機械四大傳動的分析與研究

魏東電氣11120110344113機械四大傳動的分析與研究根據(jù)傳動方式，機械傳動可以分為嚙合傳動（如齒輪傳動，蝸桿傳動，鏈傳動及蝸桿傳動等），摩擦傳動（如帶傳動，摩擦傳動等）和推壓傳動（凸輪機構(gòu)，棘輪機構(gòu)等）三大類。按照傳動裝置的結(jié)構(gòu)可分為直接接觸傳動（如齒輪傳動）、有中間撓性件的傳動（如帶傳動）或有中間剛性件的傳動（如連桿機構(gòu)）；根據(jù)傳動比能否改變，機械傳動可以分為固定傳動比傳動、可調(diào)傳動比傳動、變傳動比傳動。帶傳動帶傳動是一種摩擦傳動，由柔性帶和帶輪組成傳遞運動和（或）動力的機械傳動，分摩擦傳動和嚙合傳動。帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。如右圖所示：根據(jù)工作原理的不同，帶傳動分為摩擦型和嚙合型兩大類。圖表SEQ圖表\*ARABIC1摩擦型帶傳動圖表SEQ圖表\*ARABIC2嚙合型帶傳動其中嚙合傳動又稱同步傳動；根據(jù)帶的截面形狀，摩擦型傳動可分為平帶傳動，V帶傳動、圓帶傳動等多種形式。平帶是橫截面為矩形或近似為矩形的傳動帶，其工作面為寬平面。包括普通平帶、編織帶、復合平帶、高速帶等。普通平帶由數(shù)層掛膠帆布粘和而成，有包邊式和開邊式兩種。V帶是由一條或數(shù)條V帶和V帶輪組成的摩擦傳動。V帶傳動是靠V帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進行動力傳遞的。與平帶傳動比較，V帶傳動的摩擦力大，因此可以傳遞較大功率。V帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊，而且V帶是無接頭的傳動帶，所以傳動較平穩(wěn)，是帶傳動中應(yīng)用最廣的一種傳動。優(yōu)點（1）v帶是彈性體，能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)無噪聲。（2）過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可起到保護整機的作用。（3）制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格，維護方便，無需潤滑。（4）可通過增加帶的長度以適應(yīng)中心距較大的工作條件。缺點（1）帶與帶輪的彈性滑動使傳動比不準確，效率較低，壽命較短。（2）傳遞同樣大的圓周力時，外廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大。（3）不宜用于高溫和易燃等場合。1V帶傳動的失效形式及設(shè)計準則

根據(jù)帶傳動的工作情況分析可知，V帶傳動的主要失效形式是：

⑴V帶疲勞斷裂：帶的任一橫截面上的應(yīng)力將隨著帶的運轉(zhuǎn)而循環(huán)變化。當應(yīng)力循環(huán)達到一定次數(shù)，即運行一定時間后，V帶在局部出現(xiàn)疲勞裂紋脫層，隨之出現(xiàn)疏松狀態(tài)甚至斷裂，從而發(fā)生疲勞損壞，喪失傳動能力。

⑵打滑：當工作外載荷超過V帶傳動的最大有效拉力時，帶與小帶輪沿整個工作面出現(xiàn)相對滑動，導致傳動打滑失效。

因此，在不打滑前提下，保證帶具有一定的疲勞強度和壽命是V帶傳動工作能力的設(shè)計計算準則。

單根V帶既不打滑，又保證一定疲勞壽命時所能傳遞的額定功率P為2V帶傳動設(shè)計步驟和傳動參數(shù)選擇

1．選擇V帶型號

V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用最廣，窄V帶的使用也日見廣泛。

普通V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成，如圖11.9所示。抗拉體由簾布或線繩組成，是承受負載拉力的主體。其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時的拉伸和壓縮變形。線繩結(jié)構(gòu)普通V帶具有柔韌性好的特點，適用于帶輪直徑較小，轉(zhuǎn)速較高的場合。

圖11.9V帶都制成無接頭的環(huán)形。各種型號帶的基準長度見圖11.10。

圖11.10V帶的基準長度Ld帶的型號可根據(jù)計算功率PC和小帶輪轉(zhuǎn)速n1選取，普通V帶見圖11.11，PC=KAP(11.12)

式中KA--工作情況系數(shù)，見表11.3；

P--名義傳動功率（kW）。

當工況位于兩種型號相鄰區(qū)域時，可分別選取這兩種型號進行計算，最后進行分析比較，選用較好者。2.確定帶輪基準直徑

在V帶輪上，與所配用V帶的節(jié)面寬度bp相對應(yīng)的帶輪直徑稱為基準直徑dd，帶輪基準直徑系列見表11.4。

帶輪愈小，傳動尺寸結(jié)構(gòu)越緊湊，但帶的彎曲應(yīng)力愈大，帶容易疲勞斷裂。為避免產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力，對各種型號的V帶都規(guī)定了最小帶輪基準直徑ddmin.

圖11.13⑶實際中心距7.確定帶的初拉力

初拉力的大小是保證帶傳動正常工作的重要因素。初拉力過小，摩擦力小，容易打滑；初拉力過大，帶的壽命低，軸和軸承受力大。推薦單根V帶張緊后的初拉力F0為

圖11.14圓帶傳動的截面是圓形，其柔韌性較好，適用帶輪較好的場合；但承載能力較低故只用于輕裝置中。嚙合型帶傳動一般也稱為同步帶傳動。它通過傳動帶內(nèi)表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應(yīng)齒槽的嚙合來傳遞運動。

與摩擦型帶傳動比較，同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格的傳動比。但同步帶傳動對中心距及其尺寸穩(wěn)定性要求較高。

同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪之間無相對滑動，能保證準確的傳動比。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體，這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。傳動時的線速度可達50m/s，傳動比可達10，效率可達98%。傳動噪聲比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。其主要缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴格。所以同步帶廣泛應(yīng)用于要求傳動比準確的中、小功率傳動中。鏈傳動鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。

1.鏈條

鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用。

齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用\o"鉸鏈"鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應(yīng)有導向板(分為內(nèi)導式和外導式)。齒形鏈板的兩側(cè)是直邊，工作時鏈板側(cè)邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少\o"摩擦"摩擦和\o"磨損"磨損，效果較軸瓦式好。與滾子鏈相比，齒形鏈運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結(jié)構(gòu)復雜、價格較貴、也較重，所以它的應(yīng)用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達40m/s)或運動精度要求較高的傳動。

國家標準僅規(guī)定了滾子鏈鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑、齒溝圓弧半徑和齒溝角的最大和最小值(詳見GB1244-85)。符合上述要求的端面齒形曲線有多種。最常用的齒形是“三圓弧一直線”。2.鏈輪鏈輪軸面齒形兩側(cè)呈圓弧狀，以便于鏈節(jié)進入和退出嚙合。齒形用標準刀加工時，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，但須繪出鏈輪軸面齒形，以便車削鏈輪毛壞。軸面齒形的具體尺寸見有關(guān)設(shè)計手冊。

鏈輪齒應(yīng)有足夠的接觸強度和耐磨性，故齒面多經(jīng)\o"熱處理"熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般應(yīng)優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰鑄鐵(如HT200)等。重要的鏈輪可采用合金鋼。

小直徑鏈輪可制成實心式；中等直徑的鏈輪可制成孔板式；直徑較大的鏈輪可設(shè)計成組合式，若輪齒因磨損而失效，可更換齒圈。鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。鏈傳動-類型\o"鏈傳動"鏈傳動鏈傳動-設(shè)計\o"鏈傳動設(shè)計"鏈傳動設(shè)計失效形式

鏈傳動的失效形式主要有以下幾種：

(1)鏈板疲勞破壞鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。

(2)滾子、套筒的沖擊疲勞破壞鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動中。

(3)銷軸與套筒的膠合潤滑不當或速度過高時，\o"銷軸"銷軸和套筒的工作表面會發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉(zhuǎn)速。

(4)鏈條鉸鏈\o"磨損"磨損鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。

(5)過載拉斷這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動中。

在一定的使用壽命下，從一種失效形式出發(fā)，可得出一個極限功率表達式。為了清楚，常用線圖表示。為在正常潤滑條件下，對應(yīng)各種失效形式的極限功率曲線。圖中陰影部分為實際上使用的區(qū)域。若潤滑密封不良及工況惡劣時，磨損將很嚴重，其極限功率會大幅度下降。

2.功率曲線圖

采用推薦的潤滑方式時，各型號A系列滾子鏈所能傳遞的\o"功率"功率。若潤滑不良或不采用推薦的潤滑方式時，應(yīng)將圖中值降低；當鏈速v≤1.5m/s時，降低到50%；當1.5m/s＜v≤7m/s時，降低到25%；當v＞7m/s而又潤滑不當時，傳動不可靠。

張緊裝置時，應(yīng)將計算的中心距減小2～5mm使鏈條有小的初垂度。額定功率確定方法試驗條件：兩鏈輪安裝在同一個水平面上，單列鏈水平布置、載荷平穩(wěn)、工作環(huán)境正常、按推薦的潤滑方式潤滑、使用壽命15000h；鏈因磨損而引起鏈節(jié)距的相對伸長量對于的低速鏈傳動，鏈的主要失效形式是過載拉斷，應(yīng)進行靜強度校核。靜強度安全系數(shù)應(yīng)滿足下列要求滾子鏈傳動的設(shè)計步驟和主要參數(shù)的確定設(shè)計滾子鏈時的原始數(shù)據(jù)為：傳動的功率、小鏈輪和大鏈輪的轉(zhuǎn)速（或傳動比）、原動機種類、載荷性質(zhì)以及傳動用途等。設(shè)計步驟：1．選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2小鏈輪齒數(shù)對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響，鏈輪齒數(shù)不宜過多或過少。過少時將：1)增加傳動的不均勻性和動載荷；2)增加鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角，從而增大功率消耗；3)增加鉸鏈承壓面間的壓強（因齒數(shù)少時，鏈輪直徑小，鏈的工作拉力將增加），從而加速鉸鏈磨損等；4)增加鏈傳動的圓周力，從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。由于鏈節(jié)數(shù)應(yīng)選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選質(zhì)數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。并優(yōu)先選取17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。2．確定傳動比i3．確定計算功率4．確定鏈節(jié)距：在承載能力足夠條件下，應(yīng)選取較小節(jié)距的單排鏈，高速重載時，可選用小節(jié)距的多排鏈。一般，載荷大、中心距小、傳動比大時，選小節(jié)距多排鏈；速度不太高、中心距大、傳動比小時選大節(jié)距單排鏈。5．確定中心距和鏈長6．鏈速和鏈輪的極限轉(zhuǎn)速鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m/s。如果鏈和鏈輪的制造質(zhì)量很高，鏈節(jié)距較小，鏈輪齒數(shù)較多，安裝精度很高，以及采用合金鋼制造的鏈，則鏈速也允許超過20m/s－30m/s。鏈輪的最佳轉(zhuǎn)速和極限轉(zhuǎn)速。7．計算鏈傳動作用在軸上的力FQ齒型鏈傳動設(shè)計齒輪傳動齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。\o"查看圖片"

齒輪傳動是指用主、從動輪輪齒直接、傳遞運動和動力的裝置。在所有的機械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。\o"查看圖片"

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設(shè)計準則針對齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算1、閉式齒輪傳動2、開式齒輪傳動減少噪音方法\o"查看圖片"

為了避免減速機不能通過出廠測試，原因之一是減速機存在間歇性高噪聲；用ND6型精密聲級計測試，低噪聲減速機為72.3Db（A），達到了出廠要求；而高噪聲減速機為82.5dB（A），達不到出廠要求。經(jīng)過反復測試、分析和改進試驗，得出的結(jié)論是必須對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行綜合治理，才能有效降低齒輪傳動的噪聲。1.控制齒輪的精度：齒輪精度的基本要求：經(jīng)實踐驗證，齒輪精度必須控制在GB10995－887~8級，線速度高于20m/s齒輪，齒距極限偏差、齒圈徑向跳動公差、齒向公差一定要穩(wěn)定達到7級精度。在達到7級精度齒輪的情況下，齒部要倒棱，要嚴防齒根凸臺。2.控制原材料的質(zhì)量：高質(zhì)量原材料是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的前提條件，該公司用量最大的材料40Cr和45鋼制造齒輪。無論通過何種途徑，原材料到廠后都要經(jīng)過嚴格的化學成分檢驗、晶粒度測定、純潔度評定。其目的是及時調(diào)整熱處理變形，提高齒形加工中的質(zhì)量。3.防止熱處理變形：齒坯在粗加工后成精鍛件，進行正火或調(diào)質(zhì)處理，以達到：⑴軟化鋼件以便進行切削加工；⑵消除殘余應(yīng)力；\o"查看圖片"

（3）細化晶粒，改善組織以提高鋼的機械性能；⑷為最終能處理作好組織上的準備。應(yīng)注意的是，在正火或調(diào)質(zhì)處理中，一定要保持爐膛溫度均勻，以及采用工位器具，使工件均勻地加熱及冷卻，嚴禁堆放在一起。需鉆孔減輕重量的齒輪，應(yīng)將鉆孔序安排在熱處理后進行。齒輪的最終熱處理采用使零件變形較小的齒面高頻淬火；高頻淬火后得到的齒面具有高的強度、硬度、耐磨性和疲勞極限，而心部仍保持足夠的塑性和韌性。為減少變形。齒面高頻淬火應(yīng)采用較低的淬火溫度和較短的加熱時間、均勻加熱、緩慢冷卻。4.保證齒坯的精度：齒輪孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中間差左右分布，定在±0.003~±0.005mm；如果超差而又在孔的設(shè)計要求范圍內(nèi)，必須分類，分別轉(zhuǎn)入切齒工序。齒坯的端面跳動及徑向跳動為6級，定在0.01~0.02mm范圍內(nèi)。\o"查看圖片"

5.切齒加工措施：對外購的齒輪刀具必須進行檢驗，必須達到AA級要求。齒輪刀具刃磨后必須對刀具前刃面徑向性、容屑槽的相鄰周節(jié)差、容屑槽周節(jié)的最大累積誤差、刀齒前面與內(nèi)孔軸線平行度進行檢驗。在不影響齒輪強度的前提下，提高齒頂高系數(shù)，增加0.05~0.1m，，改善刀具齒頂高系數(shù)，避免齒輪傳動齒根干涉。M=1~2的齒輪采用齒頂修圓滾刀，修圓量R=0.1~0.15m。消除齒頂毛刺，改善齒輪傳動時齒頂干涉。切齒設(shè)備每年要進行一次精度檢查，達不到要求的必須進行維修。操作者亦要經(jīng)常進行自檢，特別是在機床主軸徑向間隙控制在0.01mm以下，刀軸徑跳0.005mm以下，刀軸竄動0.008mm以下。刀具的安裝精度：刀具徑向跳動控制在0.003mm以下，端面跳動0.004mm以下。切齒工裝精度，心軸外徑與工件孔的間隙，保證在0.001~0.004mm以內(nèi)。心軸上的螺紋必須在丙頂類定位下，由螺紋床進行磨削：垂直度≦0.003mm，徑跳≦0.005mm。螺母必須保證內(nèi)螺紋與基準面一次裝夾車成，墊圈的平行度≦0.003mm。6.文明生產(chǎn)：齒輪傳動噪聲有30%以上的原因來自毛刺、磕碰傷。有的工廠在齒輪箱裝配前，去除毛刺及磕碰傷，是一種被動的做法。⑴齒輪軸類零件，滾齒后齒部立即套上專用的塑料保護套后轉(zhuǎn)入下道工序，并帶著專用的塑料保護套入庫和發(fā)貨。⑵進行珩齒工藝，降低齒面粗糙度，去除毛刺，并防止磕碰傷，能有效地降低齒輪傳動噪聲。7.采取其它材料及熱處理、表面處理方式：⑴可利用粉末冶金成型技術(shù)，齒輪成型后齒部高頻淬火。⑵采用墨鑄鐵，齒輪切削加工后，再進行軟氮化處理。⑶采用40Cr材料，齒輪切削功工后，采用軟氮化處理或齒部鍍銅處理。綜合所述，要根治齒輪傳動噪聲，齒輪材料及熱處理是要本，齒坯精度是保證，齒輪精度是關(guān)鍵，文明生產(chǎn)是基礎(chǔ)。加工方法1.磨齒：IT6～IT4→IT3，Ra：0.8～0.2μm原理：成形法和展成法。⑴成形法磨齒IT6～IT5，Ra：0.8～0.4μm，用成形砂輪磨削，生\o"查看圖片"

產(chǎn)率較高，加工精度較低，應(yīng)用較少。⑵展成法磨齒錐面砂輪磨齒：砂輪截面齒形為假想齒條的齒形，工件向右滾動，利用砂輪右側(cè)面磨削第1齒槽的右側(cè)面，從根部磨至頂部；然后工件向左滾動，以砂輪左側(cè)面磨削第l齒槽的左側(cè)面，也從根部磨至頂部，當?shù)趌齒槽兩側(cè)面全部磨削完畢時，砂輪自動退離工件，工件作分度轉(zhuǎn)動，然后再向右滾動，磨削第2齒槽，這樣反復循環(huán)，直至磨完全部輪齒。2.研齒：IT7～IT6，Ra：1.6～0.2μm設(shè)備：研齒機。研具：精密的鑄鐵齒輪。研磨劑：磨粒：220#～240#，活性潤滑油特點：與珩齒相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齒形精度。平行軸線研磨法：1.過程：研磨輪與被研齒輪的軸線平行，研磨時被研齒輪帶動研磨輪作無側(cè)隙的自由嚙合運動，被研齒輪還作軸向往復運動，研磨輪被輕微制動。經(jīng)一段時間后，研磨輪和被研磨輪作反向旋轉(zhuǎn)，使齒的兩個側(cè)面被均勻研磨。2.特點：由于齒面的滑動速度不均勻，研磨量也不均勻，在齒頂及齒根部分的滑動速度大，研磨量也大。蝸桿傳動蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動用于在交錯軸間傳遞運動和動力。蝸桿傳動簡介蝸桿傳動由蝸桿和渦輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分\o"查看圖片"

，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過兩個齒。圓柱蝸桿傳動簡介圓柱蝸桿傳動是蝸桿分度曲面為圓柱面的蝸桿傳動。\o"查看圖片"

其中常用的有阿基米德圓柱蝸桿傳動和圓弧齒圓柱蝸桿傳動。①阿基米德蝸桿的端面齒廓為阿基米德螺旋線，其軸面齒廓為直線。阿基米德蝸桿可以在車床上用梯形車刀加工，所以制造簡單，但難以磨削，故精度不高。在阿基米德圓柱蝸桿傳動中，蝸桿與蝸輪齒面的接觸線與相對滑動速度之間的夾角很小，不易形成潤滑油膜，故承載能力較低。②弧齒圓柱蝸桿傳動是一種蝸桿軸面(或法面)齒廓為凹圓弧和蝸輪齒廓為凸圓弧的蝸桿傳動。在這種傳動中，接觸線與相對滑動速度之間的夾角較大，故易于形成潤滑油膜，而且凸凹齒廓相嚙合，接觸線上齒廓當量曲率半徑較大，接觸應(yīng)力較低，因而其承載能力和效率均較其他圓柱蝸桿傳動為高。蝸桿和蝸輪結(jié)構(gòu)一般蝸桿與軸制成一體，稱為蝸桿軸。蝸輪的結(jié)構(gòu)型式可分為\o"查看圖片"

3種形式。①整體式：用于鑄鐵和直徑很小的青銅蝸輪。②齒圈壓配式：輪轂為鑄鐵或鑄鋼，輪緣為青銅。③螺栓聯(lián)接式：輪緣和輪轂采用鉸制孔，用螺栓聯(lián)接，這種結(jié)構(gòu)裝拆方便。蝸桿傳動應(yīng)用蝸桿傳動常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。\o"查看圖片"

當要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取Z1=2～4。此外，由于當γ1較小時傳動具有自鎖性，故常用在卷揚機等起重機械中，起安全保護作用。它還廣泛應(yīng)用在機床、汽車、儀器、冶金機械及其它機器或設(shè)備中,其原因是因為使用輪軸運動可以減少力的消耗,從而大力推廣。蝸桿傳動設(shè)計蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。這種傳動由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、傳動平穩(wěn)以及在一定的條件下具有可靠的自鎖性等優(yōu)點，它廣泛應(yīng)用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械及其它機器或設(shè)備中。蝸輪蝸桿的形成蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。小齒輪的輪齒分度圓柱面上纏繞一周以上，這樣的小齒輪外形像一根螺桿，稱為蝸桿。大齒輪稱為蝸輪。為了改善嚙合狀況，將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣齒廓間為線接觸，可傳遞較大的動力。蝸桿蝸輪傳動的特征：其一，它是一種特殊的交錯軸斜齒輪傳動，交錯角為∑＝90°，z1很少，一般z1＝1～4；

其二，它具有螺旋傳動的某些特點，蝸桿相當于螺桿，蝸輪相當于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。8.1.2蝸桿傳動的類型按蝸桿形狀的不同可分：1．圓柱蝸桿傳動-普通圓柱蝸桿（阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿）和圓弧蝸桿2．環(huán)面蝸桿傳動3．錐蝸桿傳動蝸桿傳動由蝸桿相對于蝸輪的位置不同分為上置蝸桿和下置蝸桿傳動。

普通圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)及其選擇1．基本參數(shù)：（1）模數(shù)m和壓力角α：在中間平面中，為保證蝸桿蝸輪傳動的正確嚙合，蝸桿的軸向模數(shù)ma1和壓力角αa1應(yīng)分別相等于蝸輪的法面模數(shù)mt2和壓力角αt2，即ma1=mt2=mαa1=αt2蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關(guān)系為:tgαa=tgαn/cosγ式中：γ-導程角。（2）蝸桿的分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q為了保證蝸桿與蝸輪的正確嚙合，要用與蝸桿尺寸相同的蝸桿滾刀來加工蝸輪。由于相同的模數(shù)，可以有許多不同的蝸桿直徑，這樣就造成要配備很多的蝸輪滾刀，以適應(yīng)不同的蝸桿直徑。顯然，這樣很不經(jīng)濟。

為了減少蝸輪滾刀的個數(shù)和便于滾刀的標準化，就對每一標準的模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1，而把及分度圓直徑和模數(shù)的比稱為蝸桿直徑系數(shù)q，即：

q=d1/m

常用的標準模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1及直徑系數(shù)q，見匹配表。

（3）蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2蝸桿頭數(shù)可根據(jù)要求的傳動比和效率來選擇，一般取z1＝1-10，推薦z1＝1，2，4，6。

選擇的原則是：當要求傳動比較大，或要求傳遞大的轉(zhuǎn)矩時，則z1取小值；要求傳動自鎖時取z1＝1；要求具有高的傳動效率，或高速傳動時，則z1取較大值。

蝸輪齒數(shù)的多少，影響運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，并受到兩個限制：最少齒數(shù)應(yīng)避免發(fā)生根切與干涉，理論上應(yīng)使z2min≥17，但z2＜26時，嚙合區(qū)顯著減小，影響平穩(wěn)性，而在z2≥30時，則可始終保持有兩對齒以上嚙合，因之通常規(guī)定z2＞28。另一方面z2也不能過多，當z2＞80時(對于動力傳動)，蝸輪直徑將增大過多，在結(jié)構(gòu)上相應(yīng)就須增大蝸桿兩支承點間的跨距，影響蝸桿軸的剛度和嚙合精度；對一定直徑的蝸輪，如z2取得過多，模數(shù)m就減小甚多，將影響輪齒的彎曲強度；故對于動力傳動，常用的范圍為z2≈28-70。對于傳遞運動的傳動，z2可達200、300，甚至可到1000。z1和z2的推薦值見下表i=z2/z1z1z2≈5629—317—15429—6114—30229—6129—82129—82（4）導程角γ蝸桿的形成原理與螺旋相同，所以蝸桿軸向齒距pa與蝸桿導程pz的關(guān)系為pz＝z1pa由下圖可知：tanγ=pz／πd1＝z1pa／πd1＝z1m／d1＝z1／導程角γ的范圍為3.5°一33°。導程角的大小與效率有關(guān)。導程角大時，效率高，通常γ＝15°-30°。并多采用多頭蝸桿。但導程角過大，蝸桿車削困難。導程角小時，效率低，但可以自鎖，通常γ＝3.5°一4.5°（5）傳動比I傳動比i=n主動1/n從動2蝸桿為主動的減速運動中i=n1/n2=z2/z1=u式中：n1-蝸桿轉(zhuǎn)速；n2-蝸輪轉(zhuǎn)速。減速運動的動力蝸桿傳動，通常取5≤u≤70，優(yōu)先采用15≤u≤50；增速傳動5≤u≤15。普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配表。8.2.2蝸桿傳動變位的特點蝸桿傳動變位

變位蝸桿傳動根據(jù)使用場合的不同，可在下述兩種變位方式中選取一種。1)變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變(z2'＝z2)，蝸桿傳動的中心距改變(a'≠a)，如圖9-8a、c所示，其中心距的計算式如下：a'＝a+x2m=(d1+d2+2x22)變位前后，蝸桿傳動的中心距不變(a'＝a)，蝸輪齒數(shù)發(fā)生變化(z2'≠z2)，如圖9-8d、e所示，z2'計算如下：因a'＝a則z2'＝z2-2x2蝸桿傳動變位：普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸計算關(guān)系式:名稱代號計算關(guān)系式說明中心距aa=(d1+d2+2x2m按規(guī)定選取蝸桿頭數(shù)z1

按規(guī)定選取蝸輪齒數(shù)z2

按傳動比確定齒形角aaa=20?；騛n=20。按蝸桿類型確定模數(shù)mm=ma=mn/cosr按規(guī)定選取傳動比ii=n1/n2蝸桿為主動，按規(guī)定選取齒數(shù)比uu=Z2/Z1當蝸桿主動時,i=u

蝸輪變位系數(shù)x2x2=a/m-(d1+d2)/2m

蝸桿直徑系數(shù)qq=d1/m

蝸桿軸向齒距papa=πm

蝸桿導程pzpz=πmz1

蝸桿分度圓直徑d1d1=mq按規(guī)定選取蝸桿齒頂圓直徑da1da1=d1+2ha1=d1+2ha

蝸桿齒根圓直徑df1df1=d1-2hf1=da-2(ha*m+c)

頂隙cc=c*m按規(guī)定漸開線蝸桿齒根圓直徑db1db1=d1.tgr/tgrb=mz1/tgrb

蝸桿齒頂高ha1ha1=ha*m=1/2(da1-d1)按規(guī)定蝸桿齒根高hf1hf1=(ha*+c*)m=1/2(da1-df1)

蝸桿齒高h1h1=hf1+ha1=1/2(da1+df1)

蝸桿導程角rtgr=mz1/d1=z1/q

漸開線蝸桿基圓導程角rbcosrb=cosr.cosan

蝸桿齒寬b1見表11－4由設(shè)計確定蝸輪分度圓直徑d2d2=mz2=2a-d1-2x2.m

蝸輪喉圓直徑da2da2=d2+2ha

蝸輪齒根圓直徑df2df2=d2-2ha

蝸輪齒頂高ha2ha2=1/2(da2-d2)=m(ha*+x2)

蝸輪齒根高hf2hf2=1/2(d2-df2)=m(ha*-x2+c*)

蝸輪齒高h2h2=ha2+hf2=1/2(da2-df2)

蝸輪咽喉母圓半徑rg2rg2=a-1/2(da2)

蝸輪齒寬b2

由設(shè)計確定蝸輪齒寬角θθ=2arcsin(b2/d1)

蝸桿軸向齒厚sasa=1/2(πm)

蝸桿法向齒厚snsn=sa.cosr

蝸輪齒厚st按蝸桿節(jié)圓處軸向齒槽寬ea'確定

蝸桿節(jié)圓直徑d1'd1'=d1+2x2m=m(q+2x2

蝸桿節(jié)圓直徑d2'd2'=d2

常用材料：蝸桿材料、蝸輪材料不僅要求具有足夠的強度，更重要的是要具有良好的跑合性能、耐磨性能和抗膠合性能。蝸輪傳動常采用青銅或鑄鐵作蝸輪的齒圈，與淬硬并磨制的鋼制蝸桿相匹配。蝸桿傳動的載荷和應(yīng)力分析受力分析以右旋蝸桿為主動件，并沿圖示的方向旋轉(zhuǎn)時，蝸桿螺旋面上的受力情況。設(shè)Fn為集中作用于節(jié)點P處的法向載荷，它作用于法向截面Pabc內(nèi)。Fn可分解為三個互相垂直的分力，即圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。顯然，在蝸桿與蝸輪間，載荷Ft1與Fa2、Fr1與Fr2和Fa1與Ft2對大小相等、方向相反的力。各力的大小可按下式計算：Ft1=Fa2=2T1/d1Ft2=Fa1=2T1/d2Fr1=Fr2=Fa1tanαFn=Fa1/cosαncosγ=Fa2/cosαncosγ=2T2/d2cosαncosγ式中：T1、T2-蝸桿與蝸輪上的轉(zhuǎn)矩N.mm。確定各力的方向：蝸桿為主動件，蝸桿的圓周力方向與蝸桿上嚙合點的速度方向相反；蝸桿為從動件，蝸輪的圓周力方向與蝸輪的嚙合點的速度方向相同；蝸桿和蝸輪的軸向力方向分別與蝸輪和蝸桿的周向力方向相反；蝸桿和蝸輪的徑向力方向分別指向各自的圓心。計算載荷Fca=KFnK=KAKβKv式中：K—載荷系數(shù)；KA—使用系數(shù)；Kβ—齒向載荷分布系數(shù)Kv—動載系數(shù)。使用系數(shù)(KA)動力機工作機均勻中等沖擊嚴重沖擊電動機，汽輪機0.8-1.250.9-1.51-1.75多缸內(nèi)燃機0.9-1.501-1.751.25-2單缸內(nèi)燃機1-1.751.25-21.5-2.25注：小值用于每日偶而工作，大值用于長期連續(xù)工作。應(yīng)力分析由于蝸桿傳動中，蝸輪比蝸桿的強度低。因此，在應(yīng)力分析中只要了解蝸輪的情況就可以了。普通圓柱蝸桿傳動在中間平面相當于齒條和齒輪的傳動，故可以仿照圓柱斜齒輪推倒蝸輪的應(yīng)力計算公式。蝸輪齒面接觸應(yīng)力蝸輪齒面接觸應(yīng)力仍來源于赫茲公式。接觸應(yīng)力Mpa式中：K-載荷系數(shù)；

Fn-嚙合面的法向載荷，N；

ZE-材料的彈性影響系數(shù)，，對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時，取ZE=160（）；

ρ∑-綜合曲率；

L0-接觸線總長，mm。

將上式換算成蝸輪轉(zhuǎn)矩T2和中心距a的關(guān)系得：Mpa式中Zρ-蝸桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸應(yīng)力的影響系數(shù)，簡稱接觸系數(shù)，查圖8.3.3蝸桿傳動的強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒根接觸疲勞強度的驗算公式為：σH≤[σ]HMPa式中：[σ]H-蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力。設(shè)計公式為：mm蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪齒根彎曲疲勞強度的驗算公式為：σF≤[σ]FMPa式中：σF-蝸輪齒根的許用彎曲應(yīng)力。設(shè)計公式為：mm3許用應(yīng)力當蝸輪材料為強度極限σB＜300MPa的青銅，蝸輪傳動的主要失效形式為蝸輪齒面接觸疲勞失效。因此，承載能力取決于蝸輪的接觸疲勞強度。則[σ]H=KHN[σ]H'，其中[σ]H'為基本許用應(yīng)力，查表；KHN為接觸疲勞強度的壽命系數(shù)，KHN=鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ]H'（Mpa）蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度≤45HRC>45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造113135金屬模鑄造128140注：鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)時之值N=107，當N≠107時，需將表中數(shù)值乘以壽命系數(shù)KHN；當N>25x107時，取N=25x107；當N<2.6x105時，取N=2.6x105。如果蝸輪材料為σB＞300MPa的青銅或灰鑄鐵，蝸輪傳動的主要失效形式為蝸輪齒面膠合，因尚無完善的膠合強度計算公式，則按接觸疲勞強度進行條件性計算。由于膠合不屬于疲勞失效，[σ]H與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N無關(guān)，可直接查表?；诣T鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪許用接觸應(yīng)力[σ]H(MPa)材料滑動速度vs(m/s)蝸桿蝸輪<123420或20Cr滲碳，淬火，45號鋼淬火，齒面硬度大于45HRC灰鑄鐵HT15020616615012795--灰鑄鐵HT20025020218215411