1、第六章 蝸桿傳動(dòng),6.1 概述,6.2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要尺寸 和幾何尺寸計(jì)算,6.3 蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu),6.4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算,6.5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡,思考題,Chapter 6 Worm Drive,概 述,蝸桿傳動(dòng)及其類型,用于交叉軸間的傳動(dòng)，一般為=900的減速傳動(dòng)。,1. 特點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)噪音小、傳 動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)v時(shí)有 自鎖性；滑動(dòng)速度大，效率低，成 本高。,2. 類型： 圓柱蝸桿：,圓弧蝸桿,錐蝸桿,阿基米德圓柱蝸桿(ZA),漸開線圓柱蝸桿(ZI),法向直廓圓柱蝸桿(ZN),主要參數(shù)及幾何尺寸,主要參數(shù)及幾何尺寸,模數(shù)：m取標(biāo)準(zhǔn)

2、值(中間平面) 壓力角：=200，,1. 模數(shù)m和壓力角,2. 蝸桿分度圓直徑d1、導(dǎo)程角 和直徑系數(shù)q,為了減少刀具的型號，令：q=d1/m (p116表6-1),分度圓導(dǎo)程角： (將分度圓柱展開),當(dāng)m一定： q，d1，,q，d1，,嚙合與關(guān)系,主要參數(shù)及幾何尺寸,3. 正確嚙合條件,在中間平面內(nèi)，相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合傳動(dòng)。所以：,mx1=mt2=m x1=t2= =900時(shí): 1=2,蝸桿頭數(shù) z1=16，,蝸桿分度圓：d1=mq,4. 傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2,蝸桿主動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比 i=n1/n2=z2/z1,Z1，不易加工；z1，i,蝸輪齒數(shù) z2=2970,5、蝸桿傳動(dòng)

3、幾何尺寸計(jì)算,阿基米德蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算公式見表6-2，p117,標(biāo)準(zhǔn)中心距：,螺旋角: 1=900-1,旋向：右、左旋，常用右旋。,蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu),一、常用材料,材料組合：（蝸桿）硬軟（蝸輪）,為了減小摩擦，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬(銅合金、鋁合金)。,蝸桿：高速重載蝸桿：20Cr，20CrMnTi(滲碳淬火) 或 40Cr、42SiMn、45 (表面淬火) 表面硬度：5663HRC,一般蝸桿：40 、45 鋼調(diào)質(zhì)處理 表面硬度：220230HBS,蝸輪常用材料：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。,蝸桿和蝸輪的常用材料和結(jié)構(gòu),二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu),蝸桿的結(jié)構(gòu),實(shí)體圖,蝸

4、輪的結(jié)構(gòu),整體式蝸輪,配合式蝸輪 ,裝配式蝸輪 ,蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算,一、受力分析和計(jì)算載荷,1.受力分析,蝸輪轉(zhuǎn)向的判別：,右（左）手法則。,右旋蝸桿：伸出右手，四指順蝸桿轉(zhuǎn)向，則蝸輪的切向速度 v2的方向與大拇指指向相反。,蝸輪轉(zhuǎn)向的判別,例：,n1,n2,n2,n2,蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算,二、蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度和失效形式,嚙合節(jié)點(diǎn)C處：,失效形式： 蝸輪齒面膠合、點(diǎn)蝕和磨損。,2. 蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算載荷Fnc,Fnc=KFn,K載荷系數(shù)(11.4),Fn法向載荷,蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算, 蝸桿軸強(qiáng)度、剛度計(jì)算,1) 閉式傳動(dòng),2)開式傳動(dòng), 傳動(dòng)系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算 防

5、止過熱引起的失效。, 按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算控制膠合, 按蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算控制磨損, 蝸桿軸強(qiáng)度、剛度計(jì)算, 按蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算防止磨損后折斷。,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，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。,蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡,一、蝸桿傳動(dòng)的潤滑,潤滑的主要目的在于減摩與散熱。,潤滑油：,潤滑油粘度及給油方式：表6-4 P123,潤滑油量：,潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件選用。,潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。,對于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動(dòng)，浸油深度

6、應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；,當(dāng)蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。,二、蝸桿傳動(dòng)的效率,1計(jì)及嚙合摩擦損耗的效率；,2計(jì)及軸承摩擦損耗的效率；,3計(jì)及攪油損耗的效率；,其中1對總效率影響最大，可由下式確定：,式中： 蝸桿的導(dǎo)程角； v當(dāng)量摩擦角。,蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡,三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算,熱平衡條件： 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量單位時(shí)間內(nèi)散熱量,Kt箱體表面的散熱系數(shù)，可取Kt =(1017) W/(m2)；,A 箱體的可散熱面積, m2；可由下式估算；,t=(t-t0)潤滑油工作溫度與環(huán)境溫度之差，；t0-環(huán)境溫度，200；,可得：,P1 蝸桿輸入功率, kW；,a 傳動(dòng)中心距, mm；

7、,熱平衡驗(yàn)算時(shí)應(yīng)使：,t潤滑油的工作溫度，,一般取t=6080；,t溫升允許值，一般為6070。,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定散熱面積：,蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡,蝸桿傳動(dòng)的散熱措施：,1. 加散熱片以增大散熱面積或在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速 空氣流通。,蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑與熱平衡,2. 加冷卻管路或散熱器冷卻,傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路,傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器,思 考 題,1. 在蝸桿傳動(dòng)中,蝸桿頭數(shù)越少,則傳動(dòng)效率越 ，自鎖性能越 。 一般蝸桿頭數(shù)常取 。,2. 對滑動(dòng)速度v4m/s的重要蝸桿傳動(dòng)，蝸桿的材料可選用 進(jìn)行 處理；蝸輪的材料可選用 。,3.對閉式蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算，目的主要是為防止溫升

8、過高導(dǎo)致 。 材料的力學(xué)性能下降 潤滑油變質(zhì) 蝸桿熱變形過大 潤滑條件惡化,4. 計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比時(shí)，公式 是錯(cuò)誤的。 i=1/2 n1/n2 d2/d1 Z2/Z1,5. 蝸桿傳動(dòng)中，輪齒的承載能力的計(jì)算主要針對 來進(jìn)行的。 蝸桿齒面接觸強(qiáng)度和蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度和蝸桿齒根彎曲強(qiáng)度 蝸桿齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度 蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度,6. 在蝸桿傳動(dòng)中，若模數(shù)和蝸桿頭數(shù)一定，增加蝸桿分度圓直徑，將使 。 傳動(dòng)效率提高，蝸桿剛度降低 傳動(dòng)效率降低，蝸桿剛度提高 傳動(dòng)效率和蝸桿剛度都提高 傳動(dòng)效率和蝸桿剛度都降低,低,好,1、2、4,45號鋼,調(diào)質(zhì)后淬火,鑄造錫青銅,思 考 題,7. 對于普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，下列說法錯(cuò)誤的是 。 傳動(dòng)比不等于蝸輪與蝸桿分度圓直徑比 蝸桿直徑系數(shù)q越小，則蝸桿剛度越大 在蝸輪端面內(nèi)模數(shù)和壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值 蝸桿頭數(shù)z1多時(shí)，傳動(dòng)效率提高,思考題,8. 圖示為一簡單的手搖蝸桿傳動(dòng)裝置，已知作用在搖手柄上的力F=100N，蝸桿頭數(shù)Z1=1，蝸輪齒數(shù)Z2=30，直徑D2=250mm，傳動(dòng)效率=0.4，滾