬度4550HRC 一般低速中載一般低速中載碳鋼碳鋼(40，45)調(diào)質(zhì)，硬度調(diào)質(zhì)，硬度200300HBS2012-5 蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算HEHzdmKTZ2212264. 922212)(64. 9HEzZKTdm驗(yàn)算式設(shè)計(jì)式：KKKKvA蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算FFaFYmddKT2212cos53. 122212cos53. 1FaFYzKTdm驗(yàn)算式：設(shè)計(jì)式：mm3mm3N/mm2N/mm22112-6蝸桿傳動(dòng)效

13、率與熱平衡效率與熱平衡1 1、閉式蝸桿傳動(dòng)效率、閉式蝸桿傳動(dòng)效率= 1 .2. 3（1 1） 1嚙合效率嚙合效率)tan(tan1v v當(dāng)量摩擦角，可根據(jù)滑動(dòng)速度vs選取， cos100060cos111ndvvs 蝸桿分度圓導(dǎo)程角；蝸桿分度圓導(dǎo)程角；d1蝸桿分度圓直徑；蝸桿分度圓直徑；n1蝸桿的轉(zhuǎn)速。蝸桿的轉(zhuǎn)速。z1=1, z1=2, z1=4 z1=6 =0.7 =0.8 =0.9 =0.95估算估算總效率總效率 （2 2） 2 2軸承效率軸承效率 3 3攪油效率攪油效率一般取一般取 2 . 3=0.950.9622、閉式蝸桿熱平衡計(jì)算閉式蝸桿熱平衡計(jì)算120211)()1(1000HHt

14、tAKHPHd 熱熱平平衡衡條條件件：散散熱熱功功率率：發(fā)發(fā)熱熱功功率率：101000(1)dPttCK A平平衡衡油油溫溫：AA有效散熱面積（箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外可散熱）有效散熱面積（箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外可散熱）P P1 1蝸桿傳動(dòng)的功率蝸桿傳動(dòng)的功率K Kd d箱體表面散熱系數(shù)（箱體表面散熱系數(shù)（8.158.1517.45 W/m17.45 W/m2 2 C C）tt油的工作溫度油的工作溫度t t0 0周圍空氣溫度周圍空氣溫度 常取常取20 20 0 0C CCtt8075熱熱平平衡衡條條件件： 12-6蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡效率與熱平衡233 3、蝸桿傳動(dòng)散熱措施、蝸桿傳動(dòng)散熱措施（1

15、） 加散熱片以增大散熱面積加散熱片以增大散熱面積（2） 在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通散熱片濺油輪風(fēng)扇過濾網(wǎng)集氣罩空氣流空氣流12-6蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡效率與熱平衡246-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3 3、蝸桿傳動(dòng)散熱措施、蝸桿傳動(dòng)散熱措施(3) 加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻通水油泵過濾器冷卻器傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器256-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)一、一、蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。 無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)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)的剛度有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用