西南交通大學機械設計

蝸桿傳動

蝸桿傳動概述失效形式與設計準則

材料選擇與結(jié)構(gòu)形式主要參數(shù)和幾何關(guān)系蝸桿傳動受力分析蝸桿傳動的強度計算蝸桿傳動的撓度計算

蝸桿傳動的潤滑、溫度計算§1概述一、特點和應用外形類似：

螺旋與斜齒輪的傳動從中間平面剖開：

齒輪與齒條的傳動（虛擬現(xiàn)實中的蝸桿傳動）1、應用P750KW（通常＜50KW），Vs35m/s（通常＜15m/s）。由于i大，可用于機床分度機構(gòu)、儀器儀表中。2、特點1）工作平穩(wěn)：兼有斜齒輪與螺旋傳動的優(yōu)點。2）i大蝸桿——1、2、4、6傳遞動力時：i=8~100（常用15~50）傳遞運動時：i=幾百~上千（單頭，η↓）用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。一般：空間垂直為什么？優(yōu)點：齒輪——z1>173）結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音小。4）自鎖性能好(用于提升機構(gòu))。缺點：1）制造成本高，加工困難。2）滑動速度vs大。3）η低。4）蝸輪需用貴重的減摩材料。1、按蝸桿形狀分圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿二、分類ZA型:阿基米德蝸桿中間平面：齒條與漸開線齒輪嚙合端面：阿基米德螺旋線ZI型:漸開線蝸桿端面：漸開線,較精密傳動ZN型:法向直廓蝸桿(刀具加工位置不同)圓柱蝸桿錐蝸桿：嚙合齒數(shù)多，ε↑，平穩(wěn)↑，承載↑。環(huán)面蝸桿：接觸齒對數(shù)↑，承載↑（1.5~4）倍，η高，但制造安裝要求高。2、按蝸桿頭數(shù)分單頭蝸桿：i↑，自鎖性↑，η↓多頭蝸桿：相反3、按旋向分左旋右旋一般采用右旋三、精度等級12個等級：動力傳動：6~9級測量分度：5級或以上§2失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu)一、失效形式與齒輪傳動類似：點蝕、膠合、磨損、折斷∵vs↑→η↓、發(fā)熱↑→主要為：膠合、磨損、點蝕蝸輪強度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。二、材料vs↑減摩性↑、強度↑不能都用硬材料1、蝸輪——指齒冠部分材料：減摩材料鑄錫青銅：vs≥12~26m/s鑄鋁青銅：vs≤10m/s，抗膠合能力差鑄鋁黃銅：抗點蝕能力強,耐磨性差,用于vs小場合HT、QT：vs≤2m/s大直徑蝸輪：鑄鐵（蝸桿用青銅）2、蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬面蝸桿：首選淬火→磨削調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設備時選用。2、蝸輪整體式齒冠：用貴重耐磨金屬(青銅)輪心：鑄鐵或鑄鋼鑄造（澆鑄）過盈螺栓（鉸制孔）三、結(jié)構(gòu)1、蝸桿：與軸一體。車制、銑制。組合式§3圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)一、基本齒廓中間平面上基本齒廓和漸開線齒輪基本齒廓基本相同。、二、模數(shù)m正確嚙合條件：軸向端面∴—標準值(與齒輪不同,表13.4)——蝸桿導程角三、齒形角刀具基準齒形的齒形角：阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿：軸向齒形角法向直廓蝸桿：法向齒形角四、蝸桿分度圓直徑d1（中圓直徑）↓刀具數(shù)量同一m的蝸桿，應對直徑d1進行限制d1為標準值πd1pxpx加工蝸輪時的滾刀與尺寸與與之嚙合的蝸桿尺寸相同，但m一定時，由于z1和γ的變化，d1是變化的，即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。d1m表13.4五、蝸桿直徑系數(shù)qd1、m——為標準值∴q為導出值,不一定為整數(shù)。六、蝸桿導程角γγ↑→η↑γ↓→η↓γ↑↑→制造困難m一定時，q↑——d1↑——蝸桿剛度↑z1一定時，q↑——γ↓——η↓，自鎖性↑∴小m蝸桿→選用大q，保證強度和剛度→適于小P大m蝸桿→選用小q，保證效率→適于大P傳遞動力時:頭數(shù)z1↑—γ↑—η↑∴采用多頭蝸桿傳遞運動時:保證自鎖(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用單頭蝸桿七、z1、z2蝸桿頭數(shù)z1：蝸桿上蝸旋線的數(shù)目。z1=1、2、4、6等z1↑↑——加工困難傳遞動力：（↑傳動平穩(wěn)性，避免根切）(z2↑—d2↑—蝸桿軸長↑—剛度↓)∴一般取z2=32~80z1~z2：互質(zhì)→均勻磨損八、i、u蝸桿主動時:九、中心距a（應按p264系列值選取）十、變位系數(shù)1、變位目的：配湊中心距；湊傳動比。2、變位方法：與齒輪變位相同,靠刀具的移位實現(xiàn)變位。故：蝸桿尺寸不能變動，只能對蝸輪變位加工蝸輪時的滾刀與蝸桿尺寸相同，加工時滾刀只作徑向移動，尺寸不變。4、變位類型1）齒數(shù)不變，湊ax>0，正變位x<0負變位3、變位結(jié)果∴蝸桿——各部分尺寸不變，但節(jié)線變化蝸桿和蝸輪滾刀尺寸相同，蝸輪滾銑節(jié)圓就是裝配后與蝸桿的嚙合節(jié)圓。蝸輪滾刀的滾銑節(jié)線不再是刀具中線(分度圓柱上母線)∴蝸輪——尺寸發(fā)生變化，但2）a不變，齒數(shù)變化，湊i湊i：（a不變，→）[例13.1]、[例13.2]x＞0齒數(shù)↓x＜0齒數(shù)↑§4幾何計算（略）§5受力分析與效率計算一、作用力圓周力：軸向力：(蝸桿主動)——嚙合效率忽略Ff，F(xiàn)n徑向力：方向判定：1）蝸輪轉(zhuǎn)向已知：n1、旋向→n2左、右手定則：四指n1、拇指反向：嚙合點v2→n22）各分力方向Fr：指向各自輪心Ft蝸桿與n1反向蝸輪與n2同向Fa蝸桿：左、右手定則蝸輪：※n2n13）旋向判定∵蝸輪與蝸桿旋向相同。v2練習：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蝸桿軸Ⅰ為輸入，大錐齒輪軸Ⅱ為輸出，軸Ⅲ轉(zhuǎn)向如圖。試：確定各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa22.Fa3→Fa2→Ft1→n1蝸輪右旋n4輸出ⅢⅠⅡ1234蝸桿右旋→二、傳動效率與齒輪類似：1、嚙合η1：近似按螺旋副計算（蝸桿主動）（蝸輪主動）ρv——當量摩擦角，與vs有關(guān)。說明：1）vs↑→μv↓→ρv↓油膜易形成→η1↑2）γ為影響η1的主要因素：γ↑→η1↑時，η1→max此后，γ↑→η1↓（p268表13.6）一般取后：η↑緩慢γ大時，加工困難2、η2攪油效率：3、η3軸承效率：§6圓柱蝸桿傳動的強度計算∵蝸輪齒強度低于蝸輪齒計算針對蝸輪一、接觸強度計算校核式設計式參數(shù)說明：1）T2——蝸輪轉(zhuǎn)矩,N·mm2）KA——使用系數(shù),表12.9（同齒輪傳動）3）ZE——彈性系數(shù),表13.2，P2604）Zρ——接觸系數(shù),考慮齒面曲率和接觸線長度影響,Zρ初值a根據(jù)查得。設計時：未知，初選值（蝸桿主動）b）↑—η↓5）Zn——轉(zhuǎn)速系數(shù)（式13.17、13.18）6）Zh——壽命系數(shù)基本公式即7）求d1、z1、z2、m。P271三、彎曲強度計算難于精算條件性估算參見式13.24（P272）彎曲強度主要與模數(shù)、蝸輪齒寬有關(guān)。討論：Zρ↓→σH↓a一定時，↑—d1↑—↑蝸桿剛度d1一定時，↑—a↓—結(jié)構(gòu)緊湊——蝸桿傳動的重要參數(shù)a）↑—§8溫度計算（熱平衡計算）由于η↓——發(fā)熱大易膠合即：發(fā)熱率H1=散熱率H2摩擦功耗：∴冷卻散去的熱量：環(huán)境溫度t0=20°箱內(nèi)工作溫度散熱面積，可由13.27式估算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，則：熱平衡計算油溫比t1高15℃左右，∴油溫小于100℃。※蝸桿上置：飛濺冷卻作用差，0.8αW若t1太高，可采取如下措施：2、蝸桿軸端裝風扇1、加散熱片3、外冷卻壓力噴油潤滑4、油池內(nèi)安裝蛇形冷卻水管§9潤滑一、油粘度與潤滑方法運動粘度:υ40℃↑——抗膠合↑潤滑方法：：蝸桿下置浸油潤滑：蝸桿上置浸油（攪油阻力大）：壓力噴油潤滑,油嘴對著蝸桿嚙入端二、蝸桿布置與潤滑方式蝸桿下置：浸入油中深度至少一個牙高，但油面不應超過軸承最低滾動體的中心。蝸桿上置：浸入油池的蝸輪深度為（1/6~1/3）r2蝸桿下置式冷卻效果更好?！?0提高圓柱蝸桿傳動承載能力的措施不同位置：接觸線與v1夾角不同,