汽車機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)工配套課件：4單元4 蝸桿傳動

1、汽車機(jī)械基礎(chǔ)模塊四 汽車常用傳動分析單元十四 蝸桿傳動學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識目標(biāo)(1)了解蝸輪蝸桿傳動的特點(diǎn)。(2) 了解蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)(3)熟悉蝸桿傳動的基本參數(shù)。(4)掌握蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判定，會計(jì)算蝸輪蝸桿傳動的傳動比。(5)了解蝸輪蝸桿傳動的失效形式。 2.能力目標(biāo) 能正確判別蝸輪的轉(zhuǎn)向任務(wù)引入 蝸桿傳動具有大傳動比和自鎖性等特點(diǎn)，在汽車中應(yīng)用比較廣泛。例如，托森差速器利用蝸輪蝸桿的實(shí)現(xiàn)差速鎖止功能；汽車中常用的蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向機(jī)，將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂栖囕啍[動的直線運(yùn)動。（a）托森差速器 （b）蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向機(jī)目錄01任務(wù)一 蝸桿傳動的類型與特點(diǎn)02任務(wù)二 蝸桿傳動的主要參數(shù)和尺寸計(jì)算03

2、任務(wù)三 蝸桿傳動的失效與材料04任務(wù)四 蝸桿傳動的維護(hù)目錄01第一節(jié) 蝸桿傳動的概述02任務(wù)二蝸桿傳動的主要參數(shù)和尺寸計(jì)算03任務(wù)三 蝸桿傳動的失效與材料04任務(wù)四 蝸桿傳動的維護(hù)蝸桿傳動的組成和特點(diǎn)1.蝸桿傳動的組成 蝸桿傳動由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成。 主要用于空間兩交錯軸之間運(yùn)動和動力的傳遞。 通常蝸桿與蝸輪的軸線在空間交錯成90，一般以蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。蝸桿傳動的組成和特點(diǎn)2.蝸桿傳動的特點(diǎn)蝸桿傳動既有齒輪傳動的某些特點(diǎn)，又有區(qū)別于齒輪傳動的特性。與齒輪傳動相比，蝸桿傳動具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)傳動比大且準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。一般蝸桿傳動中，傳動比i=1080 ，在分度機(jī)構(gòu)中，傳動比可達(dá)6

3、001000 。如此大的傳動比，若采用齒輪傳動則需用多級傳動，因此蝸桿傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。此外，與齒輪傳動相同，蝸桿傳動也能提供準(zhǔn)確的瞬時(shí)傳動比。蝸桿傳動的組成和特點(diǎn)2.蝸桿傳動的特點(diǎn)(2)傳動平穩(wěn)，噪聲很小 蝸桿上的齒是連續(xù)的螺旋形齒，蝸桿與蝸輪一直處于連續(xù)嚙合，因此傳動平穩(wěn)，噪聲很小。(3)可實(shí)現(xiàn)自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角 小于材料的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動可實(shí)現(xiàn)單向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，不能由蝸輪帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。這一特性可用于需要自鎖的起重設(shè)備中。 但在在蝸桿傳動中，蝸輪與蝸桿之間的摩擦較大，造成傳動效率較低，一般僅為0.70.9，而能自鎖的蝸桿傳動，效率僅為0.4左右。為降低蝸輪與蝸桿

4、之間的摩擦并減小磨損，提高傳動效率和工作壽命，蝸輪通常選用價(jià)格昂貴的青銅合金等材料，因此使用成本較高。蝸桿傳動的類型 1.按蝸桿形狀（a）圓柱面蝸桿傳動 （b）圓弧面蝸桿傳動 （c）錐面蝸桿傳動蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型 按蝸桿形狀按蝸桿螺旋線方向按蝸桿頭數(shù)圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動左旋蝸桿右旋蝸桿單頭蝸桿多頭蝸桿目錄01任務(wù)一 蝸桿傳動的類型與特點(diǎn)02任務(wù)二蝸桿傳動的主要參數(shù)和尺寸計(jì)算03任務(wù)三 蝸桿傳動的失效與材料04任務(wù)四 蝸桿傳動的維護(hù)蝸桿傳動的主要參數(shù)蝸桿主要參數(shù)1模數(shù)m、齒形角 2蝸桿分度圓導(dǎo)程角 3蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q 4蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2 蝸桿傳

5、動的主要參數(shù)1.模數(shù)m、齒形角 蝸桿的軸面模數(shù)mx1和蝸輪的端面模數(shù)mt2相等，且為標(biāo)準(zhǔn)值。 蝸桿的軸面齒形角x1和蝸輪的端面齒形角t2相等，且為標(biāo)準(zhǔn)值。 x1t220 mx1mt2m蝸桿傳動的主要參數(shù)2.蝸桿分度圓導(dǎo)程角指蝸桿分度圓柱螺旋線的切線與端平面之間的銳角tan = px z1/d1 = z1m / d1 蝸桿傳動的主要參數(shù)3.蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q切制蝸輪的滾刀，其分度圓直徑、模數(shù)和其他參數(shù)必須與該蝸輪相配的蝸桿一致，齒形角與相配的蝸桿相同。 為了使刀具標(biāo)準(zhǔn)化，限制滾刀的數(shù)目，對一定模數(shù)m的蝸桿的分度圓直徑d1作了規(guī)定，即規(guī)定了蝸桿直徑系數(shù)q，且q = d1/m。 蝸桿

6、傳動的主要參數(shù)4蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2 與蝸桿頭數(shù)z1：根據(jù)蝸桿傳動傳動比和傳動效率來選定，一般推薦選用z1 = 1、2、4、6。 蝸輪齒數(shù)z2：根據(jù)z1和傳動比i來確定。一般推薦z2 = 2980。 蝸桿傳動的傳動比和幾何尺寸計(jì)算1.蝸桿傳動的傳動比：蝸桿傳動的傳動比和幾何尺寸計(jì)算2.蝸桿傳動的幾何尺寸計(jì)算蝸桿傳動的正確嚙合條件1在中間平面內(nèi)，蝸桿的軸面模數(shù)mx1和蝸輪的端面模數(shù)mt2相等。2在中間平面內(nèi)，蝸桿的軸面齒形角x1和蝸輪的端面齒形角t2相等。3蝸桿分度圓導(dǎo)程角1和蝸輪分度圓柱面螺旋角2相等，且旋向一致。 mx1mt2 x1t2 12 蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判斷1判斷蝸桿或蝸輪的旋向

7、右手法則： 手心對著自己，四指順著蝸桿或蝸輪軸線方向擺正，若齒向與右手拇指指向一致，則該蝸桿或蝸輪為右旋，反之則為左旋。 蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判斷2判斷蝸輪的回轉(zhuǎn)方向 左、右手法則： 左旋蝸桿用左手，右旋蝸桿用右手，用四指彎曲表示蝸桿的回轉(zhuǎn)方向，拇指伸直代表蝸桿軸線，則拇指所指方向的相反方向即為蝸輪上嚙合點(diǎn)的線速度方向。 目錄01任務(wù)一 蝸桿傳動的類型與特點(diǎn)02任務(wù)二蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何計(jì)算03任務(wù)三 蝸桿傳動的失效與材料04任務(wù)四 蝸桿傳動的維護(hù)蝸桿傳動的失效1.蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效大多數(shù)發(fā)生在蝸輪的輪齒上。與齒輪傳動類似，其失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損以及齒面膠合等。由

8、于在蝸桿傳動中，蝸輪與蝸桿嚙合齒面間的相對滑動速度很高，摩擦力大，發(fā)熱嚴(yán)重，故最容易出現(xiàn)的失效形式是齒面磨損、膠合。其中，閉式蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合，開式蝸桿傳動的主要失效形式是齒面磨損。蝸桿與蝸輪材料由蝸桿傳動的失效形式可知，蝸輪和蝸桿除了應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)具有良好的減磨性、耐磨性和抗膠合能力。由于蝸桿嚙合的次數(shù)比蝸輪多，故蝸桿材料的硬度應(yīng)比蝸輪高。1.蝸桿材料蝸桿齒面要求具有較高的硬度和較小的表面粗糙度，常用的材料有碳鋼和合金鋼。為提高蝸桿的齒面硬度，需要對其進(jìn)行合理的熱處理。蝸桿常用材料的性能、熱處理方式及適用范圍如表蝸桿與蝸輪材料材料名稱牌號熱處理齒面硬度適用場合滲碳鋼

9、20Cr，20CrMnTi滲碳淬火5863 HRC高速、大功率的重要蝸桿傳動淬火鋼42CrNi，40Cr，45表面淬火4555 HRC平速度較高、功率較大的蝸桿傳動調(diào)質(zhì)鋼40，45調(diào)質(zhì)220270 HBW低速、非重要蝸桿傳動 蝸桿常用材料的性能、熱處理方式及適用范圍蝸桿與蝸輪材料2.蝸輪材料蝸輪多由青銅合金制造，一般可根據(jù)嚙合時(shí)齒面間的相對滑動速度vs進(jìn)行選擇。為節(jié)約成本，在低速傳動中，蝸輪也可選用鑄鐵制造。材料名稱典型牌號性能特點(diǎn)適用滑動速度工作條件鑄造錫青銅ZCuSn10Pb1 抗膠合能力強(qiáng)，減摩性好，但價(jià)格昂貴各類穩(wěn)定載荷的重要場合鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2強(qiáng)度高，價(jià)格便宜，但

10、抗膠合能力差中低載荷的場合灰鑄鐵HT200價(jià)格便宜，抗膠合能力差低速、輕載場合蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)1.蝸桿結(jié)構(gòu) 蝸桿螺旋部分的尺寸不大，故蝸桿常與軸做成一體，稱為蝸桿軸，常用車削或銑削加工。其中，車制蝸桿上需要留有退刀槽，如圖 （a）所示，這將導(dǎo)致軸徑小于蝸桿的齒根圓直徑，使蝸桿軸的剛度受到削弱；銑制蝸桿不需要退刀槽，且軸的直徑可以大于蝸桿齒根圓的直徑，如圖 （b）所示，故其剛度較大。 （a）車制蝸桿 (b）銑制蝸桿蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)1.蝸輪結(jié)構(gòu)蝸輪的結(jié)構(gòu)形式有整體式和組合式兩種。其中，整體式結(jié)構(gòu)多用于鑄鐵蝸輪或小尺寸的青銅蝸輪，圖 （a）所示。對于尺寸較大的蝸輪，齒圈和輪芯通常采用不同材料，以節(jié)約貴重

11、的青銅材料。圖 （b）所示是在鑄鐵輪芯上加鑄青銅齒圈得到的拼鑄式蝸輪，常用于批量制造；圖 （c）所示為青銅齒圈通過過盈配合裝在鑄鐵輪芯上得到的壓配式蝸輪，為了增加連接的可靠性，常在接縫處擰上螺釘。當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，齒圈和輪芯可采用鉸制孔用螺栓連接，如圖 （d）所示。蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)1.蝸輪結(jié)構(gòu) （a）整體式 （b）拼鑄式 （c）壓配式 （d）螺栓連接式 蝸輪的結(jié)構(gòu)形式目錄01任務(wù)一 蝸桿傳動的類型與特點(diǎn)02任務(wù)二蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何計(jì)算03任務(wù)三 蝸桿傳動的失效與材料04任務(wù)四 蝸桿傳動的維護(hù)蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動時(shí)，蝸輪與蝸桿的相對速度大，傳動效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，為了減少摩擦，延長蝸桿傳動的工作壽命，需要進(jìn)行良好的潤滑。良好的潤滑不僅可以減小摩擦，提高蝸桿的傳動效率，還能防止輪齒膠合并減少磨損。蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動常用的潤滑方式有油池潤滑和噴油潤滑。當(dāng)滑動速度Vs1015m/s時(shí)，蝸桿傳動一般采用油池潤滑。為減少攪油損失，蝸桿宜放置在蝸輪下方，且不宜浸油過深，如圖 （a）所示。當(dāng)滑動速度Vs4m/s時(shí)，一般將蝸桿放置在蝸輪上方，如圖 （b）所示。當(dāng)Vs510m/s時(shí)，蝸桿傳動多采用噴油潤滑，如圖 （c）所示。(a） （b） （c）蝸桿傳動的散熱