第十二章蝸桿傳動(dòng)

第十二章蝸桿傳動(dòng)12.1蝸桿傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)、參數(shù)和尺寸12.2蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和常用材料12.3蝸桿傳動(dòng)受力分析及強(qiáng)度計(jì)算

12.4蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算12.5蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容一、蝸桿傳動(dòng)的組成第一節(jié)概述

二、蝸桿傳動(dòng)的類型按蝸桿形狀分類：圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

錐蝸桿傳動(dòng)

按螺旋面的形狀分

按螺旋線的方向分阿基米德蝸桿漸開線蝸桿三、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)1、傳動(dòng)比大(單級(jí)蝸桿傳動(dòng)比i=5～80)、結(jié)構(gòu)緊湊；2、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低；連續(xù)不斷嚙合3、能實(shí)現(xiàn)自鎖(蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角)；4、傳動(dòng)效率低、發(fā)熱大；5、成本高。中間平面第二節(jié)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸一、主要參數(shù)1）中間平面。該平面為蝸桿的軸面或?yàn)槲佪喌亩嗣妗?)中間平面嚙合相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。3）中間平面的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。

螺紋二、主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

1．模數(shù)和壓力角

2.蝸桿頭數(shù)（齒數(shù)），蝸輪齒數(shù)

3．蝸桿分度圓直徑

和導(dǎo)程角

4．傳動(dòng)比

5．中心距a

由于在中間平面上蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的傳動(dòng)，所以蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算，以中間平面的參數(shù)為準(zhǔn)，并直接應(yīng)用齒輪傳動(dòng)的幾何關(guān)系進(jìn)行幾何計(jì)算。1．模數(shù)和壓力角

2.蝸桿頭數(shù)（齒數(shù)），蝸輪齒數(shù)由傳動(dòng)比并考慮效率來選定。一般為=1~4。①傳遞運(yùn)動(dòng)，要求傳動(dòng)比大，取小值。②傳遞動(dòng)力，取大值，傳動(dòng)效率和承載能力高；太多，蝸桿加工困難。蝸輪齒數(shù)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)比和選取。不宜大于80。3．蝸桿分度圓直徑

和導(dǎo)程角為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并有利于標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定了蝸桿分度圓直徑的系列值，即將蝸桿直徑系數(shù)、d1標(biāo)準(zhǔn)化。是導(dǎo)出值d1

=q

m≠z1m5．中心距a

蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距為

4．傳動(dòng)比

圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸9表12-3蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高分度圓直徑蝸輪蝸桿計(jì)算公式符號(hào)名稱二、正確嚙合條件正確嚙合條件為：第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的受力分析式中：T1、T2分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。計(jì)算Fr，按照齒條分析&ft2=fa1圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析3力對(duì)應(yīng)關(guān)系：

當(dāng)兩軸交錯(cuò)角為90°時(shí)，各力的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

Ft1=-Fa2，F(xiàn)a1=-Ft2，F(xiàn)r1=-Fr2練習(xí)右旋求蝸桿的旋向？Fa1Ft1n1求蝸桿的轉(zhuǎn)向？n1要把中間軸上的軸向力抵消一部分，蝸桿的旋向?左重物提升裝置一、滑動(dòng)速度式中，為蝸桿的節(jié)圓直徑(mm)；為蝸桿轉(zhuǎn)速(r／min)；為蝸桿的導(dǎo)程角。第四節(jié)蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度和效率二、蝸桿傳動(dòng)效率表12-9當(dāng)量摩擦系數(shù)f’和當(dāng)量摩擦角ρ’蝸輪材料錫青銅無錫青銅蝸桿齒面硬度HRC>45其他情況HRC>45滑動(dòng)速度vsm/sf’ρ’

f’ρ’

f’ρ’

0.010.116.28?0.126.84?0.1810.2?

0.100.084.57?0.095.14?0.137.4?

0.500.0553.15?0.0653.72?0.095.14?

1.000.0452.58?0.0553.15?0.074?

2.000.0352?0.0452.58?0.0553.15?

3.000.0281.6?0.0352?0.0452.58?

4.000.0241.37?0.0311.78?0.042.29?

5.000.0221.26?0.0291.66?0.0352?

8.000.0181.03?0.0261.49?0.031.72?

10.00.0160.92?0.0241.37?

15.00.0140.8?0.0201.15?

24.00.0130.74?γ↑→

η↑→對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)，宜采用多頭蝸桿→蝸桿加工困難γ過大當(dāng)γ>28?

時(shí)，效率η增加很少。當(dāng)γ≤

ρ’

時(shí)，蝸桿具有自鎖性，但效率η很低。分析：工程上常用以下估計(jì)值。閉式傳動(dòng)：z1=1η=0.70~0.75z1=2η=0.75~0.82z1=4η=0.87~0.92z1=1、2η=0.60~0.70開式傳動(dòng)：一、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇1．失效形式

由于蝸桿傳動(dòng)齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱量大，其失效形式主要是齒面膠合，其次是點(diǎn)蝕、斷齒、磨損和塑性變形等。第五節(jié)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。閉式傳動(dòng)：開式傳動(dòng)：按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3．蝸桿、蝸輪常用材料：

原則：具有一定強(qiáng)度，良好的耐磨性和抗膠合的性能。

高速重載蝸桿：20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火56~62HRC)

或40Cr42SiMn45(表面淬火45~55HRC)一般蝸桿：4045鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為220~250HBS)蝸輪材料：vS>12m/s時(shí)→ZCuSn10P1錫青銅制造。vS<12m/s時(shí)→ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅vS≤6m/s時(shí)→ZCuAl10Fe3鋁青銅。vS<2m/s時(shí)→球墨鑄鐵、灰鑄鐵。

二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)

1.蝸桿結(jié)構(gòu)2.蝸輪結(jié)構(gòu)

螺釘聯(lián)接式螺栓聯(lián)接式整體澆鑄式輪箍式或拼鑄式三、蝸輪輪齒的強(qiáng)度計(jì)算

設(shè)計(jì)公式為：蝸桿傳動(dòng)輪齒齒面接觸強(qiáng)度條件為：m、d1應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值確定。表12-5錫青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σH]蝸輪材料鑄造方法適用的滑動(dòng)速度蝸桿齒面硬度10-1錫青銅5-5-5錫青銅砂型≤12180200金屬型≤12135150Vsm/sHBS≤350HRC≥45金屬型≤25200220砂型≤10110125當(dāng)蝸輪采用錫青銅制造時(shí)，蝸輪的損壞形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，其許用的接觸應(yīng)力如下表：當(dāng)蝸輪采用無錫青銅或鑄鐵制造時(shí)，蝸輪的損壞形式主要是膠合。其許用的接觸應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料組合和滑動(dòng)速度來確定。表12-6鋁青銅及鑄鐵蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σH]Mpa蝸輪材料蝸桿材料滑動(dòng)速度vsm/s10-3鋁青銅HT150淬火鋼*滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼0.52501301101230115902109070180——160——120——2346890——*蝸桿未經(jīng)淬火時(shí)需將表中[σH]值降低20%。HT150、HT200四、潤滑方式選擇

1.目的

潤滑是減少摩擦磨損最有效的手段。還可用潤滑油進(jìn)行冷卻，以保證正常油溫和粘度。若潤滑不良，→效率顯著降低↓→早期膠合或磨損潤滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)而言，至關(guān)重要。2.方式蝸桿傳動(dòng)所采用的潤滑油、潤滑方式及潤滑裝置與齒輪傳動(dòng)類似。潤滑方式的選擇：當(dāng)vs≤5~10m/s時(shí)，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深；當(dāng)vs>10~15m/s時(shí)，采用壓力噴油潤滑。當(dāng)v1>4m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)；五、熱平衡計(jì)算

1.熱平衡計(jì)算目的：控制油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)（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，潤滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合）。熱平衡：在單位時(shí)間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量=散發(fā)的熱量。2.提高散熱能力的措施：

①增加散熱面積：例如，在箱體外壁合理設(shè)計(jì)并鑄出或焊上散熱筋片；②提高