第七章 蝸桿傳動(dòng)

第七章蝸桿傳動(dòng)7.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型7.1.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：

1、能夠?qū)崿F(xiàn)空間交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，通常交錯(cuò)角為90°；2、單級(jí)傳動(dòng)比大（一般為10～80），結(jié)構(gòu)緊湊；3、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音?。?、可以實(shí)現(xiàn)自鎖（當(dāng)時(shí)）；5、傳動(dòng)效率低，通常為70％~80％；6、成本較高。7.1.2蝸桿傳動(dòng)的類型根據(jù)蝸桿的形狀不同，蝸桿傳動(dòng)分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)三大類。環(huán)面、圓柱及錐蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)根據(jù)刀具加工位置的不同（根據(jù)垂直于蝸桿軸線剖面上的齒廓形狀），普通圓柱蝸桿分為：阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿。阿基米德蝸桿

加工時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)齒條形車刀水平放置在蝸桿軸線平面內(nèi)；軸截面齒形為直齒齒條形齒廓；法截面齒形為外凸曲線齒廓；橫截面齒廓為阿基米德螺旋線。漸開線蝸桿可用兩把刀具加工，刀具頂面與基圓柱相切，一把刀具的刀刃高于蝸桿軸線，另一把刀具的刀刃低于蝸桿軸線；橫截面為漸開線齒廓，軸截面為凸曲線齒廓；齒廓能磨削加工，加工精度高，多用于較高速,較精密或較大功率傳動(dòng).法向直廓蝸桿車刀刀刃平面位于螺旋線的法面上；橫截面為延伸漸開線齒廓，法截面為直線齒廓；齒廓可以進(jìn)行磨削加工，多用于精密傳動(dòng)。根據(jù)蝸桿的頭數(shù)不同：單頭蝸桿、雙頭蝸桿、多頭蝸桿等。7.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸7.2.1普通圓柱阿基米德蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)1、蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件及模數(shù)m和齒形角。中間平面：通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。對(duì)于蝸桿，其為蝸桿的軸面；對(duì)于蝸輪，中間平面為蝸輪的端面蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算以中間平面為準(zhǔn)。蝸桿傳動(dòng)中間平面主要參數(shù)關(guān)系節(jié)距與模數(shù)的關(guān)系蝸桿的導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角的關(guān)系蝸桿正確嚙合條件2、蝸桿分度圓直徑d1和導(dǎo)程角蝸桿的分度圓直徑：蝸桿上理論齒厚等于齒槽寬的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角ｑ為蝸桿的直徑系數(shù)；Z１為蝸桿的頭數(shù)；加工蝸輪的滾刀是和蝸桿尺寸參數(shù)完全相同的蝸桿滾刀。一個(gè)蝸桿對(duì)應(yīng)一個(gè)蝸桿滾刀。為了限制加工蝸輪時(shí)滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，因此對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d13、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2

蝸桿頭數(shù)：是指組成蝸桿螺紋線的數(shù)量Z1，通常取為：1，2，4,6

(若要得到大傳動(dòng)比，可取Z1＝1，但此時(shí)傳動(dòng)效率低；Z1越大傳動(dòng)效率越高，但加工越困難。）蝸輪齒數(shù)，一般取Z2=26~80（Z2過少易根切，過多會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸過大，蝸桿長度增加，導(dǎo)致蝸桿剛度降低，影響嚙合精度。）傳動(dòng)比：傳動(dòng)比i蝸桿頭數(shù)z1蝸輪齒數(shù)z27~13428~5214~27228~5428~402、128~80>401>40蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的薦用值4、齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度式中：d1--蝸桿分度圓直徑，mm；

n1--蝸桿的轉(zhuǎn)速，r/min；蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角。7.2.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何計(jì)算

中心距計(jì)算公式：齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)：名稱符號(hào)蝸桿蝸輪分度圓直徑dd1d2=mz2中心距aa=（d1+d2）/2齒頂圓直徑dada1=d1+2mda2=d2+2m齒根圓直徑dfdf1=d1-2.4mdf2=d2-2.4m蝸輪最大外圓直徑de2

de2=da2+m蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2

Ra2=df1+0.2m蝸輪齒根圓弧半徑Rf2

Rf2=da1+0.2m蝸輪輪緣寬度b

z1≤3時(shí)，b≤0.75da1z1=4時(shí)，b≤0.67da1蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程角γγ=arctan（z1m/d1）

pP=πm蝸桿螺旋部分長度

Lz1=1、2時(shí)，L≥(11+0.06z2)m;z2=4時(shí)，L≥(12.5+0.09z2)m;磨削蝸桿加長量：當(dāng)m<10(mm)時(shí)，加長25（mm）當(dāng)m=10～16(mm)時(shí)，加長35～40（mm）7.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料選擇7.3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要是齒面膠合、點(diǎn)蝕、磨損和輪齒的折斷，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。7.3.2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪輪齒多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效，因此通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。開式蝸桿傳動(dòng)中，多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。7.3.3蝸桿和蝸輪材料的選擇對(duì)材料的要求：蝸桿和蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨性及跑和性能。蝸桿材料：蝸桿一般用碳素鋼或合金鋼制成，要求齒面光潔并具有較高的硬度。蝸輪材料蝸輪常用材料：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵鑄造錫青銅（ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5)：減摩性、耐磨性最好，抗膠和能力最強(qiáng)，但是抗彎曲強(qiáng)度較低，價(jià)格較高，多用于m/s

的重要傳動(dòng)中。鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3):有足夠的強(qiáng)度，價(jià)格便宜，但是耐磨性和抗膠和能力差，用于m/s

的傳動(dòng)中。灰鑄鐵(HT150、HT200):用于m/s的低速或手動(dòng)傳動(dòng)中。7.4普通圓柱蝸桿的強(qiáng)度計(jì)算7.4.1蝸桿傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析和受力分析式中：T1、T2—分別為蝸桿和蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，N.mm；，i為傳動(dòng)比；d1、d2—分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑——齒形角；受力方向的判定蝸輪蝸桿傳動(dòng)也分為左旋和右旋，且蝸輪與蝸桿的旋向相同。確定圓周力Ft及徑向力Fr的方向的方法與外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)相同，而軸向力Fa的方向則可根據(jù)相應(yīng)的圓周力Ft的方向來判定，即Fa1與Ft2方向相反，F(xiàn)t1與Fa2的方向相反。也可按照主動(dòng)件左右手定則來判斷。7.4.2蝸桿傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的校核公式為：設(shè)計(jì)公式為：式中：T2—作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩(N.mm)

K—載荷系數(shù)

—蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力常用蝸輪材料及其許用接觸應(yīng)力蝸輪材料牌號(hào)鑄造方法適用的滑動(dòng)速度(m/s)許用接觸應(yīng)力[σH]滑動(dòng)速度(m/s)0.5123468ZcuSn10P1砂模≤25134金屬模200ZcuSn5Pb5Zn5砂?！?2128金屬模134離心澆鑄174ZcuAl10Fe3砂?！?025023021018016012090金屬模離心澆鑄ZcuZn38Mn2Pb2砂?！?02152001801501359575金屬模HT150砂模≤213011590－－－－HT200通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力，即在選擇許用應(yīng)力的時(shí)，要適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因素的影響。同時(shí)，對(duì)閉式傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算，必要時(shí)對(duì)蝸桿強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算。7.5蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算7.5.1蝸桿傳動(dòng)的效率計(jì)算：式中：—嚙合效率—分別為軸承效率和攪油效率一般取=0.95~0.96螺紋副的效率計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的總效率在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)Z1按下表初步估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率。7.5.2蝸桿傳動(dòng)的潤滑潤滑的目的：提高傳動(dòng)效率、降低工作溫度、減少磨損、避免膠合等。蝸桿傳動(dòng)潤滑油黏度和潤滑方式：運(yùn)動(dòng)粘度υ滑動(dòng)速度vs(m/s)≤1<1～2.5≤2.5～5>5～10>10～15>15～25>25工作條件重載重載中載－－－－

/（mm2/s）100068032022015010068潤滑方法浸油潤滑浸油或噴油潤滑壓力噴油潤滑7.5.3蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算

熱平衡：散發(fā)的熱量＝產(chǎn)生的熱量在閉式傳動(dòng)中，熱量是通過箱殼散逸，轉(zhuǎn)化為熱量的摩擦耗損功率：式中：p—傳動(dòng)輸入的功率(kW)η—傳動(dòng)總效率

經(jīng)箱體表面散發(fā)熱量的相當(dāng)功率：式中：k—散熱系數(shù)；A—散熱面積；

t1，t2—潤滑油的工作溫度和環(huán)境溫度；達(dá)到熱平衡時(shí)：式中：[t]—允許的潤滑油工作溫度常用散熱措施如果超過溫差允許值，可采取措施，以提高其散熱能力常用措施:1、合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄