§11.1蝸桿傳動(dòng)的類型及特點(diǎn)

一、蝸桿傳動(dòng)的類型

1、按蝸桿形式分圓柱蝸桿傳動(dòng)

環(huán)面蝸桿

錐蝸桿

第11章蝸桿傳動(dòng)阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）漸開線蝸桿（ZI蝸桿）錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）蝸桿傳動(dòng)的類型圓柱蝸桿環(huán)面蝸桿錐蝸桿普通圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿2.按截面齒形分

阿基米德蝸桿

法向直廓蝸桿

漸開線蝸桿

3.蝸桿有單線和多線之分二、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)

2、連續(xù)嚙合，傳動(dòng)平穩(wěn)

1、傳動(dòng)比大

3、具有自鎖性

4、效率較低

中間平面:過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。中間平面上，相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合。1、模數(shù)m和壓力角ma1=mt2=mα

a1=α

t2=20°2、蝸桿分度圓直徑

和蝸桿直徑系數(shù)

3、蝸桿頭數(shù)Z1（1、2、4）：蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但不易加工。

蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)和尺寸均在中間平面確定。m和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，z1↑→l↑導(dǎo)程角

5、6、蝸輪齒數(shù)Z2

（28~80） 為嚙合區(qū)大，傳動(dòng)平穩(wěn)。7、中心距

4、傳動(dòng)比i

正確嚙合時(shí)，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且l＝bm和d1為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，z1↑→l↑11.2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

11.2.2

蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高分度圓直徑蝸輪蝸桿計(jì)算公式符號名稱2.失效形式

閉式主要為膠合、點(diǎn)蝕；

開式多為磨損、斷齒。

失效多發(fā)生在蝸輪上，因材料蝸桿比蝸輪好。所以，強(qiáng)度計(jì)算針對蝸輪。齒間滑動(dòng)速度vs

由于齒面間相對滑動(dòng)速度vs大，因而摩擦、磨損、發(fā)熱大。另：系統(tǒng)過熱、蝸桿剛度不足也是失效形式。11.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則

11.3.2

蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算準(zhǔn)則

閉式傳動(dòng)，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。

開式

傳動(dòng)，或傳動(dòng)時(shí)載荷變動(dòng)較大，或蝸輪z2大于90時(shí)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。閉式傳動(dòng)須作熱平衡計(jì)算，因蝸桿傳動(dòng)發(fā)熱大，以免膠合。2.蝸輪材料

A.高速傳動(dòng)（vs>12m/s）

ZCuSn10P1（鑄錫磷青銅）抗膠合、耐磨，但價(jià)貴。

B.中速傳動(dòng)（vs<12m/s）

ZCuSn5Pb5Zn5（錫鋅鉛青銅）、ZCuAl10Fe3（鑄鋁鐵青銅），強(qiáng)度高，耐沖擊、價(jià)廉，但抗膠合不如鑄錫磷青銅。

C.低速傳動(dòng)（vs≤2m/s）

可用球墨鑄鐵或灰鑄鐵。

蝸桿傳動(dòng)的材料

要求：

減摩性、耐磨性和抗膠合能力，足夠強(qiáng)度。

1.蝸桿材料

A.高速重載傳動(dòng)（用合金鋼）

20Cr、20CrMnTi，滲碳淬火，HRC56∽62；

40Cr、42SiMn、38SiMnMo，表面淬火，HRC45∽55；

B.一般傳動(dòng)中（用碳素鋼）

40、45，調(diào)質(zhì)，HBS220∽250。蝸桿傳動(dòng)的材料高速重載的蝸桿：15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。

低速中輕載的蝸桿：45鋼調(diào)質(zhì)。為了減摩,蝸輪常用：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅,

效率要求不高用灰鑄鐵等。1.蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑一般不大，所以和軸做成一體。若直徑較大時(shí)，可分開制作。

若無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能銑。

若有退刀槽，螺旋部分可車，也可銑，但剛度較前一種差。2.蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩，蝸輪常用青銅制作。當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，為節(jié)省銅材，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu):齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳鋼。整體式蝸輪齒圈式蝸輪鑲鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪受剪螺栓連接蝸桿傳動(dòng)的受力分析

與斜齒輪相似，輪齒受到法向載荷Fn

，可分解出:周向載荷Ft、徑向載荷Fr、軸向載荷Fa。蝸桿傳動(dòng)受力方向判斷蝸輪1\齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為

：適用于鋼制蝸桿對青銅或鑄鐵蝸輪

設(shè)計(jì)公式為2\齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為：設(shè)計(jì)公式為：11.5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

11.5.4蝸輪材料的許用應(yīng)力1.蝸輪材料的許用應(yīng)力[sH]蝸輪材料的許用應(yīng)力[sH]由材料的抗失效能力決定。其計(jì)算公式為2.蝸輪的許用彎曲應(yīng)力[sF]蝸桿傳動(dòng)的效率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；h1對總效率影響最大：所以

Z1↑→λ↑→η↑

效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為：閉式傳動(dòng)Z1

１２４總效率η

0.7~0.750.75~0.82

0.82~0.92

式中：l——蝸桿導(dǎo)程角；

v——當(dāng)量摩擦角。

蝸桿傳動(dòng)的潤滑目的:減摩與散熱。方法與齒輪傳動(dòng)的潤滑相近。

潤滑油粘度及給油方式

潤滑油量潤滑油的種類很多，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(dòng)速度及載荷類型進(jìn)行選擇。給油方法包括：油池潤滑、噴油潤滑等，若噴油潤滑，噴油嘴要對準(zhǔn)蝸桿嚙入端，且控制一定的油壓。

既要考慮充分潤滑，又無過大的攪油損耗。蝸桿下置或側(cè)置傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的齒高；蝸桿上置時(shí)，油深約為蝸輪外徑的1/3。

蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。若不及時(shí)散去，會(huì)破壞潤滑狀態(tài)。

因摩擦產(chǎn)生的熱量：從箱壁自然冷卻散去的熱量：

箱表面散熱系數(shù)Ks

＝(8.15~17.45)W/(m2?℃)；t1—潤滑油溫度(℃)；t0—環(huán)境溫度；

A—散熱面積(m2)?？傻脽崞胶鈼l件：用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算，一般t1≤70~90℃可用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)的精度

規(guī)定1~12個(gè)精度等級1級精度最高，12級為最低，6~9級應(yīng)用最多6級用于中等精度的機(jī)床傳動(dòng)，v2≥5m/s7級用于中等精度的運(yùn)輸機(jī)或高速傳動(dòng),v2≥7.5m/s8級用于一般的動(dòng)力傳動(dòng)中，v2≥3m/s9級用于不重要的低速傳動(dòng)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)安裝

安裝要求精度高。應(yīng)使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線。如圖。為保證正確嚙合，蝸輪中間平面不允許軸向移動(dòng)，因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式。維護(hù)很重要，注意周圍的通風(fēng)散熱。與斜齒輪相似，法向力Fn作用在嚙合節(jié)點(diǎn)P、垂直指向該處的齒廓，并分解成三個(gè)相互垂直的分力Ft、Fr、Fa。

11.5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、受力分析|：

蝸桿、蝸輪各力相互關(guān)系

因軸線交錯(cuò)成900：

蝸桿

蝸輪

Ft1=-Fa2

Fa1=-Ft2

Fr1=-Fr2

蝸桿、蝸輪各力的大小

Ft1=Fa2=2T1/d1

Fa1=Ft2=2T2/d2

Fr1=Fr2=Ft2tgα式中：

T1=9.55×106×P1/n1(N.mm)

T2=9.55×106×P2/n2

=9.55×106×P1ηn1/(n1n2)=T1ηi(N.mm

各力的方向蝸桿：

Ft1與其轉(zhuǎn)向相反；

Fr1垂直指向其軸線；

Fa1按左右手法則判定。

注：法則只適于主動(dòng)蝸桿，不適于蝸輪蝸輪：

Ft2與Fa1方向相反，與n2轉(zhuǎn)向相同；

Fr2垂直指向其軸線；

Fa2與Ft1方向相反。11.5.2蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為

：適用于鋼制蝸桿對青銅或鑄鐵蝸輪2、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：11.5蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

11.5.3蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

適用：開式蝸桿傳動(dòng)或脆性材料蝸輪1、蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為：2、設(shè)計(jì)公式為：11.6蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑及熱平衡計(jì)算

11.6.1蝸桿傳動(dòng)的效率h1——嚙合摩擦損耗的效率；η2——軸承摩擦損耗的效率；η3——攪油損耗的效率；h1是對總效率影響最大的因素，可由下式確定：所以：

Z1↑→λ↑→η1↑效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為：閉式傳動(dòng)Z1

１２４總效率η

0.7~0.750.75~0.82

0.82~0.92

式中：

——當(dāng)量摩擦角。設(shè)蝸桿傳動(dòng)功率為P1,效率為

1）傳動(dòng)因摩擦而變?yōu)闊崃康墓β蕿椋?）經(jīng)箱體表面散發(fā)的熱量的相當(dāng)功率為

：3）達(dá)到熱平衡時(shí)：

4）可得到熱平衡時(shí)的溫度

()h-=110001PPs()01ttAKS-=Pc一般Ks=10~17

A—箱體的可散熱面積如t1>90°時(shí)措施：

1.加散熱片2.蝸桿軸端加風(fēng)扇，強(qiáng)制風(fēng)冷卻

3.在傳動(dòng)箱內(nèi)安裝循環(huán)冷卻管路

GB10089-88對普通圓柱蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了1-12個(gè)精度等級：一級最高，其余依次降低，一般以6-9級應(yīng)用最多。7級精度允許的蝸輪V2≤7.5m/s

蝸桿傳動(dòng)的安裝精度要求很高。因此蝸輪的軸線安裝定位要求很難，裝配時(shí)必須調(diào)整蝸輪的軸向位置。蝸桿軸：用一端固定，一段游動(dòng)的支承方式（軸的熱伸長大）。§11.7精度等級及安裝和維護(hù)應(yīng)使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸。

蝸輪軸：用兩端固定的支承方式,保證軸向位置。

蝸桿傳動(dòng)裝配后要進(jìn)行跑合，以使齒面接觸良好。跑合時(shí)采用低速運(yùn)轉(zhuǎn)，逐步加載至額定載荷跑合1-5h

維護(hù)：注意通風(fēng)和潤滑工作一段時(shí)間后應(yīng)測試油溫，經(jīng)常檢查蝸輪齒面是否保持完好。下置式蝸桿浸油不易過高，以防過多的油進(jìn)入軸承；同時(shí)可使用刮油板、濺油輪保證蝸輪的潤滑。蝸桿V≥4m/s時(shí)可采用上置式。

11.8比較11.8常用各類齒輪傳動(dòng)的選擇11.8.2傳動(dòng)類型的選擇在選擇傳動(dòng)類型時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面?zhèn)鬟f大功率時(shí)，一般均采