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1、11-1 概述 11-2 蝸桿傳動的類型和特點 11-3 蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸計算 11-4 蝸桿傳動的材料和結構 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計算 11-6 普通蝸桿傳動的強度計算 11-7 蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算,第十一章 蝸桿傳動,, 11-1 概述,,一、作用：,用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動及動力。,二、組成：,由蝸桿和蝸輪組成 。,1、蝸桿：,相當于螺旋，有左螺旋與右螺旋之分，常用的為右螺旋蝸桿。,（1）、單頭蝸桿,（2）、蝸桿頭數即其齒數,2、蝸桿傳動的傳動比：,,,三、傳動特點,蝸桿傳動的主要特點有：,1傳動比大，一般為i=580，大的可達300以上； 對于

2、單頭蝸桿，蝸桿轉一周，蝸輪只轉過一個齒。,2重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低； 蝸桿是連續(xù)的螺旋齒，同時接觸的齒數多。,3摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式； 由于是交錯軸傳動，嚙合點速度方向不同，相對滑動大，摩擦磨損問題突出。,由于上述特點，蝸桿傳動主要用于運動傳遞，而在動力傳輸中的應用受到限制。,四、蝸桿傳動的應用 ：,手動蝸桿傳動卷揚機,常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。 蝸桿螺旋角較小時傳動具有自鎖性，故常用在卷揚機等起重機械中，起安全保護作用。,電動蝸桿傳動卷揚機,單級蝸桿傳動減速器,下置蝸桿傳動,上置蝸桿傳動,,,蝸桿,蝸輪,蝸桿傳動, 11-2 蝸桿傳動的

3、類型和特點,其齒面一般是在車床上用直線刀刃的 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。,圓柱蝸桿傳動,環(huán)面蝸桿傳動,錐蝸桿傳動,,普通圓柱蝸桿傳動,圓弧圓柱蝸桿傳動,,其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形 的車刀切制而成的。,其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉曲面，這種蝸桿同時嚙合齒數多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；,同時嚙合齒數多，重合度大；傳動比范圍大(10360)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。,,,,,按蝸桿形狀不同分類:,普通圓柱蝸桿傳動：,阿基米德蝸桿（ZA) 漸開線蝸桿(ZI) 法向直廓蝸桿(ZN) 錐面包絡圓柱蝸桿(Z

4、K),,按齒廓曲線形狀分：,圓弧圓柱蝸桿傳動：,（1） 、效率高 （2）、承載能力高 （3）、體積小、重量輕、結構緊湊,環(huán)面蝸桿傳動：,錐蝸桿傳動：, 11-3 蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸計算,中間平面 垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面。,蝸桿傳動的設計計算中，均以中間平面上的基本參數和幾何尺寸為基準 。,一、蝸桿傳動的主要參數及其選擇：,1.蝸桿的頭數z1、蝸輪齒數z2和傳動比 i,較少的蝸桿頭數（如：單頭蝸桿）可以實現較大的傳動比，但傳動效 率較低；蝸桿頭數越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數過多時不易加工。通 常蝸桿頭數取為1、2、4、6。,蝸輪齒數主要取決于傳動比，即z2= i z1 。

5、 z2不宜太小（如z226)，否則將使傳動平穩(wěn)性變差。 z2也不宜太大，否則在模數一定時，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。,傳動比 i：,2、模數m和壓力角：,蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸面模數、壓力角應與蝸輪的端面模數、 壓力角相等，即,3、導程角 ：,在m和d1為標準值時，z1 ,正確嚙合時，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且 。,,,4、蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數q：,,,由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制 滾刀的數目，國家標準對每一標準模數規(guī)定了一定數目的標準蝸桿分度圓 直徑d1。,直徑d1與模數m的比值稱為蝸桿的直徑系數。,當

6、模數m一定時，q值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，對于小模數蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛度。,5.中心距：,二、蝸桿傳動的變位特點及變位系數,1、變位目的：配湊中心距；湊傳動比。,2、變位方法：與齒輪變位相同, 靠刀具的移位實現變位。,故：蝸桿尺寸不能變動，只能對蝸輪變位,加工蝸輪時的滾刀與蝸桿尺寸相同，加工時滾刀只作徑向移動，尺寸不變。, 11-4 蝸桿傳動的材料和結構,一、蝸桿傳動的材料：,為減摩，蝸桿常用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。,高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。,低速中輕載的蝸桿可用45鋼調質。,蝸輪常用

7、材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。,二、蝸桿、蝸輪的結構,1、蝸桿的結構：,蝸桿螺旋部分的直徑不大，常和軸做成一個整體。當蝸桿螺旋部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。,無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。,有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結構的剛度較前一種差。,2、蝸輪的結構：,為了減小摩擦，蝸輪通常要用青銅制作。為節(jié)省銅材，當蝸輪直徑較大時，采用組合式蝸輪結構，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。,詳述,常用蝸輪的結構形式如下：,蝸輪的結構,,蝸輪的結構,蝸輪的結構,蝸輪的結構,蝸輪的結構, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計算準則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸

8、桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點蝕, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計算準則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點蝕,齒面膠合, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計算準則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點蝕,齒面膠合,過度磨損, 11-5 蝸桿傳動的失效形式和計算準則,一、蝸桿傳動的失效形式：,蝸桿傳動的失效主要是輪齒失效，且失效形式也與齒輪傳動類似。,齒根折斷,點蝕,齒面膠合,過度磨損,另外還有系統過熱、蝸桿剛度不足等失效形式。,

9、失效大多發(fā)生在蝸輪輪齒上。,二、蝸桿傳動的計算準則：,閉式蝸輪傳動：,開式蝸輪傳動、傳動時載荷變動較大、蝸輪z290時：,按齒面接觸疲勞強度設計,校核齒根彎曲疲勞強度,只須按齒根彎曲疲勞強度進行設計,熱平衡計算,蝸桿受力后產生過大變形：,蝸桿的剛度校核,,,,,,,蝸輪, 11-6 普通蝸桿傳動的強度計算,一、蝸桿傳動的運動分析：,,蝸桿、蝸輪的角速度,蝸桿、蝸輪在接觸點的線速度。,蝸桿分度圓柱上的相對滑動速度為：,式中：,蝸桿轉速，r/min；,蝸桿分度圓直徑，mm；,蝸桿螺旋導角。,二、 蝸桿傳動的受力分析：,法向力Fn,蝸桿傳動受力方向判斷,在不計摩擦力時，力的大小有以下關系：,徑向力F

10、r 周向力Ft 軸向力Fa,,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉向的判斷：,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉向的判斷：,徑向力指向各自回轉中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉向的判斷：,蝸桿上的周向力是蝸桿的負載，阻止主動輪轉動。 蝸輪上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。,徑向力指向各自回轉中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,螺旋角方向左、右手；與斜齒輪相同，只能握主動件 轉向四指方向； 大拇指蝸桿受軸向力的方向。它的反方向是蝸輪受周向力方向，也是蝸輪線速度的方向，據此畫出蝸輪轉向。,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉向的判斷：,徑向力指向各自回轉中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,蝸桿上的軸向力與蝸桿上的周向力大小

11、相等，方向相反。用左右手定則判斷,蝸桿上的周向力是蝸桿的負載，阻止主動輪轉動。 蝸輪上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。,螺旋角方向左、右手；與斜齒輪相同，只能握主動件 轉向四指方向； 大拇指蝸桿受軸向力的方向。它的反方向是蝸輪受周向力方向，也是蝸輪線速度的方向，據此畫出蝸輪轉向。,蝸桿傳動受力方向及蝸輪轉向的判斷：,徑向力指向各自回轉中心，使齒輪軸發(fā)生彎曲。,蝸桿上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。用左右手定則判斷,蝸桿上的周向力是蝸桿的負載，阻止主動輪轉動。 蝸輪上的軸向力與蝸桿上的周向力大小相等，方向相反。,三、普通蝸桿傳動的強度計算：,,1、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算

12、：,2、 蝸輪齒輪的齒根彎曲疲勞強度計算,詳述,,蝸桿傳動承載能力計算,,1、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算,校核式：,設計式：,齒面接觸疲勞強度計算,Z的確定,載荷系數的確定,普通蝸桿傳動的強度計算,2、蝸輪齒根面彎曲疲勞強度計算,計算出 m2d1，查表11-2（P245）可查得其它相關參數。,蝸輪的許用彎曲應力,P255,蝸輪的齒形系數,六、蝸桿的剛度計算,由蝸桿的結構和受力情況可知，由于受到徑向力的作用，而且支承跨距較大，所以，必要時要對蝸桿的剛度進行校核。,蝸桿的剛度計算通常是把蝸桿看作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段，校核其彎曲剛度。其撓度和許用撓度計算式為：,七、蝸桿傳動的精度等級及其選擇

13、 P257,蝸桿傳動的精度等級規(guī)定了12級。一般使用6-9級。,相應精度等級對應的各公差組從機械設計手冊中查取。,6級精度傳動一般用于中等精度的機床傳動機構，圓周速度v25m/s。,7級精度用于中等精度的運輸機或中速傳遞動力場合,速度v27.5m/s。,8級精度一般用于一般的動力傳動中，圓周速度v23m/s。,9級精度一般用于不重要的低速傳動機構或手動機構。,課程設計中選7-8級即可。,, 11-7 蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算,一、蝸桿傳動效率：,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；,,根據Z1對效率作如下估取：,1 2 4 6,0.7

14、0.8 0.9 0.95,,,,,軸承摩擦損耗的效率 :,滾動軸承 ,滑動軸承 ,= 0.980.99,,濺油損耗的效率 :,一般情況 ,= 0.950.99,由于軸承摩擦和濺油損耗不大， 一般取,= 0.950.96,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,二、蝸桿傳動的潤滑：,減摩與散熱。,潤滑油：,潤滑油粘度及給油方式：,潤滑油量：,種類多，需根據蝸桿、蝸輪配對材料和運轉條件選用。,根據相對滑動速度及載荷類型進行選擇。 給油方法：油池潤滑、噴油潤滑等。,既要考慮充分的潤滑，又不致產生過大的攪油損耗。 下置蝸桿或側置蝸桿傳動，浸油深度應為蝸桿的一個齒高； 蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。,,,三、蝸桿傳動的熱平衡計算：,系統因摩擦功耗產生的熱量為：,自然冷卻從箱壁散去的熱量為：,箱體表面的散熱系數，可?。?S 箱體的可散熱面積(m2)；,t0潤滑油的工作溫度()， t06070 ； ta環(huán)境溫度()，常溫20 。,公式推導：,式中：,P蝸桿傳遞的功率 ； 蝸桿傳動的總效率；,一般t080 或散熱面積不足時，要采取提高散熱能力。,熱平衡條件：,,,既定條件下的油溫：,,正常工作溫度所需散熱面積：,常用散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,蝸輪傳動的散熱方式,