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1、第十三章第十三章 蝸桿傳動蝸桿傳動13.1概述概述13.1.1蝸桿傳動的特點和應用蝸桿傳動的特點和應用蝸桿傳動是由蝸桿、蝸輪副組成的蝸桿傳動是由蝸桿、蝸輪副組成的用以傳遞空間交錯軸間的運動和動力的用以傳遞空間交錯軸間的運動和動力的一種機械傳動。通常軸交角為一種機械傳動。通常軸交角為90。主要特點主要特點1.能實現(xiàn)大傳動比能實現(xiàn)大傳動比2.沖擊載荷小、傳動平穩(wěn)，噪聲低沖擊載荷小、傳動平穩(wěn)，噪聲低3.具有自鎖性具有自鎖性4.摩擦損失較大，效率低摩擦損失較大，效率低5.成本高成本高蝸桿傳動不適用于大功率和長期連續(xù)工作的傳動。蝸桿傳動不適用于大功率和長期連續(xù)工作的傳動。13.1.2蝸桿傳動的分類蝸桿傳

2、動的分類a）圓柱蝸桿傳動）圓柱蝸桿傳動b）環(huán)面蝸桿傳動）環(huán)面蝸桿傳動c）錐蝸桿傳動）錐蝸桿傳動圓圓柱柱蝸蝸桿桿傳傳動動環(huán)環(huán)面面蝸蝸桿桿傳傳動動錐錐蝸蝸桿桿傳傳動動1.普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動一般用于低速、輕載或不太重要的傳動。一般用于低速、輕載或不太重要的傳動。a）阿基米德蝸桿）阿基米德蝸桿(ZA)用于蝸桿頭數(shù)較多，轉(zhuǎn)速較和較精密的傳動。用于蝸桿頭數(shù)較多，轉(zhuǎn)速較和較精密的傳動。b）漸開線蝸桿）漸開線蝸桿(ZI)用于多頭精密蝸桿傳動。用于多頭精密蝸桿傳動。c）法向直廓蝸桿）法向直廓蝸桿(ZN)2.圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動(ZC型型)蝸桿傳動蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳環(huán)面蝸桿傳動動錐蝸桿傳

3、動錐蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動阿基米德蝸桿傳動阿基米德蝸桿傳動法向直廓蝸桿傳動法向直廓蝸桿傳動漸開線圓柱蝸桿傳動漸開線圓柱蝸桿傳動垂直于軸線的剖面，垂直于軸線的剖面，為阿基米德螺旋線為阿基米德螺旋線通過軸線的剖面，為直線通過軸線的剖面，為直線垂直于軸線的剖面，垂直于軸線的剖面，為漸開線為漸開線通過軸線的剖面，通過軸線的剖面，為凸廓曲線為凸廓曲線13.1.3蝸桿傳動的精度蝸桿傳動的精度12個精度等級個精度等級13.2蝸桿傳動的失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動的失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu)13.2.1蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效形式失失效效常常發(fā)發(fā)生生在在蝸蝸輪輪輪輪齒齒上上。為為蝸蝸輪輪輪

4、輪齒齒的的齒齒面面膠膠合合、點點蝕蝕、磨損、輪齒折斷等。磨損、輪齒折斷等。蝸輪輪齒折斷蝸輪齒面磨損蝸輪齒面膠合蝸桿齒面點蝕13.2.2材料選擇材料選擇蝸桿蝸桿高速重載高速重載低碳低碳合金鋼合金鋼+滲碳淬火滲碳淬火中碳鋼或中碳合金鋼中碳鋼或中碳合金鋼+表面淬火表面淬火低速中載低速中載中碳鋼中碳鋼+調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)蝸輪蝸輪v vs s1226 1226 mm/s s 重要傳動重要傳動鑄造錫青銅鑄造錫青銅v vs s10 10 m/sm/s 一般傳動一般傳動鑄造鋁鐵青銅鑄造鋁鐵青銅v vs s2 2 m/sm/s 不重要傳動不重要傳動灰鑄鐵和球墨鑄鐵灰鑄鐵和球墨鑄鐵要求：要求：強度足夠，減摩、耐磨、易跑合和

5、抗膠合。強度足夠，減摩、耐磨、易跑合和抗膠合。13.2.3蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿制成蝸桿軸蝸桿制成蝸桿軸:蝸輪結(jié)構(gòu)：蝸輪結(jié)構(gòu)：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪13.3圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)模數(shù)模數(shù)m 和壓力角和壓力角中間平面中間平面包含蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面包含蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面蝸輪加工蝸輪加工滾刀滾制，滾刀幾何參數(shù)同相配蝸桿滾刀滾制，滾刀幾何參數(shù)同相配蝸桿在中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪的嚙合在中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪的嚙合在中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪的嚙合在中間平面內(nèi)相當于齒條與齒輪的嚙合在中間平面內(nèi)在中間平面內(nèi)mx1=mt2=

6、mx1=t2=20蝸桿導程角蝸桿導程角與蝸輪螺旋角與蝸輪螺旋角之關(guān)系之關(guān)系=90時：時：=且旋向相同且旋向相同蝸桿直徑系數(shù)蝸桿直徑系數(shù)q 及分度圓直徑及分度圓直徑d1d1標準系列值標準系列值 限制蝸輪滾刀數(shù)量，便于刀具標準化限制蝸輪滾刀數(shù)量，便于刀具標準化蝸桿直徑系數(shù)：蝸桿直徑系數(shù)：q =d1/m d1=m qq與導程角與導程角之關(guān)系：之關(guān)系：當要求自鎖時，當要求自鎖時，為提高傳動效率，導程角選較大值，但導程角過大，加為提高傳動效率，導程角選較大值，但導程角過大，加工困難且齒面間相對滑動速度也增大，磨損加速，故工困難且齒面間相對滑動速度也增大，磨損加速，故z1=1、2、4、6蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)z

7、1、蝸輪齒數(shù)蝸輪齒數(shù)z2及傳動比及傳動比ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?d2/d1當要求傳動比大或要求自鎖時，當要求傳動比大或要求自鎖時，z1=1，但，但z1少，效率低少，效率低為避免根切或傳遞功率較大時，為避免根切或傳遞功率較大時，z1=2、4、6，z1過多過多,制制造困難造困難z2=i z1=28100 常取常取z2=3280且且z2和和z1最好互質(zhì)。最好互質(zhì)。中心距中心距a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸計算見表其他尺寸計算見表13.5普通圓柱蝸桿傳動與斜齒圓柱齒輪傳動的區(qū)別：普通圓柱蝸桿傳動與斜齒圓柱齒輪傳動的區(qū)別：普通圓柱蝸桿傳動與斜齒圓柱齒輪傳動的區(qū)別：普

8、通圓柱蝸桿傳動與斜齒圓柱齒輪傳動的區(qū)別：傳動比傳動比i齒輪傳動齒輪傳動蝸桿傳動蝸桿傳動i=d2/d1id2/d1 m、法面為標準值法面為標準值中間平面為標準值中間平面為標準值 1=-2=,旋向相同旋向相同 d1 d1=mnz1/cosd1=mq,且為標準值且為標準值13.3.10變位系數(shù)變位系數(shù)配湊中心距配湊中心距變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變，而傳動中變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變，而傳動中心距改變。心距改變。改改變變傳傳動動比比變變位位前前后后，蝸蝸桿桿傳傳動動中中心心距距不不變變，而蝸輪齒數(shù)發(fā)生變化。而蝸輪齒數(shù)發(fā)生變化。蝸桿傳動變位跟齒條齒輪傳動變位類似，蝸輪變蝸桿傳動變位跟齒條齒輪傳動變位類似，蝸

9、輪變位，蝸桿不變。變位后，蝸輪的分度圓與節(jié)圓仍然重位，蝸桿不變。變位后，蝸輪的分度圓與節(jié)圓仍然重合，只是蝸桿的節(jié)線不再與分度線重合。合，只是蝸桿的節(jié)線不再與分度線重合。蝸桿傳動變位的特點蝸桿傳動變位的特點蝸桿傳動變位的目的蝸桿傳動變位的目的為了配湊中心距或提高蝸桿傳動的承載能力及傳動為了配湊中心距或提高蝸桿傳動的承載能力及傳動效率。效率。13.5蝸桿傳動受力分析和效率計算蝸桿傳動受力分析和效率計算13.5.1蝸桿傳動中的作用力蝸桿傳動中的作用力大?。捍笮。悍较颍悍较颍号c斜齒類似。與斜齒類似。Fa1Ft2Ft1Fa2n1Fr2Fr1n2n1各力應畫在各力應畫在受力點上受力點上12Fa1Ft2Fa

10、2Ft113.5蝸桿傳動受力分析和效率計算蝸桿傳動受力分析和效率計算13.5.2蝸桿傳動的效率蝸桿傳動的效率功率損失有：功率損失有：軸承摩擦損耗；軸承摩擦損耗；齒面間的嚙合摩擦損耗；齒面間的嚙合摩擦損耗；濺油損耗。濺油損耗?？傂蕿椋嚎傂蕿椋簜鲃訃Ш闲蕚鲃訃Ш闲?蝸桿主動：蝸桿主動：蝸輪主動：蝸輪主動：相對滑動速度：相對滑動速度：導程角是影響蝸桿傳動導程角是影響蝸桿傳動效率的主要參數(shù)之一，效率的主要參數(shù)之一，1隨隨的增大而提高，當?shù)脑龃蠖岣?，?45-v/2時，效率時，效率1最大。最大。z1=1,z1=2,z1=4 z1=6=0.7 =0.7 =0.8 =0.8 =0.9 =0.9 =

11、0.95=0.95估算總效率總效率 一般取一般取 2 2.3 3=0.950.96=0.950.96提示：提示：設計完成后，需驗算設計完成后，需驗算設計完成后，需驗算設計完成后，需驗算 ，若與初選值相差太遠，若與初選值相差太遠，若與初選值相差太遠，若與初選值相差太遠，則需重選則需重選則需重選則需重選再設計。再設計。再設計。再設計。13.6圓柱蝸桿傳動的強度計算圓柱蝸桿傳動的強度計算閉式動力傳動：閉式動力傳動：按接觸疲勞強度設計計算，確定傳動按接觸疲勞強度設計計算，確定傳動尺寸，再作彎曲疲勞校核計算，并進行熱平衡計算。尺寸，再作彎曲疲勞校核計算，并進行熱平衡計算。開式傳動：開式傳動：按彎曲疲勞強

12、度進行設計計算，確定傳動按彎曲疲勞強度進行設計計算，確定傳動尺寸。尺寸。13.6.1初選初選d1/a值值設計公式設計公式13.6.2蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算以赫茲公式為原始公式，按節(jié)點處嚙合條件來計算。以赫茲公式為原始公式，按節(jié)點處嚙合條件來計算。校核公式校核公式13.6.3蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算13.7蝸桿軸撓度計算蝸桿軸撓度計算校核蝸桿的彎曲剛度校核蝸桿的彎曲剛度 工作溫度工作溫度10m/s時蝸桿上置時蝸桿上置有利于潤滑有利于潤滑避免過大的攪油損失避免過大的攪油損失13.9蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑13.9.1潤滑油粘度和潤滑方法潤滑油粘

13、度和潤滑方法常采用粘度較大的潤滑油。常采用粘度較大的潤滑油。13.9.2蝸桿布置和潤滑方式蝸桿布置和潤滑方式蝸桿傳動是嚙合傳動，它在中間平面中，蝸輪與蝸桿傳動是嚙合傳動，它在中間平面中，蝸輪與蝸桿的嚙合，相當于斜齒輪與直齒條相嚙合。因此，蝸桿的嚙合，相當于斜齒輪與直齒條相嚙合。因此，在受力分析、失效形式及強度計算等方面，它與齒輪在受力分析、失效形式及強度計算等方面，它與齒輪傳動有許多相似之處。就蝸桿而言，又與螺桿有相似傳動有許多相似之處。就蝸桿而言，又與螺桿有相似之處，蝸桿齒為連續(xù)不斷的螺旋齒輪，故傳動平穩(wěn)、之處，蝸桿齒為連續(xù)不斷的螺旋齒輪，故傳動平穩(wěn)、噪聲低，并可在一定條件下實現(xiàn)自鎖。但由于

14、在嚙合噪聲低，并可在一定條件下實現(xiàn)自鎖。但由于在嚙合處存在相當大的滑動，因而其失效形式主要是膠合、處存在相當大的滑動，因而其失效形式主要是膠合、磨損與點蝕，且傳動效率較低。所以在材料與參數(shù)選磨損與點蝕，且傳動效率較低。所以在材料與參數(shù)選擇、設計準則及熱平衡計算等方面又獨具特色。由于擇、設計準則及熱平衡計算等方面又獨具特色。由于效率較低，故不適合于大功率和長期連續(xù)工作的場合。效率較低，故不適合于大功率和長期連續(xù)工作的場合。1 1.蝸桿傳動的特點及應用蝸桿傳動的特點及應用2.蝸桿傳動的正確嚙合條件蝸桿傳動的正確嚙合條件3.蝸桿的直徑系數(shù)蝸桿的直徑系數(shù)1）物理意義）物理意義 切制蝸輪時用的是蝸輪滾刀

15、，其齒形參數(shù)和直切制蝸輪時用的是蝸輪滾刀，其齒形參數(shù)和直徑尺寸等要求與該蝸輪配對嚙合的蝸桿完全一致。徑尺寸等要求與該蝸輪配對嚙合的蝸桿完全一致。在同一模數(shù)時，由于齒數(shù)及導程角的變化，將有很在同一模數(shù)時，由于齒數(shù)及導程角的變化，將有很多直徑不同的蝸桿可供選擇，這就要配備很多加工多直徑不同的蝸桿可供選擇，這就要配備很多加工蝸輪的滾刀。為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)目，便于蝸輪的滾刀。為了減少加工蝸輪滾刀的數(shù)目，便于刀具的標準化，將刀具的標準化，將d1定為標準值，即對應每一個定為標準值，即對應每一個m規(guī)定一定數(shù)量的規(guī)定一定數(shù)量的d1。d1與與m的比值稱為直徑系數(shù)的比值稱為直徑系數(shù)q。2）q對傳動性能的影響

16、對傳動性能的影響若若q增大，則增大，則d1增大，即蝸桿剛性提高。又當增大，即蝸桿剛性提高。又當z1一定時，若增大一定時，若增大q，則則減小而使效率降低，但自鎖性減小而使效率降低，但自鎖性好；反之，好；反之，增大，則效率提高。因此，對于小模數(shù)增大，則效率提高。因此，對于小模數(shù)的蝸桿，宜選用較大的的蝸桿，宜選用較大的q值，以保證足夠的剛度與強值，以保證足夠的剛度與強度，適用于小功率傳動及需要自鎖的場合；對于大模度，適用于小功率傳動及需要自鎖的場合；對于大模數(shù)的蝸桿，宜選用較小數(shù)的蝸桿，宜選用較小q值，以保證一定的效率，適值，以保證一定的效率，適用于較大功率的傳動。用于較大功率的傳動。4.蝸桿傳動變

17、位的特點蝸桿傳動變位的特點為了保持刀具的尺寸不變，只對蝸輪進行變位。為了保持刀具的尺寸不變，只對蝸輪進行變位。變位的目的：變位的目的：（1）湊中心距）湊中心距（2）湊傳動比）湊傳動比5.蝸桿傳動的失效形式、材料選用及強度計算特點蝸桿傳動的失效形式、材料選用及強度計算特點（1）由于采用材料和傳動結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿螺旋部分的強）由于采用材料和傳動結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿螺旋部分的強度總是高于蝸輪輪齒的強度，所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒上。度總是高于蝸輪輪齒的強度，所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒上。又因嚙合處的相對滑動速度大，所以其主要失效為表面失效，又因嚙合處的相對滑動速度大，所以其主要失效為表面失效，除點蝕外易

18、產(chǎn)生膠合與磨損。因此，對于蝸桿傳動中材料的組除點蝕外易產(chǎn)生膠合與磨損。因此，對于蝸桿傳動中材料的組合，首先要求具有良好的減磨性和抗膠合能力，同時應具有一合，首先要求具有良好的減磨性和抗膠合能力，同時應具有一定的強度。通常蝸桿采用碳鋼或合金鋼；蝸輪材料則視其傳動定的強度。通常蝸桿采用碳鋼或合金鋼；蝸輪材料則視其傳動中相對滑動速度的高低而定。中相對滑動速度的高低而定。（2）只需進行蝸輪輪齒的強度計算，對蝸桿必要時應進行剛）只需進行蝸輪輪齒的強度計算，對蝸桿必要時應進行剛度校核。度校核。一般情況下，蝸輪輪齒很少發(fā)生彎曲疲勞折斷，只有當一般情況下，蝸輪輪齒很少發(fā)生彎曲疲勞折斷，只有當z280100或開

19、式傳動時，才對蝸輪進行彎曲疲勞強度計算?；蜷_式傳動時，才對蝸輪進行彎曲疲勞強度計算。因此，對閉式蝸桿傳動，僅按蝸輪齒面接觸強度進行設計，因此，對閉式蝸桿傳動，僅按蝸輪齒面接觸強度進行設計，而無需校核蝸輪輪齒的彎曲強度。而無需校核蝸輪輪齒的彎曲強度。6.蝸蝸桿桿傳傳動動具具有有那那些些特特點點？它它為為什什么么要要進進行行熱熱平平衡衡計計算算？若若熱平衡計算不合要求時怎么辦？熱平衡計算不合要求時怎么辦？蝸桿傳動具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲低和蝸桿傳動具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲低和在一定條件下能自鎖等優(yōu)點而獲得廣泛的應用。但蝸桿傳動在在一定條件下能自鎖等優(yōu)點而獲得廣泛的應用。

20、但蝸桿傳動在嚙合平面間將產(chǎn)生很大的相對滑動、摩擦發(fā)熱大、效率低等缺嚙合平面間將產(chǎn)生很大的相對滑動、摩擦發(fā)熱大、效率低等缺點。點。正是由于存在上述缺點，故需要進行熱平衡計算。當熱平正是由于存在上述缺點，故需要進行熱平衡計算。當熱平衡計算不合要求時，可采取如下措施：衡計算不合要求時，可采取如下措施：（1）在箱體外壁增加散熱片，以增大散熱面積。在箱體外壁增加散熱片，以增大散熱面積。（2）在蝸桿軸端設置風扇，以增大散熱系數(shù)。在蝸桿軸端設置風扇，以增大散熱系數(shù)。（3）若上述辦法還不能滿足散熱要求，可在箱體油池中裝）若上述辦法還不能滿足散熱要求，可在箱體油池中裝設蛇形冷卻管，或采用壓力噴油循環(huán)潤滑。設蛇形

21、冷卻管，或采用壓力噴油循環(huán)潤滑。1.與齒輪傳動相比較，與齒輪傳動相比較，不能作為蝸桿傳動的優(yōu)點。不能作為蝸桿傳動的優(yōu)點。A、傳動平穩(wěn)、傳動平穩(wěn)B、傳動比可以較大、傳動比可以較大C、可產(chǎn)生自鎖、可產(chǎn)生自鎖D、傳動效率高、傳動效率高2.阿基米德圓柱蝸桿與蝸輪傳動的阿基米德圓柱蝸桿與蝸輪傳動的模數(shù)，應符合標準值。模數(shù)，應符合標準值。A、端面、端面B、法面、法面C、中間平面、中間平面3.在標準蝸桿傳動中，蝸桿頭數(shù)一定時，若增大蝸桿直徑系數(shù)，將在標準蝸桿傳動中，蝸桿頭數(shù)一定時，若增大蝸桿直徑系數(shù)，將使傳動效率使傳動效率。A、提高、提高B、減小、減小C、不變、不變D、增大也可能減小、增大也可能減小4.在其

22、它條件相同時，若增加蝸桿頭數(shù)，則滑動速度在其它條件相同時，若增加蝸桿頭數(shù)，則滑動速度。A、增加、增加B、不變、不變C、減小、減小D、可能增加也可能減小、可能增加也可能減小5.蝸桿常用材料是蝸桿常用材料是。A、HT150B、ZCuSn10P1C、45號鋼號鋼D、GCr156.對蝸桿傳動進行熱平衡計算，其主要目的是為了防止溫升過高對蝸桿傳動進行熱平衡計算，其主要目的是為了防止溫升過高導致導致。A、材料的機械性能下降、材料的機械性能下降B、潤滑油變質(zhì)、潤滑油變質(zhì)C、蝸桿熱變形過大、蝸桿熱變形過大D、潤滑條件惡化而產(chǎn)生膠合失效、潤滑條件惡化而產(chǎn)生膠合失效7.在蝸桿傳動設計中，除規(guī)定模數(shù)標準化外，還規(guī)定蝸桿直徑取在蝸桿傳動設計中，除規(guī)定模數(shù)標準化外，還規(guī)定蝸桿直徑取標準值，其目的是標準值，其目的是。A、限制加工蝸桿的刀具數(shù)量、限制加工蝸桿的刀具數(shù)量B、限制加工蝸輪刀具的數(shù)量，并便于刀具的標準化、限制加工蝸輪刀具的數(shù)量，并便于刀具的標準化C、便于裝配、便于裝配D、提高加工精度、提高加工精度