第九章蝸桿傳動第一節(jié)蝸桿傳動的特點和類型第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算第三節(jié)蝸桿傳動精度、失效形式和設(shè)計準則第四節(jié)蝸桿與蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)第五節(jié)蝸桿傳動的強度計算第六節(jié)蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡第七節(jié)蝸桿傳動的裝配第九章蝸桿傳動第一節(jié)蝸桿傳動的特點和類型第二節(jié)蝸桿【知識目標】了解蝸桿傳動的組成、類型、特點和應(yīng)用場合。掌握蝸桿傳動的基本參數(shù)、正確嚙合條件和基本幾何尺寸計算；明確蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準則。掌握蝸桿傳動的受力分析、強度計算及熱平衡計算?！灸芰δ繕恕磕苡嬎阄仐U傳動的幾何尺寸，能進行蝸桿傳動的設(shè)計計算，能正確裝配蝸桿傳動?！局R目標】了解蝸桿傳動的組成、類型、特點和應(yīng)用場合。掌握蝸【觀察與思考】思考這個系統(tǒng)中哪個部分是工作核心。思考蝸桿傳動是怎樣達到減速目的達到。觀察蝸桿與螺桿、蝸輪與斜齒輪的異同。如何安裝才能達到減速器的工作要求？【觀察與思考】思考這個系統(tǒng)中哪個部分是工作核心。蝸桿傳動的組成：動畫演示蝸桿蝸輪機架用以傳遞空間兩交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力，通常兩軸交錯角為90°。蝸桿傳動廣泛應(yīng)用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其它機械制造部門中，最大傳動功率可達200kW，通常用在50kW以下

蝸桿形如螺桿，有左旋和右旋、單頭和多頭之分蝸輪形如斜齒輪，但沿齒寬方向其齒呈凹弧形一般以蝸桿為主動件蝸桿傳動的組成：動畫演示蝸桿蝸輪機架用以傳遞空間兩交錯軸之第一節(jié)蝸桿傳動的特點和類型一、蝸桿傳動的特點1.傳動比大。傳遞動力時：i=8~80；傳遞運動時：i=1000。2.結(jié)構(gòu)緊湊。3.傳動平穩(wěn)、噪聲小。

4.可制成具有自鎖性的蝸桿當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動具有自鎖性，即蝸桿只能帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，而蝸輪不能帶動蝸桿5.效率較低。一般只有0.7～0.8，自鎖時只有0.4

。

6.蝸輪造價較高。第一節(jié)蝸桿傳動的特點和類型一、蝸桿傳動的特點1.傳動比大二、蝸桿傳動的類型1.按蝸桿形式分圓柱蝸桿傳動錐蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動運動演示（結(jié)構(gòu)）運動演示（結(jié)構(gòu)）運動演示（結(jié)構(gòu)）二、蝸桿傳動的類型1.按蝸桿形式分圓柱蝸桿傳動錐蝸桿傳動環(huán)面阿基米德蝸桿（應(yīng)用最廣泛）2.圓柱面蝸桿按螺旋面形狀分

(刀具加工位置不同)漸開線蝸桿軸向齒廓：直線端面齒廓：阿基米德螺旋線加工時刀刃頂平面通過蝸桿軸線端面：漸開線加工時刀具的切削刃與基圓相切，兩把刀具分別切出左、右側(cè)螺旋面

阿基米德蝸桿（應(yīng)用最廣泛）2.圓柱面蝸桿按螺旋面形狀分3.按蝸桿頭數(shù)（蝸桿螺旋線的數(shù)目）分單頭蝸桿：i↑，自鎖性↑，η↓多頭蝸桿：相反4.按旋向分左旋右旋一般采用右旋3.按蝸桿頭數(shù)（蝸桿螺旋線的數(shù)目）分單頭蝸桿：i↑，自鎖性↑第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。對于阿基米德蝸桿傳動，在中間平面上，相當于齒條與齒輪的嚙合傳動。所以設(shè)計計算都以中間平面的參數(shù)和幾何關(guān)系為準，并沿用圓柱齒輪傳動的計算關(guān)系。第二節(jié)蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算通過蝸桿軸線并垂直于一、蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇蝸桿的軸向模數(shù)ma1、軸向壓力角αa1、蝸輪的端面模數(shù)mt2、蝸輪αt2、齒頂高系數(shù)ha1

*、頂隙系數(shù)ct2*為標準值。標準模數(shù)m：查表；標準壓力角α=20o；標準齒形齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.2；

國家標準規(guī)定，蝸桿傳動在中間平面上的參數(shù)為標準參數(shù)。即：1.蝸桿傳動的標準參數(shù)一、蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇蝸桿的軸向模數(shù)ma1、軸向2．傳動比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2

當蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸輪將轉(zhuǎn)z1個齒，即z1/z2周。所以，蝸桿傳動的傳動比為：

（2）蝸桿頭數(shù)z1：主要根據(jù)傳動比和要求的效率來確定，通常為1、2、4、6。當傳動比大于40或要求自鎖時，取z1=1；當傳遞功率較大時，為提高傳動效率、減少能量損失，常取z1=2~4。蝸桿頭數(shù)越多，加工精度越難保證。（1）傳動比i2．傳動比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2當蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸（3）蝸輪齒數(shù)z2：

由z2=iz1計算確定，通常情況下取z2=28~80。若z2<28，容易產(chǎn)生根切，并使傳動的平穩(wěn)性降低；若z2過大，蝸輪直徑增大，與之相應(yīng)蝸桿的長度增加，剛度減小，從而影響嚙合的精度。z1、z2可根據(jù)傳動比i參照表選取。（3）蝸輪齒數(shù)z2：z1、z2可根據(jù)傳動比i參照表選取。3.蝸桿直徑系數(shù)q和蝸桿導程角

蝸桿分度圓直徑d1：因蝸桿與加工蝸輪的滾刀中圓直徑相同，但m一定時，由于z1和λ的變化，d1是變化的，即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。為限制滾刀數(shù)量，取d1為標準值，且與模數(shù)相匹配。

直徑系數(shù)q：蝸桿分度圓直徑d1與模數(shù)的比值，蝸桿分度圓柱上的導程角λ

導程角λ取決于Z1和q值，當q一定時，蝸桿頭數(shù)增大，則導程角增大，傳動效率高；當Z1一定時，q增大則導程角減小，傳動效率下降，但蝸桿直徑增大，剛度提高。當傳遞動力時，要求效率高，常取λ

=15°~30°，此時應(yīng)采用多頭蝸桿。當要求蝸桿傳動具有自鎖性時，通常采用λ

≤3°30′的單頭蝸桿3.蝸桿直徑系數(shù)q和蝸桿導程角

蝸桿分度圓直徑d1：因二、蝸桿傳動的正確嚙合條件

ma1=mt2=m

αa1=αt2=α=20。λ=β2（蝸輪的螺旋角）二、蝸桿傳動的正確嚙合條件ma1=mt2=m三、蝸桿傳動的幾何尺寸計算（蝸桿傳動圖）三、蝸桿傳動的幾何尺寸計算（蝸桿傳動圖）第三節(jié)蝸桿傳動精度、失效形式和設(shè)計準則一、蝸桿傳動精度國標GB10089—88對圓柱蝸桿傳動規(guī)定了12個精度等級：1級精度最高，其余等級依次降低，12級精度最低，6~9級精度應(yīng)用最多第三節(jié)蝸桿傳動精度、失效形式和設(shè)計準則一、蝸桿傳動精度國二、齒面間滑動速度相對滑動速度vs的大?。?/p>

蝸桿與蝸輪嚙合時，由于C處，蝸桿上C（節(jié)點）的圓周速度v1與蝸輪上C的圓周速度v2方向不同（v1與v2相互垂直），所以齒面間有較大的相對滑動。較大的VS引起：齒面容易發(fā)熱、磨損和膠合，使?jié)櫥蜏囟壬叨兿?，潤滑條件變差，傳動效率降低。二、齒面間滑動速度相對滑動速度vs的大?。何仐U與蝸輪嚙合時三、蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動類似：點蝕、膠合、磨損、折斷∵vs↑→η↓、發(fā)熱↑∴主要失效形式為：膠合、磨損、點蝕蝸輪強度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。過度磨損膠合三、蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動類似：點蝕、膠合、磨損、折斷１.閉式傳動按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核并進行熱平衡驗算。如果載荷平穩(wěn)、無沖擊，可不校核齒根彎曲疲勞強度。只按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計。３.當蝸桿軸支承跨距較大時，應(yīng)進行蝸桿軸剛度計算。

四、設(shè)計準則２.開式傳動：

１.閉式傳動按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核一、材料第四節(jié)蝸桿與蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)（1）足夠的強度；（2）良好的減摩、耐磨性（3）良好的抗膠合性１.對材料要求：2.蝸桿材料碳鋼合金鋼熱處理硬齒面蝸桿：首選淬火→磨削。軟齒面蝸桿：調(diào)質(zhì)缺少磨削設(shè)備時選用。３.蝸輪——指齒冠部分材料：減摩材料鑄錫青銅：vs≥12~2５m/s。鑄鋁青銅：vs≤10m/s，抗膠合能力差。鑄鋁黃銅：抗點蝕能力強,耐磨性差,用于vs小場合。HT、QT：vs≤2m/s。常采用青銅做蝸輪齒圈與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配。一、材料第四節(jié)蝸桿與蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)（1）足夠的強度二、蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)1.蝸桿：與軸一體。車制（需有退刀槽）、銑制。（４）鑲鑄式蝸輪：只用于成批制造的蝸輪。（１）整體澆注式：主要用于鑄鐵蝸輪或直徑小于100mm的青銅蝸輪。2.蝸輪（２）齒圈壓配式：用于尺寸不太大或工作溫度變化較小的場合。（３）螺栓聯(lián)接式：用于尺寸較大或磨損后需更換蝸輪齒圈的場合。二、蝸桿與蝸輪結(jié)構(gòu)1.蝸桿：與軸一體。車制（需有退刀槽）、第五節(jié)蝸桿傳動的強度計算一、蝸輪的轉(zhuǎn)向判定蝸桿與蝸輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系可用“左、右”手定則判定。

“左、右”手定則：當蝸桿為右旋時使用右手；左旋時用左手。四個指拇順蝸桿轉(zhuǎn)向“握住”其軸線，則大拇指的反方向即為蝸輪的轉(zhuǎn)向。第五節(jié)蝸桿傳動的強度計算一、蝸輪的轉(zhuǎn)向判定蝸桿與蝸輪的轉(zhuǎn)向二、蝸桿傳動的受力分析圓周力：軸向力：(蝸桿主動)——嚙合效率忽略摩擦

法向力Fn可分解為三個相互垂直的分力：徑向力：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：※二、蝸桿傳動的受力分析圓周力：軸向力：(蝸桿主動)——嚙合效三、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算鋼制蝸桿對青銅或鑄鐵蝸輪的齒面接觸疲勞強度的校核公式為：設(shè)計公式為：[σH]——蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力（MPa），查表。式中K——載荷系數(shù)，用來考慮載荷集中和動載荷的影響，可取K=1~1.4，當載荷平穩(wěn)，vs≤3m/s，7級以上精度時取小值，否則取大值；T2——蝸輪轉(zhuǎn)矩（N.mm），T2=T1iη

；三、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算鋼制蝸桿對青銅或鑄鐵蝸輪的齒面接第六節(jié)蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡一、蝸桿傳動的效率閉式蝸桿傳動的效率包括：嚙合效率η1、軸承效率η2和攪油效率η3

η=η1η2η3

嚙合效率η1

當λ在一定范圍內(nèi)，傳動效率隨λ的增大而增大。多頭蝸桿的λ角較大，故一般多采用多頭蝸桿。但如果λ角過大，蝸桿的加工較困難，且當λ>27°時，效率增加較慢，因此一般取λ≤27°初步計算時，蝸桿傳動的效率可近似取下列數(shù)值：閉式傳動，當z1=1時，η=

0.7~0.75；當z1=2時，η=

0.75~0.82；當z1=4時，η=0.82~0.92。開式傳動，當z1=1、2時，η=

0.60~0.70第六節(jié)蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡一、蝸桿傳動的效率閉二、蝸桿傳動的潤滑

目的：1）提高效率；2）降低溫升，防止磨損和膠合1.閉式蝸桿傳動潤滑油粘度及給油方法：

對閉式蝸桿傳動采用油池潤滑時，上置式蝸桿傳動的浸油深度約為蝸輪外徑的1/3，下置式蝸桿傳動的浸油深度為蝸桿的一個齒高。2.開式蝸桿傳動：常采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂進行潤滑。二、蝸桿傳動的潤滑目的：1）提高效率；三、蝸桿傳動熱平衡計算潤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，潤滑油粘度下降原因——蝸桿傳動單位時間的發(fā)熱量：

經(jīng)箱體散發(fā)熱量的相當功率：

∴

達到熱平衡時Q1=Q2

式中：η——傳動效率；

P1——蝸桿傳動傳遞的功率(KW)；

Ks——散熱系數(shù)(W/(m2·℃)),Ks=10~17W/（m2.℃），周圍通風良好時，取偏大值；

A——散熱面積(m2)；

t0——環(huán)境溫度(℃)，一般取20℃；

t1——潤滑油的工作溫度(℃)；

[t1]——潤滑油許用溫度(℃)，一般取70～90℃三、蝸桿傳動熱平衡計算潤滑油在齒面間被稀釋，加劇磨損和膠合。如果工作溫度超過許用溫度，應(yīng)采取措施：（3）在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻水管；（1）在箱體外表面設(shè)置散熱片以增加散熱面積A；（2）在蝸桿軸上安裝風扇以提高表面散熱系數(shù)；（4）采用循環(huán)油冷卻。如果工作溫度超過許用溫度，應(yīng)采取措施：（3）在箱體油池內(nèi)裝蛇【例】試設(shè)計一由電動機驅(qū)動的閉式蝸桿傳動。蝸桿輸入功率為P1=5.5kW，轉(zhuǎn)速為n1=1450r/min，傳動比i=24，載荷平穩(wěn),單向回轉(zhuǎn)，預期使用壽命為17000h，估計散熱面積為A=1.4m2。解：蝸桿：因傳遞的功率不大，查材料表，采用45鋼，表面淬火，硬度45~55HRC。（1）選擇材料，確定其許用應(yīng)力蝸輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合能力好的材料，查材料表，錫青銅ZCuSn10P1，砂型鑄造。查許用接觸應(yīng)力表，蝸輪材料的基本許用接觸應(yīng)力[σH]

=200MPa（2）確定蝸桿頭數(shù)及蝸輪齒數(shù)查表，按傳動比i=24，取z1=2，z2=24×2=48。（3）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩查表，取η=0.82，則N.mm

【例】試設(shè)計一由電動機驅(qū)動的閉式蝸桿傳動。蝸桿輸入功率為P1（4）按齒面接觸疲勞強度計算取載荷系數(shù)K=1.2，則mm3查表，選取m2d1=2500.47mm3，m=6.3mm，d1=63mm，q=10（5）計算蝸桿導程角λ（6）計算相對滑動速度vs、選擇精度等級按表9-4，選用8級精度（4）按齒面接觸疲勞強度計算取載荷系數(shù)K=1.2，則mm3（8）熱平衡計算取室溫t0=20℃，散熱系數(shù)Ks=15W/（m2.℃），則油溫為符合要求。℃<70~90℃（9）潤滑方式選擇查表，得潤滑油粘度=350(mm2/s)，采用油池潤滑（10）繪制蝸桿、蝸輪零件工作圖（略）。（7）計算主要幾何尺寸分度圓直徑d1=63mm

d2=mz2=6.3×48=302.4mm中心距mm其余各部分尺寸計算略（8）熱平衡計算符合要求?！?lt;70~90℃（9）潤滑方式選第七節(jié)蝸桿傳動的裝配一、蝸桿傳動的裝配順序（1）將蝸輪裝配在軸上，裝配與檢查方法與圓柱齒輪裝配相同，其徑向及端面跳動的允許值也與圓柱齒輪的要求相同。（2）把蝸輪組件裝入箱體。（3）裝入蝸桿，蝸桿軸線位置由箱體安裝孔保證，蝸輪的軸向位置可通過改變墊圈厚度調(diào)整。二、蝸桿傳動裝配的技術(shù)要求(1)蝸桿軸心線與蝸輪軸心線必須相互垂直，且蝸桿軸心線應(yīng)在蝸輪輪齒的對稱平面（中間平面）內(nèi)。(2)蝸輪與蝸桿之間的中心距要正確，以保證有適當?shù)膰Ш蟼?cè)隙和正確的接觸斑點。

(3)蝸桿傳動機構(gòu)工作時應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活。蝸輪在任意位置時旋轉(zhuǎn)蝸桿手感應(yīng)相同，無卡滯現(xiàn)象。第七節(jié)蝸桿傳動的裝配一、蝸桿傳動的裝配順序二、蝸桿傳動裝三、蝸桿傳動裝配后的檢查與調(diào)整裝配時可能產(chǎn)生的偏差兩軸線的交角偏差（）中心距偏差（）蝸輪中間平面與蝸桿軸線的偏移（）三、蝸桿傳動裝配后的檢查與調(diào)整裝配時可能產(chǎn)生的偏差兩軸線的1.蝸輪與蝸桿軸線交角和中心距的檢查再將搖桿3的一端套在芯軸2上，而另一端固定一個千分表4然后擺動搖桿使千分表4與芯軸上的m和n點相接觸。如果兩軸線互相垂直，則千分表在m和n點讀數(shù)應(yīng)該相同。當m和n點間的距離為L（mm），而千分表在兩點的讀數(shù)差值為（mm）時，則在1m長度上交角的偏差值（垂直度）為先在蝸桿與蝸輪軸的位置上各裝上檢驗芯軸1和2方法一：用千分表檢查不能超過交角極限偏差

1.蝸輪與蝸桿軸線交角和中心距的檢查再將搖桿3的一端套在芯1.蝸輪與蝸桿軸線交角和中心距的檢查方法2用樣板檢查先裝上檢驗芯軸1和2以及具有測點m和n的樣板3用塞尺測量兩測點與芯軸1之間的間隙值，就可以檢查出交角偏差用塞尺測出K值，則兩軸之間的中心距用內(nèi)徑千分尺來測量內(nèi)徑，此時中心距1.蝸輪與蝸桿軸線交角和中心距的檢查方法2用樣板檢查先裝2.蝸輪中間平面偏移量的檢查將樣板的一邊輪流緊靠在蝸輪兩側(cè)的端面上，然后用塞尺測量樣板與蝸桿之間的間隙Δ，若兩側(cè)所測得的間隙值相等，則說明蝸輪中間平面沒有偏移，即裝配正確。先將鋼絲線掛在蝸桿上，然后用塞尺或其他測量工具測量鋼絲線與蝸輪兩側(cè)端