第十二章蝸桿傳動(dòng)

1、第十二章第十二章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)是由蝸蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成。用于桿和蝸輪組成。用于空間交錯(cuò)軸之間的傳空間交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，通常兩軸交錯(cuò)角動(dòng)，通常兩軸交錯(cuò)角=90。 傳動(dòng)中一般蝸桿傳動(dòng)中一般蝸桿是主動(dòng)件，蝸輪是從是主動(dòng)件，蝸輪是從動(dòng)件。動(dòng)件。 蝸桿傳動(dòng)廣泛應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器和儀器中。于各種機(jī)器和儀器中。12-1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊;工作平穩(wěn)、噪聲小工作平穩(wěn)、噪聲小;傳動(dòng)比大傳動(dòng)比大;在在一定條件下，可以實(shí)現(xiàn)自鎖。一定條件下，可以實(shí)現(xiàn)自鎖。但效率低；蝸輪齒圈用青銅制造，成本較高。但

2、效率低；蝸輪齒圈用青銅制造，成本較高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：按蝸桿形狀分按蝸桿形狀分圓柱蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐面蝸桿傳動(dòng)錐面蝸桿傳動(dòng)二、蝸桿傳動(dòng)的類型二、蝸桿傳動(dòng)的類型普通圓柱蝸桿傳動(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)面蝸桿環(huán)面蝸桿 錐蝸桿錐蝸桿 圓柱蝸桿按其螺旋面圓柱蝸桿按其螺旋面的形狀分為：的形狀分為：阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿漸開線蝸桿漸開線蝸桿普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)1、蝸桿的形狀、蝸桿的形狀2、蝸桿的旋向、蝸桿的旋向蝸桿有左、右旋之分，常用的是右旋蝸桿。蝸桿有左、右旋之分，常用的是右旋蝸桿。3、蝸桿的制造精度、蝸桿的制造精

3、度v1 17.5 m/s -77.5 m/s -7級精度；級精度；v1 1 3 m/s -8 3 m/s -8級精度；級精度；v1 1 1.5 m/s -9 13、 蝸桿直徑系數(shù)蝸桿直徑系數(shù) q 及導(dǎo)程角及導(dǎo)程角 d1 標(biāo)準(zhǔn)系列值標(biāo)準(zhǔn)系列值 限制蝸輪滾刀數(shù)量，限制蝸輪滾刀數(shù)量，便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化。便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化。 d1 = m qq與導(dǎo)程角與導(dǎo)程角之關(guān)系：之關(guān)系：1dptgz111dpzx qz1 q = d1 / m蝸桿直徑系數(shù)：蝸桿直徑系數(shù)：11dmz 螺旋線導(dǎo)程螺旋線導(dǎo)程軸向齒距軸向齒距4、 齒面間相對滑動(dòng)速度齒面間相對滑動(dòng)速度 vs由此可見，由此可見，vs v1、v2所以蝸桿傳動(dòng)摩擦損失大

4、，效率低。所以蝸桿傳動(dòng)摩擦損失大，效率低。 在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)C處，蝸桿速度處，蝸桿速度為為v1 ，蝸輪速度為，蝸輪速度為v2 ，則齒，則齒面間沿蝸桿螺旋線方向的相面間沿蝸桿螺旋線方向的相對滑動(dòng)速度為對滑動(dòng)速度為vs ，有：，有：smvvvvvs/sincos212221 二、幾何尺寸計(jì)算二、幾何尺寸計(jì)算中心距中心距 a =(d1+d2)/2 = m(q+z2)/2其他尺寸計(jì)算見表其他尺寸計(jì)算見表12-3傳動(dòng)比傳動(dòng)比 i 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng) i = d2 / d1 i d2 / d1 m、 法面為標(biāo)準(zhǔn)值法面為標(biāo)準(zhǔn)值中間平面為標(biāo)準(zhǔn)值中間平面為標(biāo)準(zhǔn)值 1= - 2 =, 旋向相同旋向相同

5、d1 d1= mnz1/cosd1=mq,且為標(biāo)準(zhǔn)值且為標(biāo)準(zhǔn)值 12-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、 材料材料 和結(jié)構(gòu)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 二、蝸桿和蝸輪結(jié)構(gòu)二、蝸桿和蝸輪結(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、失效形式、失效形式齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒面膠合齒面磨損和輪齒斷裂等齒面磨損和輪齒斷裂等材料要求：不僅有足夠的強(qiáng)度，減摩、耐磨和抗膠合能力良好。材料要求：不僅有足夠的強(qiáng)度，減摩、耐磨和抗膠合能力良好。碳素鋼碳素鋼 45號(hào)鋼號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)或淬火調(diào)質(zhì)或淬火蝸蝸 桿桿合金鋼合金鋼 20Cr、20C

6、rMnTi、40Cr鑄錫鑄錫青銅青銅 ZCuSn10P1 適合高速適合高速蝸蝸 輪輪鑄鋁青銅鑄鋁青銅 ZCuAl 9Fe3 低速重載低速重載灰鑄鐵灰鑄鐵 HT200 低速輕載低速輕載減摩性好減摩性好2、材料選擇、材料選擇二、二、蝸桿和蝸輪結(jié)構(gòu)蝸桿和蝸輪結(jié)構(gòu)蝸桿結(jié)構(gòu)蝸桿結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)蝸桿絕大多數(shù)和軸制成一體，稱為蝸桿軸。蝸桿絕大多數(shù)和軸制成一體，稱為蝸桿軸。輪齒部分輪齒部分青銅青銅 輪轂部分輪轂部分鋼鋼 12-4 12-4 圓柱圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析 1、確定蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向、確定蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向2、蝸桿與蝸輪作用力判斷、蝸桿與蝸輪作用力判斷1、確定蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向、確定蝸輪的

7、旋轉(zhuǎn)方向 蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向與蝸桿的蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向與蝸桿的旋向旋向和蝸桿的和蝸桿的旋轉(zhuǎn)方旋轉(zhuǎn)方向向有關(guān)。有關(guān)。方法：方法：左右手定則左右手定則左旋蝸桿用左手定則判斷左旋蝸桿用左手定則判斷右旋蝸桿用右手定則判斷右旋蝸桿用右手定則判斷用右手定則判斷用右手定則判斷1、四指彎曲與、四指彎曲與蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向一蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。致。2、拇指的指向、拇指的指向?yàn)槁輻U相對螺母為螺桿相對螺母前進(jìn)的方向。前進(jìn)的方向。用左手定則判斷用左手定則判斷左旋蝸桿左旋蝸桿2、蝸桿與蝸輪受力分析、蝸桿與蝸輪受力分析圓周力圓周力Ft1 蝸桿傳動(dòng)的受力蝸桿傳動(dòng)的受力分析分析同斜齒輪相似。同斜齒輪相似。 齒面上的法向力齒面上的法向力Fn分

8、解成三個(gè)相互垂分解成三個(gè)相互垂直的分力，分別為：直的分力，分別為：軸向力軸向力 Fa1 徑向力徑向力 Fr1 蝸蝸桿桿蝸蝸輪輪圓周力圓周力Ft2 軸向力軸向力 Fa2 徑向力徑向力 Fr2 各力方向：各力方向： 1、蝸桿上的圓周力、蝸桿上的圓周力Ft1起阻起阻力作用，其方向與蝸桿回轉(zhuǎn)力作用，其方向與蝸桿回轉(zhuǎn)方向相反。方向相反。 蝸輪上的圓周力蝸輪上的圓周力Ft2起驅(qū)起驅(qū)動(dòng)作用，其方向與蝸輪回轉(zhuǎn)動(dòng)作用，其方向與蝸輪回轉(zhuǎn)方向相同。方向相同。 2、徑向力、徑向力Fr分別指向各自的圓心。分別指向各自的圓心。 3、蝸桿軸向力、蝸桿軸向力Fa1 ，按，按“左、右手定則左、右手定則”來判斷。來判斷。 蝸輪軸

9、向力蝸輪軸向力Fa2與與蝸桿圓周力蝸桿圓周力Ft1方向相反。方向相反。各力關(guān)系：各力關(guān)系：各力大?。焊髁Υ笮。?1atFF 21taFF 21rrFF 1121/2dTFFat tgFFFtrr221 2221/2dTFFta coscos/2tnFF iTT12 125 圓柱蝸桿傳動(dòng)的圓柱蝸桿傳動(dòng)的 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)：特點(diǎn)：因此，因此， 蝸輪輪齒的強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似，蝸輪輪齒的強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似，其強(qiáng)度公式可仿照斜齒輪的計(jì)算方法推導(dǎo)其強(qiáng)度公式可仿照斜齒輪的計(jì)算方法推導(dǎo)設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式 mmZZTkaHpEA322)(說明：說明：MPaa

10、KTZZHpEH32校核公式校核公式 EIlFYtt48311EIlFYrr48311 ，三三 蝸桿軸剛度計(jì)算蝸桿軸剛度計(jì)算 必要性：必要性： 蝸桿軸嚙合部位受力后蝸桿軸嚙合部位受力后軸產(chǎn)生撓曲軸產(chǎn)生撓曲影影響嚙合響嚙合局部偏載、干涉局部偏載、干涉 蝸桿軸撓曲蝸桿軸撓曲主要由圓周力和徑向力造成的，軸向力可以主要由圓周力和徑向力造成的，軸向力可以忽略忽略 不計(jì)。不計(jì)。撓度計(jì)算：設(shè)軸為自由支承撓度計(jì)算：設(shè)軸為自由支承,004. 0mY桿取許用最大撓度；淬火蝸L兩支承間距離；兩支承間距離；6441dI2121YYYYtr式中式中 I蝸桿軸中間截面的慣性矩蝸桿軸中間截面的慣性矩模數(shù)；調(diào)質(zhì)蝸桿取mm,0

11、1. 012-6 12-6 圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、 潤滑和熱平衡計(jì)算潤滑和熱平衡計(jì)算一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的潤滑二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的潤滑三、圓柱蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算三、圓柱蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率 = 123 230.950.97輪齒嚙合的功率損耗1軸承中摩擦損耗 2攪動(dòng)箱體內(nèi)潤滑油的油阻損耗 3)(1vtgtg )()96.095.0(vtgtg 設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)之初， 未知，可按未知，可按 z1 初選：初選： z1 = 1 時(shí)，時(shí)， = 0.70.75 z2 = 2 時(shí)，時(shí)， = 0.750.82 z2 = 4 時(shí)，時(shí)， = 0.870.92 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性，但效率很低時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性，但效率很低 4 m/s時(shí)蝸桿上置時(shí)蝸桿上置有利于潤滑有利于潤滑 避免過大的攪油損失避免過大的攪油損失 三、圓柱蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算三、圓柱蝸