蝸桿傳動(dòng)(第13章)

機(jī)械設(shè)計(jì)第13章蝸桿傳動(dòng)1§13.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用一.特點(diǎn)：

1.傳動(dòng)比大：結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力傳動(dòng)i=7~80；

2.傳動(dòng)平穩(wěn)：連續(xù)的螺旋齒；逐漸進(jìn)入嚙合和退出，故沖擊小、噪聲低；

3.可自鎖：升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)；

4.傳動(dòng)效率低：滑動(dòng)速度大，摩擦與磨損嚴(yán)重。但新型蝸桿的傳動(dòng)效率已可達(dá)90%以上。2§二。蝸桿傳動(dòng)的類型

a）圓柱蝸桿傳動(dòng)b）環(huán)面蝸桿傳動(dòng)c）錐蝸桿傳動(dòng)31.普通圓柱蝸桿傳動(dòng)：根據(jù)蝸桿的不同齒廓形狀及形成機(jī)理，可分為：阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）漸開(kāi)線蝸桿（ZI蝸桿）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）4阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）車(chē)削工藝好，精度低，中小載荷，使用逐漸減少

中間平面齒廓為直線5§法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）法面齒廓為直線6§漸開(kāi)線蝸桿（ZI蝸桿）效率高；傳遞功率較大端面齒廓為漸開(kāi)線7§13.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸

在中間平面，普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪和齒條的嚙合，設(shè)計(jì)時(shí)以中間平面的參數(shù)為基準(zhǔn)。一。蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)

1.模數(shù)m和壓力角：在中間平面，即蝸桿軸平面與蝸輪中間平面的m和壓力角相等且為標(biāo)準(zhǔn)值?！?/p>

2.蝸桿分度圓直徑d1

直徑系數(shù)q：8

3.蝸桿頭數(shù)z1：常取1、2、4、6

傳動(dòng)效率：估取0.7、0.8、0.9、0.95。

蝸輪齒數(shù)z2：

保證一定的重合度，傳動(dòng)平穩(wěn)；保證抗彎強(qiáng)度、蝸桿的剛度。為什么對(duì)蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)有限制？蝸桿頭數(shù)少，能得到大的傳動(dòng)比，但導(dǎo)程角小、效率低、發(fā)熱量大，故載荷大且連續(xù)工作時(shí)不宜用單頭蝸桿。如傳動(dòng)要自鎖，應(yīng)選單頭。蝸桿頭數(shù)多，效率高，但過(guò)多加工困難，所以要限制蝸桿頭數(shù)不宜過(guò)多。從傳動(dòng)的平穩(wěn)性考慮，蝸輪齒數(shù)少，同時(shí)嚙合齒的對(duì)數(shù)少，傳動(dòng)的平穩(wěn)性差。齒數(shù)愈多，蝸輪直徑愈大，蝸桿愈長(zhǎng)，蝸桿剛度愈小，所以蝸輪的齒數(shù)要限制。9

4.導(dǎo)程角：10（1）（2）

蝸桿分度圓d1，導(dǎo)程角和直徑系數(shù)q關(guān)系：從（1）、（2）知，當(dāng)m一定時(shí)，q值增大，則d1變大，蝸桿的剛度及強(qiáng)度相應(yīng)提高，因此當(dāng)m較小時(shí)，q選較大值又因?yàn)樵冢?）式中，當(dāng)q取小值時(shí)，γ增大，效率η隨之提高，故在蝸桿軸剛度允許的情況下，應(yīng)盡可能選較小的q值。為了滿足各種需要，對(duì)于同一m允許q值在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，以便選用不同的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿直徑。115.中心距a：反映功率大小6.傳動(dòng)比i：12§二。蝸輪的變位蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn)：為了保持刀具尺寸不變，不能改變蝸桿的尺寸，因而只對(duì)蝸輪進(jìn)行變位。（1）改變中心距：（2）中心距不變，則蝸輪齒數(shù)：13§7.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式及常用材料1.失效形式：失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪的輪齒上；滑動(dòng)速度VS大，發(fā)熱量大，更易膠合和磨損。2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：同齒輪傳動(dòng)；必要時(shí)核算熱平衡。3.材料的基本要求：足夠的強(qiáng)度、減摩、耐磨和抗膠合性蝸桿20Cr滲碳淬火；40Cr、35CrMo淬火；45調(diào)質(zhì)

蝸輪ZCuSn10P1ZCuAl10Fe3HT200VS3重要傳動(dòng)VS4m/sVS2m/s耐磨性好、抗膠合價(jià)格便宜經(jīng)濟(jì)、低速14按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；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)則閉式傳動(dòng)：開(kāi)式傳動(dòng)：通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。15§7.4蝸桿傳動(dòng)的受力分析和效率計(jì)算

一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析16FnFrFaFtF′F′17

圓柱蝸桿傳動(dòng)18練習(xí)右旋求蝸桿的旋向？Fx1求蝸桿的轉(zhuǎn)向？練習(xí)19

二、蝸桿傳動(dòng)的載荷系數(shù)

載荷系數(shù)K=KAKKv使用系數(shù)KA齒向載荷分配系數(shù)K=1~~1.3~~1.6（載荷平穩(wěn)、變化、振動(dòng)、沖擊）動(dòng)載系數(shù)Kv=1.0~1.1（v23m/s）；

1.1~1.2（v23m/s）。20潤(rùn)滑、散熱不良時(shí)：易產(chǎn)生磨損、膠合；充分潤(rùn)滑時(shí)：有利于油膜的形成，滑動(dòng)速度越大，摩擦系數(shù)越小，提高了傳動(dòng)效率。v1

v2

vS三、蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度

相對(duì)滑動(dòng)速度很大產(chǎn)生的利弊：21

四、蝸桿傳動(dòng)的效率22z---接觸系數(shù)圖13.12,接觸線長(zhǎng)度和曲率半徑的影響zE---彈性影響系數(shù)，表13.12,（鋼對(duì)青銅或鑄鐵

zE=

160）

取標(biāo)準(zhǔn)值m、d1、q、§7.5圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算23二.蝸輪的許用接觸應(yīng)力錫青銅：主要為接觸疲勞失效，與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N

有關(guān)灰鑄鐵及鋁鐵青銅：主要取決于膠合失效，與滑動(dòng)速度vs有關(guān)24§

三、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算25

四。蝸桿的剛度計(jì)算26五。蝸桿傳動(dòng)的散熱計(jì)算(熱平衡計(jì)算)

1.熱平衡計(jì)算的目的2.熱平衡計(jì)算的方法工作溫度tI60~70°C27熱平衡計(jì)算1

即（a－傳動(dòng)的中心距）有散熱片時(shí)：油的溫升：＜55～70℃h－表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，一般取h＝(12~18)W/(m2?℃)；A

－箱體的散熱面積(m2)，可按下式近似計(jì)算，t1－潤(rùn)滑油的工作溫度(℃)；通常取

t1＝

20℃

式中：P1－傳動(dòng)的輸入功率（kW)；t0－環(huán)境溫度(℃)。摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)的熱量28為什么蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算？由于渦桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度大，傳動(dòng)效率低，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱。若閉式蝸桿傳動(dòng)的散熱條件不足，則使溫度升高，潤(rùn)滑油的粘度下降，從而引起潤(rùn)滑油膜破裂，引起潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致齒面膠合，所以必須對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。29熱平衡計(jì)算2蝸桿傳動(dòng)的散熱措施自然冷卻的熱平衡溫度過(guò)高時(shí)，可采用以下措施：1）在箱體外表面加散熱片以增大散熱面積。

2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通。3）在油池內(nèi)安裝冷卻管路。4）采用壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑（安裝散熱器）。30熱平衡計(jì)算3傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器31

7.6蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑

一。

潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑方式的選擇的潤(rùn)滑油牌號(hào)、.粘度及給油方法、潤(rùn)滑油量二。蝸桿的布置上置蝸桿,下置蝸桿一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)滑油的粘度和給油方法。蝸桿下置時(shí)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/6～1/3。給油方法：油池潤(rùn)滑：噴油潤(rùn)滑32（一）蝸桿結(jié)構(gòu)33蝸輪結(jié)構(gòu)34例：在圖示的傳動(dòng)系統(tǒng)中，1，2為錐齒輪；3，4為斜齒輪；5為蝸桿；6為蝸輪，小錐齒輪為主動(dòng)輪，轉(zhuǎn)向如圖所示。為使軸Ⅱ，Ⅲ上傳動(dòng)件的軸向力能相抵消，試在圖上畫(huà)出各輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、螺旋線方向及軸向力方向。Fa1Fa2Fa3Fa4Fa5Fa6左旋35例：圖示為一手動(dòng)滑車(chē)的蝸桿傳動(dòng)。已知單頭蝸桿的模數(shù)m=5mm，蝸桿分度圓直徑d1=90mm，傳動(dòng)比i=50，起重鏈輪分度圓直徑d3=200mm，驅(qū)動(dòng)鏈輪分度圓直徑d4=300mm，試判斷傳動(dòng)能否自鎖？并求驅(qū)動(dòng)力F=150N時(shí)起重量Q是多少（蝸桿傳動(dòng)當(dāng)量摩擦系數(shù)μv=0.1，忽略鏈與軸承的摩擦損耗）？36解：自鎖驗(yàn)算蝸桿分度圓程角當(dāng)量摩擦角

滿足自鎖條件，蝸桿傳動(dòng)能自鎖。起重量計(jì)算蝸輪軸上阻力矩37蝸桿軸上驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩蝸桿傳動(dòng)嚙合效率則38

例：圖示為某起重設(shè)備的減速裝置。已知各輪齒數(shù)z1=z2=20，z3=60z4=1，z5=40輪1轉(zhuǎn)向如圖所示，卷筒直徑D=136mm。試求：

(1)此時(shí)重物是上升還是下降？(2)設(shè)系統(tǒng)效率=0.68，為使重物上升，施加在輪1上的驅(qū)動(dòng)力矩T1=10N·m，問(wèn)重物的重量是多少?39⊙Ft4

Fa4

Fr4

Ft5Fr5Fa5n4

解：計(jì)算蝸桿的轉(zhuǎn)速在左邊1、2、3的周轉(zhuǎn)輪系中以n1的轉(zhuǎn)向?yàn)檎齽t蝸桿的轉(zhuǎn)向與輪1相同，向上

對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行受力分析通過(guò)受力分析知道重物上升。從1到5的傳動(dòng)比

40作業(yè)1，如圖所式為蝸桿傳動(dòng)與錐齒輪傳動(dòng)的組合，已知輸出軸上的錐齒輪Z4的轉(zhuǎn)速n（1）欲使中間軸上的軸向力能部分抵消，試確定蝸桿傳動(dòng)的螺旋線方向和蝸桿的轉(zhuǎn)向（2）在圖中標(biāo)出各輪軸向力的方向。412，手動(dòng)鉸車(chē)采用圓柱蝸桿傳動(dòng)，如圖，已知m=8、Z1=1、d1=80mm，Z2=40，卷筒直徑D=200mm問(wèn)（1）欲使重物上升1m，蝸桿應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？（2）蝸桿與蝸輪間的當(dāng)量摩擦系數(shù)f′=0.18，改機(jī)構(gòu)能否自鎖？（3）若重物W=5KN，手搖時(shí)施加的力F=100N，手柄轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度l應(yīng)是多少？423，為增加蝸桿減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，決定用雙頭蝸桿代替原來(lái)的單頭蝸桿，問(wèn)原來(lái)的蝸輪是否可以繼續(xù)使用？為什么？

43答案44Fa4Fa3Fa2Fa1Ft1Ft2Fr2右旋蝸桿45Ft2因?yàn)閐1=m×q2解：得直徑系數(shù)

（1）欲使重物W上升1m，設(shè)蝸輪的轉(zhuǎn)數(shù)為n2

那么蝸桿的轉(zhuǎn)數(shù)n1=i×n2由于

（2）由于

又因?yàn)槟Σ料禂?shù)f=0.18＞0.1

即γ=5.71°小于摩擦角ρ=10.20°,所以能自鎖。46（3）蝸輪的分度圓直徑d2