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1、蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)第第7 7章蝸桿傳動(dòng)章蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成。一般蝸桿為主動(dòng)件,用于傳蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成。一般蝸桿為主動(dòng)件,用于傳遞交錯(cuò)軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,通常兩軸交錯(cuò)角遞交錯(cuò)軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,通常兩軸交錯(cuò)角為為9090 。7.1 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)7.2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算7.3 蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)7.4 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算7.5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡7.6 蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù)蝸桿傳動(dòng)的安裝與維護(hù) 一、一、蝸桿與蝸輪的材料蝸

2、桿與蝸輪的材料1. 1. 為了減摩,通常蝸桿用鋼材,蝸輪用有色為了減摩,通常蝸桿用鋼材,蝸輪用有色金屬(銅合金、鋁合金)。金屬(銅合金、鋁合金)。2. 2. 高速重載的蝸桿常用高速重載的蝸桿常用15Cr15Cr、20Cr20Cr滲碳淬火,滲碳淬火,或或4545鋼、鋼、40Cr40Cr淬火。淬火。3. 3. 低速中輕載的蝸桿可用低速中輕載的蝸桿可用4545鋼調(diào)質(zhì)。鋼調(diào)質(zhì)。4. 4. 蝸輪常用材料有:鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、蝸輪常用材料有:鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等?;诣T鐵等。7.3蝸桿與蝸輪的材料和結(jié)構(gòu)蝸桿與蝸輪的材料和結(jié)構(gòu) 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

3、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用淬火。低速中輕載的蝸桿可用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)。鑄錫青銅:鑄錫青銅:鑄鋁青

4、銅:鑄鋁青銅: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,且要進(jìn)行時(shí)效的場(chǎng)合,且要進(jìn)行時(shí)效處理,防止變形。處理,防止變形。(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)二、二、蝸桿、渦輪的結(jié)構(gòu)蝸桿、渦輪的結(jié)構(gòu)1. 1. 蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿常和軸做成一個(gè)整體。蝸桿常和軸做成一個(gè)整體。無(wú)退刀槽,加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。無(wú)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(chē)制,也可用銑制加有退刀槽,螺旋部分可用車(chē)制,也可用銑制加 工,但該結(jié)構(gòu)的剛度較前一種差。工,但該結(jié)構(gòu)的剛度

5、較前一種差。蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)2. 蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸輪的結(jié)構(gòu)齒圈式齒圈式整體式整體式蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸輪的結(jié)構(gòu)鑲鑄式鑲鑄式螺栓連接式螺栓連接式7.4 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 一、一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(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,輪齒蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似,輪齒在受到法向載荷在受到法向載荷Fn的情況下,可分解出徑向載荷的情況下,可分解出徑向載荷Fr、圓周載荷圓周載荷Ft、軸向載荷、軸向載荷Fa。a211t12FdTFt2a1FFr2r1FFtan2r2tFF2222dTFtFt2Ft1Fx2Fx1Fr1Fr2T2n2n1T1力的大小力的

6、大小 21112atFdTF12222atFdTFtgFFFtrr221圓周力圓周力 軸向力軸向力 徑向力徑向力 蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)方向。蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋蝸輪所受

7、徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)方向。徑向力徑向力 =徑向力徑向力蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)方向。徑向力徑向力 =徑向力徑向力周向力周向力 =軸向力軸向力蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋蝸輪所受徑向力、

8、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)方向。徑向力徑向力 =徑向力徑向力周向力周向力 =軸向力軸向力周向力周向力 =軸向力軸向力蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺旋線方向如圖所示,試判斷蝸桿、蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋蝸輪所受徑向力、圓周力和軸向力的方向,以及蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向。轉(zhuǎn)方向。從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向徑向力徑向力 =徑向力徑向力周向力周向力 =軸向力軸向力周向力周向力 =軸向力軸向力Ft主反從主反從同同 Fr指向各自指向各自的軸線的軸線 Fa1蝸桿左右手螺旋定則蝸桿左右手螺旋定則 軸向力軸

9、向力 徑向力徑向力圓周力圓周力 蝸輪轉(zhuǎn)向的判別蝸輪轉(zhuǎn)向的判別 : Fa1的反向即為蝸輪的角速度的反向即為蝸輪的角速度w2方向方向例例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))。n112n221n2Ft2Fa1Ft1Fa2n112Ft1Fa2n2Ft2Fa1n1Ft2Fa1Ft1Fa2徑向力徑向力Fr 的方向:略的方向:略傳動(dòng)系統(tǒng)如圖,已知輪傳動(dòng)系統(tǒng)如圖,已知輪4為輸出輪,轉(zhuǎn)向如圖,試:為輸出輪,轉(zhuǎn)向如圖,試:1、合理確定蝸桿、蝸輪的旋向;

10、、合理確定蝸桿、蝸輪的旋向;2、標(biāo)出各輪受力方向。、標(biāo)出各輪受力方向。1234n4n3n2Fa3Fa2Ft1Fa1Ft2Ft3Ft4例例Fa4n1徑向力徑向力Fr 的方向:略的方向:略圖示為一起重裝置,欲使重物上升,試在圖上畫(huà)出:圖示為一起重裝置,欲使重物上升,試在圖上畫(huà)出:n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1433221電機(jī)例例1、電機(jī)轉(zhuǎn)向、電機(jī)轉(zhuǎn)向n1 ; 2、斜齒輪、斜齒輪2的旋向;的旋向; 3、嚙合點(diǎn)受力方向。、嚙合點(diǎn)受力方向。n4徑向力徑向力Fr 的方向:略的方向:略7.5蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱

11、平衡計(jì)算 一、蝸桿傳動(dòng)的效率一、蝸桿傳動(dòng)的效率與齒輪傳動(dòng)類(lèi)似,閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損耗包括三部分: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)滑輪齒嚙合摩擦損耗,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),嚙合效率可按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。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)

12、速度主要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑動(dòng)速度等有關(guān)。等有關(guān)。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)(tgtg97. 095. 011tandmz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 二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑目的目的:減摩、散熱。:減摩、散熱。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7-10選取。選取。一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選

13、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。蝸桿線速為減小攪油損失,下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。蝸桿線速度度v24m/s時(shí),常將蝸桿置于蝸輪之上,形成上置式傳動(dòng),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。由蝸輪帶油潤(rùn)滑。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/

14、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,下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。失,下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。當(dāng)當(dāng)v vs s 1015 m/s 1015 m/s時(shí),采用壓力噴油潤(rùn)滑。時(shí),采用壓力噴油潤(rùn)滑。當(dāng)當(dāng)v v1 1 4 m/s 4 m/s時(shí),采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。時(shí),采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。 三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)效率低、發(fā)熱量大,若不及時(shí)散熱,會(huì)引起箱體由于蝸桿傳動(dòng)效率低、發(fā)熱量大,若不及時(shí)散熱,會(huì)引起箱體內(nèi)油溫升高、潤(rùn)滑失效,導(dǎo)致輪齒磨損加劇,甚至出現(xiàn)膠合。內(nèi)油溫升高、潤(rùn)滑失效,導(dǎo)致輪齒磨損加劇,甚至出現(xiàn)膠合。因此對(duì)連續(xù)工作的閉

15、式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。因此對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡:在單位時(shí)間內(nèi),摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。熱平衡:在單位時(shí)間內(nèi),摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。在閉式傳動(dòng)中,熱量系通過(guò)箱殼散逸,且要求箱體內(nèi)的油溫在閉式傳動(dòng)中,熱量系通過(guò)箱殼散逸,且要求箱體內(nèi)的油溫t() 和周?chē)諝鉁囟群椭車(chē)諝鉁囟?t0() 之差不超過(guò)允許值之差不超過(guò)允許值式中:式中:t溫度差,溫度差, t=t-t0; )1112()1 (10001tAPttP1蝸桿傳遞功率,單位為蝸桿傳遞功率,單位為 kW;t表面散熱系數(shù),根據(jù)箱體周?chē)L(fēng)條件,一般表面散熱系數(shù),根據(jù)箱體周?chē)L(fēng)條件,一般取取 t =1017W/(m2);A散熱面積,單位為散熱面積,單位為 m2 ,指箱體外壁與空氣接,指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積,對(duì)于箱體上的散熱觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積,對(duì)于箱體上的散熱片,其散熱面積按片,其散熱面積按50%計(jì)算;計(jì)算;t溫差允許值,一般為溫差允許值,一般為 6070。并應(yīng)使油溫。并應(yīng)使油溫 t (=t0 +t) 小于小于 90 。如果超過(guò)溫差允許值,可采用下述冷卻措施:如果超過(guò)溫差允許值,可采

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