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1、11-1 概述 11-2 蝸桿傳動的類型和特點(diǎn) 11-3 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 11-4 蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu) 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計(jì)算 11-6 普通蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算 11-7 蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計(jì)算,第十一章 蝸桿傳動,, 11-1 概述,,一、作用：,用于傳遞空間兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動及動力。,二、組成：,由蝸桿和蝸輪組成 。,1、蝸桿：,相當(dāng)于螺旋，有左螺旋與右螺旋之分，常用的為右螺旋蝸桿。,（1）、單頭蝸桿,（2）、蝸桿頭數(shù)即其齒數(shù),2、蝸桿傳動的傳動比：,,,三、傳動特點(diǎn),蝸桿傳動的主要特點(diǎn)有：,1傳動比大，一般為i=580，大的可達(dá)300以上； 對于
2、單頭蝸桿，蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。,2重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低； 蝸桿是連續(xù)的螺旋齒，同時(shí)接觸的齒數(shù)多。,3摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式； 由于是交錯(cuò)軸傳動，嚙合點(diǎn)速度方向不同，相對滑動大，摩擦磨損問題突出。,由于上述特點(diǎn)，蝸桿傳動主要用于運(yùn)動傳遞，而在動力傳輸中的應(yīng)用受到限制。,四、蝸桿傳動的應(yīng)用 ：,手動蝸桿傳動卷揚(yáng)機(jī),常用于兩軸交錯(cuò)、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。 蝸桿螺旋角較小時(shí)傳動具有自鎖性，故常用在卷揚(yáng)機(jī)等起重機(jī)械中，起安全保護(hù)作用。,電動蝸桿傳動卷揚(yáng)機(jī),單級蝸桿傳動減速器,下置蝸桿傳動,上置蝸桿傳動,,,蝸桿,蝸輪,蝸桿傳動, 11-2 蝸桿傳動的
3、類型和特點(diǎn),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。,圓柱蝸桿傳動,環(huán)面蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,,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，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；,同時(shí)嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大(10360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。,,,,,按蝸桿形狀不同分類:,普通圓柱蝸桿傳動：,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)圓柱蝸桿(Z
4、K),,按齒廓曲線形狀分：,圓弧圓柱蝸桿傳動：,（1） 、效率高 （2）、承載能力高 （3）、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊,環(huán)面蝸桿傳動：,錐蝸桿傳動：, 11-3 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算,中間平面 垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面。,蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算中，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準(zhǔn) 。,一、蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇：,1.蝸桿的頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動比 i,較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效 率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，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。,蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即z2= i z1 。
5、 z2不宜太?。ㄈ鐉226)，否則將使傳動平穩(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。,傳動比 i：,2、模數(shù)m和壓力角：,蝸桿與蝸輪嚙合時(shí)，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、 壓力角相等，即,3、導(dǎo)程角 ：,在m和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，z1 ,正確嚙合時(shí)，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且 。,,,4、蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q：,,,由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制 滾刀的數(shù)目，國家標(biāo)準(zhǔn)對每一標(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的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù)。,當(dāng)
6、模數(shù)m一定時(shí)，q值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，對于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛度。,5.中心距：,二、蝸桿傳動的變位特點(diǎn)及變位系數(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(shí)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(shí)的滾刀與蝸桿尺寸相同，加工時(shí)滾刀只作徑向移動，尺寸不變。, 11-4 蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu),一、蝸桿傳動的材料：,為減摩，蝸桿常用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。,高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。,低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。,蝸輪常用
7、材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。,二、蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu),1、蝸桿的結(jié)構(gòu)：,蝸桿螺旋部分的直徑不大，常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。,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。,2、蝸輪的結(jié)構(gòu)：,為了減小摩擦，蝸輪通常要用青銅制作。為節(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。,詳述,常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：,蝸輪的結(jié)構(gòu),,蝸輪的結(jié)構(gòu),蝸輪的結(jié)構(gòu),蝸輪的結(jié)構(gòu),蝸輪的結(jié)構(gòu), 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸
8、桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點(diǎn)蝕, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點(diǎn)蝕,齒面膠合, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點(diǎn)蝕,齒面膠合,過度磨損, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點(diǎn)蝕,齒面膠合,過度磨損,另外還有系統(tǒng)過熱、蝸桿剛度不足等失效形式。,
9、失效大多發(fā)生在蝸輪輪齒上。,二、蝸桿傳動的計(jì)算準(zhǔn)則：,閉式蝸輪傳動：,開式蝸輪傳動、傳動時(shí)載荷變動較大、蝸輪z290時(shí)：,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,只須按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),熱平衡計(jì)算,蝸桿受力后產(chǎn)生過大變形：,蝸桿的剛度校核,,,,,,,蝸輪, 11-6 普通蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算,一、蝸桿傳動的運(yùn)動分析：,,蝸桿、蝸輪的角速度,蝸桿、蝸輪在接觸點(diǎn)的線速度。,蝸桿分度圓柱上的相對滑動速度為：,式中：,蝸桿轉(zhuǎn)速，r/min；,蝸桿分度圓直徑，mm；,蝸桿螺旋導(dǎo)角。,二、 蝸桿傳動的受力分析：,法向力Fn,蝸桿傳動受力方向判斷,在不計(jì)摩擦力時(shí)，力的大小有以下關(guān)系：,徑向力F
10、r 周向力Ft 軸向力Fa,,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷：,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷：,徑向力指向各自回轉(zhuǎn)中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷：,蝸桿上的周向力是蝸桿的負(fù)載，阻止主動輪轉(zhuǎn)動。 蝸輪上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。,徑向力指向各自回轉(zhuǎn)中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,螺旋角方向左、右手；與斜齒輪相同，只能握主動件 轉(zhuǎn)向四指方向； 大拇指蝸桿受軸向力的方向。它的反方向是蝸輪受周向力方向，也是蝸輪線速度的方向，據(jù)此畫出蝸輪轉(zhuǎn)向。,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷：,徑向力指向各自回轉(zhuǎn)中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,蝸桿上的軸向力與蝸桿上的周向力大小
11、相等，方向相反。用左右手定則判斷,蝸桿上的周向力是蝸桿的負(fù)載，阻止主動輪轉(zhuǎn)動。 蝸輪上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。,螺旋角方向左、右手；與斜齒輪相同，只能握主動件 轉(zhuǎn)向四指方向； 大拇指蝸桿受軸向力的方向。它的反方向是蝸輪受周向力方向，也是蝸輪線速度的方向，據(jù)此畫出蝸輪轉(zhuǎn)向。,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉(zhuǎn)向的判斷：,徑向力指向各自回轉(zhuǎn)中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,蝸桿上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。用左右手定則判斷,蝸桿上的周向力是蝸桿的負(fù)載，阻止主動輪轉(zhuǎn)動。 蝸輪上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。,三、普通蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算：,,1、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
12、：,2、 蝸輪齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,詳述,,蝸桿傳動承載能力計(jì)算,,1、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,校核式：,設(shè)計(jì)式：,齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,Z的確定,載荷系數(shù)的確定,普通蝸桿傳動的強(qiáng)度計(jì)算,2、蝸輪齒根面彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,計(jì)算出 m2d1，查表11-2（P245）可查得其它相關(guān)參數(shù)。,蝸輪的許用彎曲應(yīng)力,P255,蝸輪的齒形系數(shù),六、蝸桿的剛度計(jì)算,由蝸桿的結(jié)構(gòu)和受力情況可知，由于受到徑向力的作用，而且支承跨距較大，所以，必要時(shí)要對蝸桿的剛度進(jìn)行校核。,蝸桿的剛度計(jì)算通常是把蝸桿看作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段，校核其彎曲剛度。其撓度和許用撓度計(jì)算式為：,七、蝸桿傳動的精度等級及其選擇
13、 P257,蝸桿傳動的精度等級規(guī)定了12級。一般使用6-9級。,相應(yīng)精度等級對應(yīng)的各公差組從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查取。,6級精度傳動一般用于中等精度的機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)，圓周速度v25m/s。,7級精度用于中等精度的運(yùn)輸機(jī)或中速傳遞動力場合,速度v27.5m/s。,8級精度一般用于一般的動力傳動中，圓周速度v23m/s。,9級精度一般用于不重要的低速傳動機(jī)構(gòu)或手動機(jī)構(gòu)。,課程設(shè)計(jì)中選7-8級即可。,, 11-7 蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計(jì)算,一、蝸桿傳動效率：,h1嚙合摩擦損耗的效率；,h2軸承摩擦損耗的效率；,h3濺油損耗的效率；,,根據(jù)Z1對效率作如下估?。?1 2 4 6,0.7
14、0.8 0.9 0.95,,,,,軸承摩擦損耗的效率 :,滾動軸承 ,滑動軸承 ,= 0.980.99,,濺油損耗的效率 :,一般情況 ,= 0.950.99,由于軸承摩擦和濺油損耗不大， 一般取,= 0.950.96,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,二、蝸桿傳動的潤滑：,減摩與散熱。,潤滑油：,潤滑油粘度及給油方式：,潤滑油量：,種類多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件選用。,根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進(jìn)行選擇。 給油方法：油池潤滑、噴油潤滑等。,既要考慮充分的潤滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。 下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動，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1/3。,,,三、蝸桿傳動的熱平衡計(jì)算：,系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：,自然冷卻從箱壁散去的熱量為：,箱體表面的散熱系數(shù)，可取；,S 箱體的可散熱面積(m2)；,t0潤滑油的工作溫度()， t06070 ； ta環(huán)境溫度()，常溫20 。,公式推導(dǎo)：,式中：,P蝸桿傳遞的功率 ； 蝸桿傳動的總效率；,一般t080 或散熱面積不足時(shí)，要采取提高散熱能力。,熱平衡條件：,,,既定條件下的油溫：,,正常工作溫度所需散熱面積：,常用散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,
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