第9章蝸桿傳動(dòng)9.1蝸桿傳動(dòng)的材料和失效形式9.2蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算9.3蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算9.4圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)WormDrive概述Function:appliedfortransmittingrotatingmotionanddynamicsbetweencrossingaxes,angleofaxesisarbitraryvalue.作用：用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,兩交錯(cuò)軸間的夾角可為任意值，通常為90度。Formation:ifthenumberofteethofsinglebevelgearisverysmall,andwhenβ1isverylarge,gearoncylinderbodyconstitutesmulti-circlefullspiral.

形成：若單個(gè)斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且β1很大時(shí)，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。Thederivedgeariscalled:worm.Meshingmemberiscalled:wormgear.所得齒輪稱為:蝸桿。而嚙合件稱為:蝸輪。Drawbacks缺點(diǎn):Merits優(yōu)點(diǎn):1)Largedriveratio,compactstructure

傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊2)Stabledrive,lightnoise.

工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲3)Canreveseself-lockinspecificcondition

一定條件下反行程可自鎖Lowefficiency,relativeglidingspeedishigh,frictionandabrasionisheavy,gearringofwormismadefromthepreciousmaterial(suchasbronze),highcost.效率較低，相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦與磨損嚴(yán)重，蝸輪齒圈一般需用貴重的減摩材料（如青銅等）制造，成本高。Materialandfailureformsofwormdrive9.1蝸桿傳動(dòng)的材料和失效形式一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)類似：點(diǎn)蝕、膠合、磨損、折斷∵相對(duì)滑動(dòng)速度vs↑→η↓、發(fā)熱↑Maininvalidforms:glue,pittingandabrasion.Usuallyoccursontheteethofwormgear.

主要失效形式:是齒面膠合、點(diǎn)蝕和磨損，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。

Designcriterionofwormdrives

2.蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

Toavoidfailurecausedbyexcessiveabrasionoftoothface,weshouldmake:為了防止齒面過(guò)度磨損引起的失效，應(yīng)進(jìn)行：1)Bendingfatiguestrengthcalculationofworm’sdedendum

蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算2)Contactfatiguestrengthcalculationofworm’stoothface

蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算Toavoidfailurecausedbyrigiditydeficiencyofworm,weshouldmake:Rigiditycalculationofworm為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進(jìn)行：蝸桿的剛度計(jì)算Toavoidfailurecausedbyoverheat,weshouldmake為了防止過(guò)熱引起的失效，就要進(jìn)行：Calorificbalancecalculationofdrivesystem傳動(dòng)系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算Thereareabrasionofteethfaceandgearruptureinopeningwormdrives,soshouldguaranteebendingfatigueintensityofwormdrives.開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此，應(yīng)以保證輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。Thereisglueorpittinginclosingwormdrives.So,usuallycalculateaccordingtocontactfatigueintensityofteethface,checkaccordingtobendingfatigueintensityofgear.Inaddition,calculatecalorificbalance閉式蝸桿傳動(dòng)多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。另外，還應(yīng)作熱平衡計(jì)算。vs↑減摩性↑、強(qiáng)度↑不能都用硬材料1、蝸輪——指齒圈部分材料：減摩材料鑄錫青銅：vs≥12~25m/s鑄鋁鐵青銅：vs≤6m/s，抗膠合能力差鑄鋁黃銅：抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng),耐磨性差,用于vs小場(chǎng)合HT、QT：vs≤2m/s大直徑蝸輪：鑄鐵（蝸桿用青銅）2、蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬面蝸桿：首選淬火→磨削調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設(shè)備時(shí)選用。Commonmaterialsofwormdrives二、蝸桿傳動(dòng)的材料Peripheralforce圓周力:FtAxialforce軸向力:

FaRadialforce徑向力:

Fr9.2蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的受力分析Stressanalysisofcylindricalwormdrives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。Ft1

=-Fa2

=2T1

/d1

Fr1

=-Fr2

=Ft2

tanαFa1

=-Ft2

=2T2/d2

Andtherearerelationasfollowing且有如下關(guān)系:

T2=T1iη

Intheequation:T1,T2areindividuallytorqueonwormandwormgear.式中：T1

、T1分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。方向判定：1）蝸輪轉(zhuǎn)向已知：n1、旋向→n2左、右手定則：四指n1、拇指反向：嚙合點(diǎn)v2→n22）各分力方向Fr：指向各自輪心Ft蝸桿與n1反向蝸輪與n2同向Fa蝸桿：左、右手定則蝸輪：※n2n13）旋向判定∵蝸輪與蝸桿旋向相同。v2例：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蝸桿軸Ⅰ為輸入，大錐齒輪軸Ⅲ為輸出，軸Ⅲ轉(zhuǎn)向如圖。試確定：各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa12.Fa3→Fa2→Ft1→n1蝸輪右旋n4輸出ⅢⅠⅡ1234蝸桿右旋→二.強(qiáng)度計(jì)算和剛度校核一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算13

失效方式：

鋼制蝸桿對(duì)錫青銅蝸輪：蝸輪疲勞點(diǎn)蝕；

鋼制蝸桿對(duì)非錫青銅或鑄鐵蝸輪：蝸輪膠合；

強(qiáng)度條件(同齒輪，中間平面內(nèi))：

齒面接觸強(qiáng)度校核公式

齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式K－表9.2ZE－表9.3StrengthcalculationandrigiditycalculationofcylindricalwormdrivesCheckformulaofcontactintensityoftoothface許用應(yīng)力：（1）蝸輪材料為錫青銅（）——失效形式為點(diǎn)蝕，與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N有關(guān)?；驹S用接觸應(yīng)力表9.4接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：（2）當(dāng)蝸輪材料為鑄鐵或高強(qiáng)度青銅，——失效形式為膠合（不屬于疲勞失效），許用應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N無(wú)關(guān)，與滑動(dòng)速度有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)先假設(shè)滑動(dòng)速度。二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)公式：按斜齒輪計(jì)算方法：校核公式：其中：YF2——蝸輪齒形系數(shù)；

Y?——螺旋角系數(shù)；當(dāng)量齒數(shù)，表9.6

——蝸輪基本許用應(yīng)力，表9.7—壽命系數(shù)

Bendingintensitycalculationofdedendum三、蝸桿的剛度計(jì)算（不講）

剛度條件：

Efficiencyofwormdrives一、蝸桿傳動(dòng)的效率Dissipationofpower:meshingdissipation,frictiondissipationofmechanicalbearing,oilmixingdissipation.

功率損耗：嚙合損耗、軸承摩擦損耗、攪油損耗。Efficiency,GreasingandCalorificBalanceCalculationofWormDrives9.3蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算2

3—bearingefficiencyandoilmixingefficiency

分別為軸承效率和攪油效率generallyselect

一般取2

3=0.95~0.96γ—theangleofleadofworm

蝸桿導(dǎo)程角;

Among式中：1—joggleefficiency

嚙合效率Totalefficiencyofwormdrives蝸桿傳動(dòng)的總效率Headnumberofworm蝸桿頭數(shù)Z1１２４６Totalefficiency總效率η0.700.800.900.95Approximaterelationbetweenefficiencyandheadnumberofworm:效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為:所以Z1↑→γ↑→η↑γ

Excessive→difficultprocessofworm

γ過(guò)大→蝸桿加工困難Whenγ>28?，incrementofefficiencyηislittle.當(dāng)γ>28?，效率η增加很少。z1=1η=0.70~0.75z1=4η=0.87~0.92Generally一般取:

ρv

<γ

≤25?Closingdrives閉式傳動(dòng):Openingdrive開(kāi)式傳動(dòng):

z1=1、2η=0.60~0.70

Greasingofwormdrives

二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑Ifgreasingisdeficient→efficiencydecreasesobviously↓→earlyglueorabrasiongreasing若潤(rùn)滑不良→效率顯著降低↓→早期膠合或磨損Greasingisimportanttowormdrives.潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)而言，至關(guān)重要。Whenvs≤

5~10m/s,weadoptfloodingsystemlubricationbyoilbasin.Toinducelossofoilmixing,underneathwormisnotsuitabletofloodoiltoodeep,thedepthisapproximatelyonetooth.當(dāng)vs≤5m/s時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深，約為一個(gè)齒高。Whenvs>

10m/s,itappliespressureoiljetlubrication.當(dāng)vs>10m/s時(shí)，采用壓力噴油潤(rùn)滑。When5<vs≤10

m/s,itappliesstructureofupperworm.當(dāng)5<vs≤10m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。ra/3onetoothdepth一個(gè)齒高Calorificbalancecalculationofwormdrives

三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算由于傳動(dòng)效率較低，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過(guò)高，油的粘度下降，使磨損量增加，易產(chǎn)生膠合。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：KS－箱體表面的散熱系數(shù)，可取KS＝(8.15~17.45)W/(m2?℃)；A－箱體的可散熱面積(m2)；ti－潤(rùn)滑油的工作溫度(℃)；t0－環(huán)境溫度(℃)。取t0=20℃。Accordingtocalorificbalance

：Q1=Q2,由熱平衡條件可用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算，一般ti≤70~80℃可用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)Increasetheradiatingarea,addcoolingfin.

增加散熱面積,加散熱片.2)Promoteheattransmissioncoefficientofsurface,addfan,coolingwaterpipe,coolingcircularoil.

提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),加風(fēng)扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。

Whentheoiltemperatureatwork:ti>80℃

orradiatingareaisdeficient,weshouldtakeradiatingmeasures:

當(dāng)工作油溫：ti>80℃或散熱面積不足時(shí)，應(yīng)采取散熱措施：普通蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)與尺寸19.4圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、基本參數(shù)1、模數(shù)m和壓力角a中間平面：

過(guò)蝸桿軸線作一垂直于蝸輪軸線的平面。在該平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的嚙合傳動(dòng)相當(dāng)于齒條與齒輪的傳動(dòng)。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mx1=mt2=m（中間平面）

ax1=at2γ1=β2（等值同向）StructureDesignofCylindricalWormandWormgear2、蝸桿的分度圓直徑d1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，為了限制滾刀的數(shù)目，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)。3、蝸桿的頭數(shù)z1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(guò)多時(shí)不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。4、導(dǎo)程角g在m和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，z1↑→g↑5、傳動(dòng)比i6、蝸輪齒數(shù)z2蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動(dòng)比，即z2=iz1。z2不宜太?。ㄈ鐉2＜26)，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9.10）7、幾何尺寸正確嚙合時(shí)，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且g1＝b2一般z2＝28～80Structureofworm二、蝸桿的結(jié)構(gòu)oftenbemadeasawholebodywithshaft→Wormshaft通常與軸制成一體蝸桿軸1)Noescapestructure:machininghelixonlymill.

無(wú)退