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)的類型及特點(diǎn)

蝸桿傳動(dòng)是一種在空間交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)(交錯(cuò)角一般為90)。由主動(dòng)件蝸桿和從動(dòng)件蝸輪組成蝸桿的形狀象個(gè)圓柱形螺紋的螺桿蝸桿的旋向：右旋蝸桿和左旋蝸桿（一般為右旋）蝸桿的頭數(shù)：?jiǎn)晤^蝸桿(蝸桿上只有一條螺旋線，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒)雙頭蝸桿(蝸桿上有兩條螺旋線，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒)依此類推，設(shè)蝸桿頭數(shù)為（一般z1

），蝸輪齒數(shù)為z2

、則傳動(dòng)比i為：

蝸輪形狀象斜齒輪，只是它的輪齒沿齒長(zhǎng)方向又彎曲成圓弧形，以便與蝸桿更好地嚙合。圓柱面蝸桿傳動(dòng)

一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的類型1.按蝸桿形狀:其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。阿基米德蝸桿（ZA）漸開線蝸桿(ZI)法向直廓蝸桿(ZN)錐面包絡(luò)蝸桿(ZK)圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時(shí)嚙合齒數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；齒面利于潤(rùn)滑油膜形成，傳動(dòng)效率較高；同時(shí)嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大(10~360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。

2.按輪齒旋向3.按工作條件:閉式,開式,半開半閉圓弧圓柱蝸桿的軸向齒廓為凹圓弧形，相配蝸輪的齒廓為凸圓弧形。在中間平面內(nèi)，蝸桿與蝸輪間形成凹凸齒廓嚙合。圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)具有效率高（達(dá)90以上），承載能力大（約為普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的1.5—

2.5倍），傳動(dòng)的比范圍大，體積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速重載傳動(dòng)，有逐漸取代普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的趨勢(shì)。

圓柱面蝸桿傳動(dòng)

環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)§12—2蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)及幾何尺寸一、蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)1.模數(shù)和壓力角中間平面:通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面為中間平面(蝸桿軸面,蝸輪端面)

蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算都是以中間平面內(nèi)的參數(shù)和幾何關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)。在中間平面上，蝸輪與蝸桿的嚙合相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。

正確嚙合條件ma1=mt2=mαa1=αt2=200γ=β2、導(dǎo)程角

在m和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，z1↑→γ↑γ越大傳動(dòng)效率越高，傳遞動(dòng)力時(shí)要求效率高γ=15°-30°且應(yīng)采用多頭蝸桿γ越小傳動(dòng)效率越低,要求反行程自鎖時(shí)γ<=3°30'3、傳動(dòng)比I,蝸桿的頭數(shù)z1,,蝸輪齒數(shù)z2較少的蝸桿頭數(shù)（如：?jiǎn)晤^蝸桿）可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，但傳動(dòng)效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但蝸桿頭數(shù)過多時(shí)不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。(蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān)系)蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動(dòng)比，即z2=iz1。z2不宜太?。ㄈ鐉2>28)，否則將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時(shí)，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。

（Z1與Z2的薦用值表）a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)

5.中心距4、蝸桿的分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q

由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，蝸桿的尺寸參數(shù)與加工蝸輪的蝸輪滾刀尺寸參數(shù)相同，為了限制滾刀的數(shù)目及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數(shù)m的比值(q=d1

／m)稱為蝸桿的直徑系數(shù)。q=d1/mq稱為蝸桿的直徑系數(shù)d1=mqq值越小，即蝸桿直徑d1

越小，則升高γ越大，傳動(dòng)效率越高，但直徑d1

變小會(huì)導(dǎo)致蝸桿的剛度和強(qiáng)度削弱，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。二.蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸d1=mq

d2=mZ2

ha1=ha2=ha*m=m

hf1=hf2=(ha*+c*)m=1.2mda1=d1+2ha1=(q+2)mda2=d2+2ha2=(z2+2)mdf1=d1-2hf1=(q-2.4)mdf2=d2-2hf2=(z2-2.4)ma=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)§12—3蝸桿傳動(dòng)的失效形式，材料和結(jié)構(gòu)一、齒面間滑動(dòng)速度VS

較大的VS引起：1、易發(fā)生齒面磨損和膠合2、如潤(rùn)滑條件良好（形成油膜條件）則較大的VS則有助于形成潤(rùn)滑油膜，減少摩擦、磨損，提高傳動(dòng)效率

、

分別為蝸桿、蝸輪在節(jié)點(diǎn)C的速度γ為蝸桿導(dǎo)程角二、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則

1、蝸桿傳動(dòng)的失效形式（主要是蝸輪失效）閉式傳動(dòng)：膠合點(diǎn)蝕開式傳動(dòng)：磨損按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算熱平衡2、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則

閉式傳動(dòng)：開式傳動(dòng):齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、蝸桿、蝸輪的常用材料要求：1）足夠的強(qiáng)度；2）良好的減摩、耐磨性；3）良好的抗膠合性；因此常采用青銅作蝸輪齒圈，與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配。蝸桿常用材料為碳素鋼和合金鋼，要求齒面光潔并且有較高硬度。一般蝸桿可采用45，40等碳素鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～250HBS。對(duì)高速重載的蝸桿常用20Cr，20crMnTi，滲碳淬火到56～62HRc；或40r，38SiMnMo，表面淬火到45～55HRC，并應(yīng)磨削。蝸輪常用材料為青銅和鑄鐵。鑄造錫青銅，如zCuSnl0P1，zcuSn5Pb5Zn5，抗膠合，耐磨性能好，易切削加工，但價(jià)格貴，一般用于高速(v<25m／s)重要場(chǎng)合。鋁鐵青銅，如zCuA1l0Fe3，具有足夠強(qiáng)度，并耐沖擊，價(jià)格也低，但切削性能和抗膠合性能較差，故不適于高速，常用于Vs<=6m/s場(chǎng)合?；诣T鐵主要用于低速、輕載的場(chǎng)合。四、蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。

無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。

有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度較前一種差。1、蝸桿的結(jié)構(gòu)2、蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪§12—4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相同，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷Ft——主反從同

力的方向和蝸輪轉(zhuǎn)向的判別

Fr——指向各自的軸線

Fa1——蝸桿左右手螺旋定則

軸向力

徑向力圓周力

蝸輪轉(zhuǎn)向的判別：Fa1的反向即為蝸輪的角速度w2方向（即拇指的反方向）左手或右手：蝸桿旋向四指環(huán)繞方向：蝸桿轉(zhuǎn)向拇指指向：蝸桿所受軸向力方向☆判定蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)向：蝸桿為左旋，蝸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針二、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算閉式傳動(dòng)蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

按主平面內(nèi)斜齒輪與齒條嚙合進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算

校核公式

設(shè)計(jì)公式

[бH]為蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力，Mpa.對(duì)于錫青銅查表7-4；對(duì)于鋁鐵青銅或鑄鐵查表7-5；T2為蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm；Z2為蝸輪齒數(shù)；K為載荷系數(shù)，用以考慮載荷集中和動(dòng)載荷的影響。一般K=1.1-1.5。當(dāng)蝸桿跨度大時(shí)要進(jìn)行剛度計(jì)算

蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng)，輪齒彎曲折斷的情況較少出現(xiàn)，通常僅在蝸輪齒數(shù)較多(Z2>80-100)時(shí)才進(jìn)行輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于開式傳動(dòng)，則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸輪輪齒彎曲強(qiáng)度的計(jì)算方法，在此不予討論。一、蝸桿傳動(dòng)的效率h1─嚙合效率；h2─軸承效率；h3─濺油效率；h1是對(duì)總效率影響最大的因素，可由下式確定：所以Z1↑→γ↑→η↑式中：ρ

－蝸桿的導(dǎo)程角；v－當(dāng)量摩擦角?！?2—4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

設(shè)計(jì)時(shí)，蝸桿傳動(dòng)的效率可估取為：閉式傳動(dòng)：Z1=1η=0.65～0.75Z1=2η=0.75～0.82Z1=4,6η=0.82～0.92

自鎖時(shí)η＜0.5開式傳動(dòng)：Z1=1,2η=0.60～0.70二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑三、蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算

潤(rùn)滑油在齒面間被稀釋，加劇磨損和膠合。

效率低，發(fā)熱大，溫升高，潤(rùn)滑油粘度下降原因——設(shè)蝸桿傳動(dòng)功率為P1（KW）,效率為

蝸桿傳動(dòng)轉(zhuǎn)化熱量所消耗的功率為：經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當(dāng)功率為：

kS——箱體表面散熱系數(shù)

A——箱體散熱面積

t1——油的工作溫度

t0——環(huán)境溫度

達(dá)到熱平衡時(shí)

可得到熱平衡時(shí)的溫度

【t1】——油的許可工作溫度一般

【t1】=70o—90oa為中心距當(dāng)油溫>[t1]或散熱條件不符合要求時(shí)，可采用以下措施。1.增加散熱片2.在蝸桿軸端加軸流風(fēng)扇3.在油池中安裝冷卻水管4.用循環(huán)油冷卻三.蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)與標(biāo)記GB/T10089-1988——對(duì)蝸桿、蝸輪傳動(dòng)規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，1級(jí)精度最高，12級(jí)最低。

普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的精度，一般以6-9級(jí)應(yīng)用得最多。

6級(jí)精度可用于蝸輪圓周速度v>5m/s的場(chǎng)合；7級(jí)精度常用于v<7.5