第九章 蝸桿傳動

第九章第九章 蝸桿傳動蝸桿傳動9.1 概述概述蝸桿傳動圖蝸桿傳動圖一、蝸桿傳動的特點和應(yīng)用一、蝸桿傳動的特點和應(yīng)用1、特點：、特點：單級傳動比大單級傳動比大;結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊;傳動平穩(wěn)，無噪音傳動平穩(wěn)，無噪音;可自鎖可自鎖;傳動效率低傳動效率低;成本高。成本高。2、應(yīng)用：、應(yīng)用：機(jī)床：機(jī)床：數(shù)控工作臺、分度數(shù)控工作臺、分度汽車：汽車：轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器冶金：冶金：材料運(yùn)輸材料運(yùn)輸?shù)V山：礦山：開采設(shè)備開采設(shè)備起重運(yùn)輸：起重運(yùn)輸：提升設(shè)備、電梯、提升設(shè)備、電梯、自動扶梯自動扶梯二、蝸桿傳動的類型二、蝸桿傳動的類型1、按蝸桿形狀分、按蝸桿形狀分環(huán)面蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動2、根據(jù)齒面形狀不同分為：、根據(jù)齒面形狀不同分為： 普通蝸桿傳動普通蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動 3、阿基米德蝸桿、阿基米德蝸桿在軸剖面：在軸剖面：直線齒廓直線齒廓 法剖面：法剖面：凸曲線凸曲線垂直軸剖面：垂直軸剖面：阿基米德螺線阿基米德螺線車削加工，不能磨削，精度低。車削加工，不能磨削，精度低。蝸輪滾刀：與蝸桿尺寸相同蝸輪滾刀：與蝸桿尺寸相同在中間平面上可看成直齒齒條與漸開線齒輪嚙合在中間平面上可看成直齒齒條與漸開線齒輪嚙合9.2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算中間平面上的參數(shù)作為設(shè)計基準(zhǔn)中間平面上的參數(shù)作為設(shè)計基準(zhǔn)一、普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇一、普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇1 、蝸桿傳動的正確嚙合條件及模數(shù)、蝸桿傳動的正確嚙合條件及模數(shù)m和壓力角和壓力角 22121tatammm旋向相同旋向相同2 、蝸桿分度圓直徑、蝸桿分度圓直徑d1和導(dǎo)程角和導(dǎo)程角 為了限制蝸輪滾刀的為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)數(shù)目并便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，因此對每一標(biāo)準(zhǔn)化，因此對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑量的蝸桿分度圓直徑d1（表表9-1）11111/tandmZdPZa導(dǎo)程角：導(dǎo)程角：普通蝸桿傳動的普通蝸桿傳動的m與與d1搭配值搭配值 （表（表9-1）3 、傳動比、傳動比i、蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)和蝸輪齒數(shù)Z21221ZZnni蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)Z1通常取為：通常取為：1，2，3，4，或，或6Z2=iZ1，一般取一般取Z2=28804 、傳動中心距、傳動中心距a和變位系數(shù)和變位系數(shù)x2標(biāo)準(zhǔn)中心距標(biāo)準(zhǔn)中心距)(2121dda變位蝸桿傳動（只對蝸輪變位）變位蝸桿傳動（只對蝸輪變位）（1） 變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變: Z2 = Z2 而傳動中心距改變而傳動中心距改變: a amaaxmxmzdxmaa21221一般取一般取 x 1 1 按變位后的尺寸加工、安裝按變位后的尺寸加工、安裝（2）變位前后，傳動中心距不變）變位前后，傳動中心距不變 a =a蝸輪的齒數(shù)變化蝸輪的齒數(shù)變化: Z2 Z2212121221mzdamxmzda222222zzxxzz一般取一般取 x 1 1 5 相對滑動速度相對滑動速度 S221211 1cos60 1000cossd nm/s式中：式中：d1-蝸桿分度圓直徑，蝸桿分度圓直徑，mmn1-蝸桿的轉(zhuǎn)速，蝸桿的轉(zhuǎn)速，r/min -蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角, 度度二、蝸桿傳動的幾何尺寸計算二、蝸桿傳動的幾何尺寸計算9.3 蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和材料選擇和材料選擇一、蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則一、蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則失效形式：失效形式：主要是齒面膠合、點蝕和磨損，而且主要是齒面膠合、點蝕和磨損，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。設(shè)計準(zhǔn)則：設(shè)計準(zhǔn)則：通常按齒面（蝸輪）接觸疲勞強(qiáng)度條通常按齒面（蝸輪）接觸疲勞強(qiáng)度條件計算蝸桿傳動的承載能力。件計算蝸桿傳動的承載能力。在選擇許用應(yīng)力時，要適當(dāng)考慮膠合和磨損失效在選擇許用應(yīng)力時，要適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因素的影響。因素的影響。對閉式傳動要進(jìn)行熱平衡計算，必要時對蝸桿強(qiáng)對閉式傳動要進(jìn)行熱平衡計算，必要時對蝸桿強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計算。度和剛度進(jìn)行計算。二、蝸桿和蝸輪的常用材料二、蝸桿和蝸輪的常用材料對蝸桿和蝸輪材料的要求：對蝸桿和蝸輪材料的要求：不僅要求具有足夠的不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨強(qiáng)度，更重要的是要求具有良好的減摩性、耐磨性和跑和性能。性和跑和性能。蝸桿材料：蝸桿材料：一般用碳素鋼或合金鋼制成一般用碳素鋼或合金鋼制成蝸輪材料：蝸輪材料：一般為鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、一般為鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵灰鑄鐵9.4 普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算一、蝸桿傳動的受力分析和計算載荷一、蝸桿傳動的受力分析和計算載荷1 受力分析受力分析tan2212122121121arratatFFFdTFFdTFF而法向力而法向力nanFFcoscos/1取取11aaFF，coscosn則有則有coscos2cos221dTacoaFFanN式中：式中：T1、T2分別為蝸桿和蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，分別為蝸桿和蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩，N.mm,T2=i T1，N.mm, 傳動效率，傳動效率，i 傳動比傳動比d1 、 d2分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑, mm 壓力角，壓力角， =20 蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角，度蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角，度力的方向：力的方向：確定圓周力確定圓周力Ft及徑向力及徑向力Fr的方向的方法同外嚙合圓柱的方向的方法同外嚙合圓柱齒輪傳動，而軸向力齒輪傳動，而軸向力Fa的方向則可根據(jù)相應(yīng)的圓周力的方向則可根據(jù)相應(yīng)的圓周力Ft的方向來判定，即的方向來判定，即Fa1與與 Ft2方向相反，方向相反， Ft1與與 Fa2的的方向相反。方向相反。也可按照主動件左右手定則來判斷。也可按照主動件左右手定則來判斷。力的方向判斷例題力的方向判斷例題2 蝸桿傳動的計算載荷蝸桿傳動的計算載荷計算載荷計算載荷=K*名義載荷名義載荷KKKKA式中式中KA工作情況系數(shù)工作情況系數(shù) K 動載荷系數(shù)動載荷系數(shù) K 齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)二、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算二、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算校核公式為：校核公式為：HEEHZdmKTZddKTZ99221222212設(shè)計公式為：設(shè)計公式為：22212)(9HEZZKTdmMPamm3ZE彈性系數(shù)，對于青銅或彈性系數(shù)，對于青銅或 鑄鐵蝸輪與鋼制蝸桿鑄鐵蝸輪與鋼制蝸桿 配對時，取配對時，取MPaZE160H蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，MPa式中：式中：0HHNHK式中：式中：0H應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=107時，蝸輪材料的基本時，蝸輪材料的基本許用接觸應(yīng)力，許用接觸應(yīng)力，MPaHNK壽命系數(shù)壽命系數(shù)9.5 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率一、蝸桿傳動的效率321式中：式中： 1嚙合效率嚙合效率)tan(tan1 2 3分別為軸承效率和攪油效率分別為軸承效率和攪油效率 一般取一般取 2 3=0.950.96蝸桿傳動的總效率蝸桿傳動的總效率)tan(tan)96. 095. 0(二、蝸桿傳動的潤滑二、蝸桿傳動的潤滑潤滑的目的：防止膠合和磨損、提高效率潤滑的目的：防止膠合和磨損、提高效率開式：定期涂潤滑脂開式：定期涂潤滑脂閉式：浸油或噴油閉式：浸油或噴油三、蝸桿傳動的熱平衡計算三、蝸桿傳動的熱平衡計算單位時間內(nèi)由摩擦損耗單位時間內(nèi)由摩擦損耗的功率產(chǎn)生的熱量為的功率產(chǎn)生的熱量為)1 (100011PHW式中：式中：P1蝸桿傳動的功率，蝸桿傳動的功率，KW 蝸桿傳動的總效率蝸桿傳動的總效率單位時間由箱體外壁散發(fā)到空氣中的熱量為單位時間由箱體外壁散發(fā)到空氣中的熱量為)(02ttAKHsW式中式中 Ks散熱系數(shù)散熱系數(shù) A散熱面積散熱面積 t達(dá)到平衡時，箱體內(nèi)的達(dá)到平衡時，箱體內(nèi)的 油溫，油溫，t在在800以內(nèi)以內(nèi) t0周圍空氣溫度，周圍空氣溫度， t0=200根據(jù)熱平衡條件根據(jù)熱平衡條件H1=H2可求得既定工作條件下可求得既定工作條件下的油溫的油溫AKPtts)1 (100010在既定工作條件下，保持正常油溫所需要的在既定工作條件下，保持正常油溫所需要的散熱面積散熱面積)()1 (100001ttKPAs2mC一般應(yīng)使一般應(yīng)使t在在80以下以下若若t80或有效的散熱面積不足時或有效的散熱面積不足時,則必須則必須采取措施采取措施,以提高其散熱能力以提高其散熱能力常用措施常用措施:1 、合理設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計箱體結(jié)構(gòu),鑄鑄出或焊上散熱片出或焊上散熱片,以增大散以增大散熱面積熱面積2 、在蝸輪軸上裝置風(fēng)扇、在蝸輪軸上裝置風(fēng)扇,進(jìn)行人工通風(fēng)進(jìn)行人工通風(fēng),以提高散以提高散熱系數(shù)熱系數(shù)3 、在箱體油池內(nèi)裝、在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇形冷卻水管設(shè)蛇形冷卻水管4 、采用壓力噴油循、采用壓力噴油循環(huán)潤滑環(huán)潤滑9.6 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)一一 蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿的結(jié)構(gòu)車削：有退刀槽，車削：有退刀槽，二、蝸輪的結(jié)構(gòu)二、蝸輪的結(jié)構(gòu) 蝸輪可制成整體式或裝配式蝸輪可制成整體式或裝配式1 整體式整體式2 齒圈壓配式齒圈壓配式3 螺栓聯(lián)接式螺栓聯(lián)接式4 鑲鑄式鑲鑄式斜齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪蝸桿減速器蝸桿減速器齒輪傳動、蝸桿傳動的應(yīng)用齒輪傳動、蝸桿傳動的應(yīng)用圓柱齒輪減速器圓柱齒輪減速器