1、天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,第4章蝸桿傳動,4-1蝸桿傳動概述,4-2蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算,4-3蝸桿傳動的相對滑動速度、效率和潤滑,4-4蝸桿和蝸輪的材料及結(jié)構(gòu),4-6蝸桿傳動的失效形式和工作能力計算,4-5蝸桿傳動的受力分析,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,4-1蝸桿傳動 概述,作用： 用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和動力。 一般蝸桿主動、蝸輪從動。,90,形成：若單個斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且1很大時，輪齒在圓柱體上構(gòu)成多圈完整的螺旋。,所得齒輪稱為 蝸桿,而嚙合件稱為 蝸輪。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,優(yōu)點(diǎn)： 傳動比大、

2、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小。,分度機(jī)構(gòu)：i=1000, 通常i=880,缺點(diǎn)： 傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,圓柱蝸桿,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,環(huán)面蝸桿,錐蝸桿,錐蝸桿傳動中，蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋形成的，而蝸輪在外觀上就像一個曲線錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機(jī)加工而成的。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車

3、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。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿,圓弧圓柱蝸桿傳動與普通圓柱蝸桿傳動的區(qū)別僅是加工用的車刀為圓弧刀刃。,傳動特點(diǎn)：,1）傳動效率高，一般可達(dá)90%以上；,2）承載能力高，約為普通圓柱蝸桿的1.52.5倍；,3）結(jié)構(gòu)緊湊。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱

4、蝸桿,阿基米德蝸桿,單刀加工,阿基米德蝸桿(ZA),天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,阿基米德蝸桿(ZA),阿基米德蝸桿,雙刀加工,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,漸開線蝸桿(ZI),漸開線蝸桿,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿

5、傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,法向直廓蝸桿(ZN),天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,法向直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,法向直廓蝸桿(ZN),dx,延伸漸開線,車刀對中齒槽中心法面,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,類型,環(huán)面蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,阿基米德蝸桿,漸開線蝸桿,法向

6、直廓蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿,錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK),是一種非線性螺旋齒面蝸桿。不能在車床上加工，只能在銑削或磨削，加工時工件作螺旋運(yùn)動，刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,蝸桿旋向：左旋、右旋(常用),判定方法：與螺旋和斜齒輪的旋向判斷方法相同。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1. 正確嚙合條件,中間平面：過蝸桿軸線垂直于蝸輪軸線。,正確嚙合條件是中間平面內(nèi)參數(shù)分別相等：,mt2=mx1=m ，t2 =x1= 取標(biāo)準(zhǔn)值,在中間平面內(nèi)，蝸輪蝸桿相當(dāng)于齒輪齒條嚙合。,一、圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù),4-2蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算,天津大學(xué)專

7、用 作者： 潘存云教授,ZA蝸桿： x=20軸向,模數(shù)m取標(biāo)準(zhǔn)值，與齒輪模數(shù)系列不同。,2. 模數(shù)m和壓力角,壓力角,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)量，規(guī)定d1只能取標(biāo)準(zhǔn)值。,蝸輪蝸桿輪齒旋向相同.,若 90, 12, 1+1 90,蝸輪右旋,蝸桿右旋,1+2,定義s =e的圓柱稱為蝸桿的分度圓柱。,3.蝸桿的分度圓直徑d1,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,4. 蝸桿頭數(shù)z1,蝸桿頭數(shù)z1 即螺旋線的數(shù)目。,蝸桿轉(zhuǎn)動一圈，相當(dāng)于齒條移動z1個齒，推動蝸輪轉(zhuǎn)過z1個齒。,通常取 z1=1

8、 2 4 6,5. 蝸桿的導(dǎo)程角,將分度圓柱展開得,=z1px1/d1,=mz1/d1,tan1=l/d1,=(z1/q),天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,6. 傳動比 i 和齒數(shù)比 u,傳動比,若想得到大 i , 可取： z1=1，但傳動效率低。,對于大功率傳動 , 可?。?z1=2，或 4。,蝸輪齒數(shù) z2= i z1,為避免根切 z2 28,一般情況 z2 80,z2過大 , 蝸桿長度, 剛度、嚙合精度,結(jié)構(gòu)尺寸,= u,齒數(shù)比,7. 蝸輪齒數(shù)z2,a =(d1 +d2 )/2,8. 蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距,=( m(q+ z1) /2),id2/d1,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,

9、二、圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計算,由蝸桿傳動的功用，以及給定的傳動比 i , z1, z2,計算求得 m、d1,計算幾何尺寸,見表 4-3普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,一、蝸桿傳動的效率,功率損耗：嚙合損耗、軸承摩擦損耗、攪油損耗。,蝸桿主動時，總效率計算公式為,式中: 為蝸桿導(dǎo)程角;,v稱為當(dāng)量摩擦角， v=tan-1 f V,f v為當(dāng)量摩擦系數(shù) ，,4-3蝸桿傳動的效率、潤滑和相對滑動速度,Z1,效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為： 蝸桿頭數(shù)Z1 總 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95,v， f v取值見下頁表,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,天津

10、大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,蝸桿加工困難, 過大,當(dāng) 28 時，效率增加很少。,當(dāng) v 時，蝸桿具有自鎖性，但效率很低。50%,上述公式不直觀，工程上常用以下估計值。,閉式傳動：,z1=1 =0.700.75,z1=2 =0.750.82,z1=4 =0.870.92,z1=1、2 =0.600.70,開式傳動：,在標(biāo)示處處效率曲線有極大值。,f v =tanv =0.12,一般取,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,二、蝸桿傳動的潤滑,若潤滑不良，,效率顯著降低,早期膠合或磨損,潤滑對蝸桿傳動而言，至關(guān)重要。,潤滑油：,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云

11、教授研制,潘存云教授研制,當(dāng)vs 510 m/s時，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深，約為一個齒高。,當(dāng)vs 1015 m/s時，采用壓力噴油潤滑。,當(dāng)v1 4 m/s時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,三、蝸桿傳動的相對滑動速度,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,蝸桿蝸輪齒面間相對滑動速度Vs方向沿輪齒齒向。 較大的VS引起： 1、易發(fā)生齒面磨損和膠合 2、如潤滑條件良好（形成油膜條件）則較大的VS則有助于形成潤滑油膜，減少摩擦、磨損，提高傳動效率,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,蝸桿的結(jié)構(gòu):,通常與軸制成一體,z1=1或2

12、時：b1 (11+0.06z2)m,z1= 4時: b1 (12.5+0.09z2)m, 蝸桿軸,蝸桿長度b1的確定：,4-4 蝸桿與蝸輪的材料和結(jié)構(gòu),(1)無退刀槽結(jié)構(gòu)：加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。,(2) 有退刀槽：加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,蝸輪齒寬角 90130,輪圈厚度 C 1.6m+1.5 mm,輪緣寬度B 0.75da 0.67 da,蝸輪頂圓直徑de2 da2 +2m da2 +1.5m da2 +2m,蝸輪的常用結(jié)構(gòu),整體式,組合式 過盈配合,組合式 螺栓聯(lián)接,組合式鑄

13、造,潘存云教授研制,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,材料,蝸輪齒圈采用青銅：減摩、耐磨性、抗膠合。,蝸桿采用碳素鋼與合金鋼：表面光潔、硬度高。,材料牌號選擇,高速重載蝸桿：20Cr,20CrMnTi(滲碳淬火5662HRC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表面淬火4555HRC),一般蝸桿：40 45 鋼調(diào)質(zhì)處理(硬度為220250HBS),蝸輪材料： vS 12 m/s時 ZCuSn10P1錫青銅制造。,vS 12 m/s時 ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅,vS 6 m/s時 ZCuAl10Fe3鋁青銅。,vS 2 m/s時球墨鑄鐵、灰鑄鐵。,蝸桿傳動的常用材料,天津大學(xué)專用 作者：

14、 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,法向力可分解為三個分力：,圓周力Ft,軸向力Fa,徑向力Fr,且有如下關(guān)系：,Ft1 = Fx2,Fr1 = Fr2,Fx1 = Ft2,=2T1 / d1,=2T2 / d2,= Ft2 tan,式中T1 、T1分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。,T2= T1 i ,4-5蝸桿傳動的受力分析,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,右旋蝸桿：用右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的 切向速 度vp2的方向與拇指指向相反。,蝸輪由蝸桿推動，所受切向力與速度方向一致， 正確判別蝸輪的轉(zhuǎn)向，對進(jìn)行力分析至關(guān)重要。,左旋蝸桿：用左手判斷，方法一樣。,作

15、者：潘存云教授,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,蝸輪的轉(zhuǎn)向可用手勢判別：,永遠(yuǎn)與蝸桿的走向相反,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,蝸桿傳動受力方向的判定,(2)蝸輪切向力指向與其轉(zhuǎn)動方向一致，且 Ft2=-Fx1 ；,(4)蝸輪蝸桿所受徑向力垂直于各自的軸線， 且 Ft1=-Fx2 。,(3)蝸桿切向力指向與其轉(zhuǎn)動方向相反，且 Ft1=-Fx2 ；,(1)蝸桿所受扭矩T1與轉(zhuǎn)動方向1一致；,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則,* 蝸桿的剛度計算,* 蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 * 蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算,為了防止齒面過度磨損引起的失效，應(yīng)進(jìn)行,

16、* 傳動系統(tǒng)的熱平衡計算,為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應(yīng)進(jìn)行,為了防止過熱引起的失效，就要進(jìn)行,4-6失效形式和工作能力計算,蝸桿傳動的失效形式：磨損、膠合、點(diǎn)蝕,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,一、 圓柱蝸桿傳動的接觸強(qiáng)度計算,齒面接觸強(qiáng)度校核公式：,由上式可得設(shè)計公式：,式中K為載荷系數(shù)，取K = 1.11.3,蝸輪齒面的接觸強(qiáng)度計算與斜齒輪相似，仍以赫茲公式為基礎(chǔ)。以蝸輪蝸桿的節(jié)點(diǎn)處嚙合相應(yīng)參數(shù)代入即可。,赫茲公式:,H 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力按下表選取。,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,二、蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度 計算,校核公式,設(shè)計公式,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2）蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度 計算,校核計算,設(shè)計公式,YFa2 為蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)選取, 見表4-6。,F 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力；,其他參數(shù)的取值和計算與接觸疲勞強(qiáng)度計算相同,天津大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,三、蝸桿傳動的熱平衡計算,由于蝸桿傳動效率低，發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)，油溫升高，潤滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此，對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動必須進(jìn)行熱平衡計算,由熱平衡條件Q1 = Q2, 得：,其中P1 蝸桿傳遞的功率；,kt表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；一般取 kt=