1、11.1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)11.2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸11.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇 11.4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11.5蝸桿傳動(dòng)的效率與熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的效率與熱平衡計(jì)算第11章 蝸桿傳動(dòng)11.1蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn) 蝸桿傳動(dòng)用來傳遞空間兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，一般兩軸交角為90，如圖11-1所示。蝸桿傳動(dòng)由蝸桿與蝸輪組成。一般為蝸桿主動(dòng)、蝸輪從動(dòng)，具有自鎖性，作減速運(yùn)動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)廣泛應(yīng)用與各種機(jī)械和儀器設(shè)備之中。圖11-1 蝸桿傳動(dòng)11.1.1蝸桿傳動(dòng)的類型 圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸

2、桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng) 11.1.2蝸桿傳動(dòng) 的特點(diǎn)1、蝸桿傳動(dòng)的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大。一般傳動(dòng)比 i=10-40，最大可達(dá)80。若只傳遞運(yùn)動(dòng)（如分度運(yùn)動(dòng)），其傳動(dòng)比可達(dá)1000。2、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小。3、可制成具有自鎖性的蝸桿。4、蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是效率較低。5、蝸輪的造價(jià)較高。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用11.2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸11.2.1蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇規(guī)定通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面為中間平面。 1.模數(shù)和壓力角 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

3、，蝸輪與蝸桿的嚙合相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。2.蝸桿分度圓直徑d1及蝸桿直徑系數(shù)q3.蝸桿分度圓螺旋導(dǎo)程角 Z1、q已知時(shí)，導(dǎo)程角即為定值。4.蝸桿的頭數(shù)Z1和蝸輪的齒數(shù)Z2 可參考表。5.蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)比i i=n1/n2=Z2/Z16.蝸桿傳動(dòng)的中心距a a=(d1+d2)/2=m(q+Z2)/22）引入該參數(shù)是為了限制切制蝸輪時(shí)所需要的滾刀數(shù)目，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。通常取z1=1、2、4、6，頭數(shù)過多，導(dǎo)程角過大會(huì)使加工困難。2）引入該參數(shù)是為了限制切制蝸輪時(shí)所需要的滾刀數(shù)目，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。通常取z1=1、2、4、6，頭數(shù)過多，導(dǎo)程角過大會(huì)使加工困難。11.2.2蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)

4、算蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算 11.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇 11.3.1、蝸桿傳動(dòng)的失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效形式和齒輪傳動(dòng)相類似。 由于材料和結(jié)構(gòu)的原因, 蝸桿螺旋部分的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度, 所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒上。 蝸輪傳動(dòng)中由于蝸桿與蝸輪齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大, 效率低, 摩擦發(fā)熱大, 因此其主要失效形式是蝸輪齒面的膠合、 點(diǎn)蝕和磨損。 表11 - 1 蝸桿、 蝸輪配對(duì)材料表11 - 2 鑄錫青銅蝸輪許用應(yīng)力H 表11 - 3鑄鋁青銅及鑄鐵蝸輪許用應(yīng)力H 11.3.2、常用材料 由蝸桿傳動(dòng)的失效分析可知, 蝸桿、 蝸輪的材料要具有優(yōu)良的減摩性、

5、耐磨性和抗膠合性能, 并具有足夠的強(qiáng)度。 常用的蝸輪材料有: 鑄錫青銅 ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5, 適用于滑動(dòng)速度較高的重要傳動(dòng)； 鑄鋁青銅ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和ZCuAl10Fe3, 其抗膠合能力雖比錫青銅差, 但強(qiáng)度較高, 價(jià)格便宜, 一般用于滑動(dòng)速度小于10 m/s的場合； 滑動(dòng)速度小于2 m/s時(shí) , 可用灰鑄鐵。 蝸桿材料主要為碳鋼和合金鋼。 為了防止變形, 常對(duì)蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。 常用的蝸桿、 蝸輪配對(duì)材料見表11 - 1。 蝸輪常用材料的許用接觸應(yīng)力見表11 - 2和表11 - 3。 11.4蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 11.4.1蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)

6、的受力分析1、蝸輪轉(zhuǎn)向的確定、蝸輪轉(zhuǎn)向的確定 如圖11 - 2(a)所示, 當(dāng)蝸桿為右旋, 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)(沿軸線向左看)時(shí), 用右手, 四指順著蝸桿轉(zhuǎn)向握起來, 大拇指沿蝸桿軸線所指的相反方向即為蝸輪上節(jié)點(diǎn)速度方向, 因此蝸輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)蝸桿為左旋時(shí), 則用左手按相同方法判定蝸輪轉(zhuǎn)向, 如圖11 - 2 (b)所示。 圖 11 - 2 蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定 左、右手定則。2) 輪齒上的作用力 蝸桿傳動(dòng)輪齒上的作用力和斜齒輪相似。 為簡化計(jì)算, 通常不考慮摩擦力的影響, 蝸桿傳動(dòng)的受力情況如圖11 - 3所示。 圖中Fn分解為三個(gè)相互垂直的分力: 切向力Ft、 徑向力Fr、 軸向力 Fa

7、。 由于蝸桿與蝸輪軸交角為90, 因此根據(jù)作用力與反作用力原理, 蝸桿切向力Ft1與蝸輪軸向力Fa2、 蝸輪切向力Ft2與蝸桿軸向力Fa1、 蝸桿徑向力F r1與蝸輪徑向力Fr2各為一對(duì)大小相等、 方向相反的作用力與反作用力。 蝸桿蝸輪受力方向的判定規(guī)律與斜齒圓柱齒輪相同。 主動(dòng)蝸桿上的切向力Ft1是阻力, 其方向與蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反, 從動(dòng)蝸輪切向力Ft2與其回轉(zhuǎn)方向相同； 兩徑向力Fr1和Fr2分別指向各自的輪心； 軸向力Fa1的方向根據(jù)蝸桿的螺旋線旋向和回轉(zhuǎn)方向, 應(yīng)用左、 右手定則來確定。 圖 11 - 3 蝸桿傳動(dòng)受力分析 力的大小計(jì)算如下: tan2222122212111trtta

8、atFFFdTFFFdTF蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析11.4.2. 強(qiáng)度計(jì)算 1) 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)可以近似地看作齒條與斜齒輪的嚙合傳動(dòng), 因此以赫茲應(yīng)力公式為基礎(chǔ), 考慮蝸桿和蝸輪齒廓特點(diǎn), 可推出齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式和設(shè)計(jì)公式。 校核公式:HHddmKTddKT221222212500500設(shè)計(jì)公式：22212500KTzdmH式中, K為載荷系數(shù), K=(1.11.4)， 載荷平穩(wěn)、 滑動(dòng)速度vs3 m/s、 傳動(dòng)精度高時(shí)取小值； H為蝸輪許用接觸應(yīng)力, 單位為MPa, 見表11 - 2和表11 - 3； m為模數(shù), 單位為mm； z2為蝸輪齒數(shù)。 2)

9、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度所限定的承載能力, 大都超過齒面點(diǎn)蝕和熱平衡計(jì)算所限制的承載能力, 因此, 一般不進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。 只有在少數(shù)情況下, 如在強(qiáng)烈沖擊的傳動(dòng)中或蝸輪采用脆性材料時(shí), 計(jì)算其彎曲強(qiáng)度才有意義。 需要計(jì)算時(shí)可參考有關(guān)書籍。 11.5蝸桿傳動(dòng)的效率與熱平衡計(jì)算 11.5.1. 蝸桿傳動(dòng)的效率 閉式蝸桿傳動(dòng)的總效率包括三部分: 輪齒嚙合摩擦損失效率、 軸承摩擦損失效率及零件攪動(dòng)潤滑油飛濺損失效率。 其中最主要的是嚙合摩擦損失效率, 其大小可近似用螺旋傳動(dòng)的效率公式計(jì)算。 后兩項(xiàng)功率損失不大, 其效率一般為0.950.97。 因此, 蝸桿主動(dòng)時(shí), 蝸桿傳動(dòng)

10、的總效率為)tan(tan)97. 095. 0(v式中, 為蝸桿導(dǎo)程角； v為當(dāng)量摩擦角, 可根據(jù)滑動(dòng)速度vs由表11 - 3查取。 表11 - 3 蝸桿傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv和當(dāng)量摩擦角v表11 - 4 蝸桿傳動(dòng)的總效率 2. 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)速度大, 發(fā)熱量大, 若不及時(shí)散熱, 則會(huì)導(dǎo)致潤滑不良而使輪齒磨損加劇, 甚至產(chǎn)生膠合, 因此, 對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 蝸桿傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能所消耗的功率Ps為 Ps=1000(1-)P1 (11 - 1) 經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當(dāng)功率Pc為 Pc=ksA(t1-t0) (11 - 2)達(dá)到平衡時(shí), Ps=Pc, 因此可得到熱平衡時(shí)潤滑油的工作溫度t1的計(jì)算公式: 101)1 (1000ttAkPtss普通蝸桿傳動(dòng)的箱體散熱面積A, 可用下式估算：75. 110033. 0aA式中, a為中心距, 單位為mm。 3. 散熱措施 如果潤滑油的工作溫度超過許