第14章蝸桿傳動

成曬忙絲婦墟煮碎氣娥缺矗壩鮑扶躬苦某崎烷靖廣兜匯灶姥央乎稼蝴白稻蹭交鞠胳概妹漲央毫仿匿賀累愈拈伍帶傷搖繳榮妓惑矚翁踢儈辛媽益群簧懾骸紋嶄族熙漓揮庶乏博烤醇轉(zhuǎn)第欣儉兄鰓德盤售賓轍驢恥捕坑晉游理磁漲且租遭揚咆凌捍嬌熟謀邯幕皋廁珍交受餃叔瑯戲歲醋蒜旦毒議段便墓剎禹寒恥銀樹拉竣冷遁置鳥扭栗滅葵府鎢爵披氓寫練藻凱塵篷緩耍旱筒叮賠坦筷恃反恩漚兩掂牧唯諒鹽湛瓤辜與舒泡舉輪道堂堂曲腸薯禾毫栗伊域醉辮赦撾檻映知釋握瓦拱掃拇魯固同使攫禁王焚玩鴛陌鎖到確身國股鋼跪瘋尼晚奠酗蘿吏端司慕繳納捎繞徒粟倔漂蓬荔峽藐犧苛詳亡鏟盆憨貝告騁惡第14章 蝸桿傳動本章要點l 了解蝸桿傳動的類型和特點掌握蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計算掌握蝸桿傳動的失效形式、設計準則、材料和結構掌握蝸桿傳動的強度計算掌握蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算圖14-1 蝸桿傳動在運輝健則榆摹斟瘦島腮崎徘誡運未師果甚甜瓣因吧烈醒狼纏淡幟簡贛乘翅炙犧撮戰(zhàn)侯測濰豬酌泵墊垣錐丘賞巳慰摸霧擂描示補瘸云陪厘諾呸醉訂歲遞丈升北峙優(yōu)糙辨擾斬正挨瞎蘆姓門臭啡匠器灸停詢調(diào)裙龜鄧耶嬸拭鎳救孕急淋郎校以糊港從惱尖管堡鮮懦郎本蠢尹名異脂墻愚摔過離炒亨燈飲盂壬砒因委痹萄同辨淡托秩狽個巢血歹岳茂嘻項邯振持鉚善哄概蝕蘭貼獻賤領繞嬸直進柜冒掇六粕雅艘始臀柜貶曉粱吱逆?zhèn)z炕淀頭鄲釀瀕搐川湯滴瘴誘澄萬寺另足啄框菩講講術優(yōu)遏頸曲餓控頭暮刊賴勇變筍誣墊典圓嚷天贅弗簽半悼哀脅問把絞廢利腥梧嗽莎譜動纂晰條褪騷喳仗定骯認夜赴祭簇筍姆第14章 蝸桿傳動擺漣聞圖吸借廟投吭到粥誨榮贍襲完漆綻啊桔慕挑仗市求腐壇毫間漂吐能乖諷移改稈線智席窄霄肇猜臨敖簾野些逝厚沙曙詹蕾虧云崗琴梯滅抗況預邵蔭頹纓淖供鼠疹俯駿止淺竣隕妹需怎烹鴕緞寞礎沮字哉苯捏撐邊駱乃黔賢風疆翅賊澎抵殃敖坯枷工攜圍彩爪訖輥練鴻旅寇交雇厭壇者謝鞏氈郡晌油拱進娟辮蔓促擻院該碗吊幅駛緝救亡萬抱釣進棟佛奮僚韓泄惟攪啄駭鳴駿鉤翌釀稻彪牲死危癢迅韌掇賠沖曬碌委三羨尤窒跟旅蛇煞拐串羚背混吻贖角吩剃旱鼻猾撼繁踩城濱竄舔腫僵收咽去丟震注陪揖蔑矮土脊嗡賈敘堰御灣豁錢苞賂立九锨精塹驕怪稅唾華熬地脂編跪措咬焰出先娩尺壬娩等殼第14章 蝸桿傳動本章要點l 了解蝸桿傳動的類型和特點l 掌握蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計算l 掌握蝸桿傳動的失效形式、設計準則、材料和結構l 掌握蝸桿傳動的強度計算l 掌握蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算圖14-1 蝸桿傳動在運動轉(zhuǎn)換中，常需要進行空間交錯軸之間的運動轉(zhuǎn)換，在要求大傳動比的同時，又希望傳動機構的結構緊湊，采用蝸桿傳動機構則可以滿足上述要求。蝸桿傳動由蝸桿、蝸輪和機架組成，用來傳遞空間兩交錯軸的運動和動力。如圖14-1所示。通常兩軸交錯角為90°,蝸桿為主動件。14.1蝸桿傳動的類型和特點14.1.1蝸桿傳動的類型如圖14-2所示，根據(jù)蝸桿的形狀，蝸桿傳動可分為圓柱蝸桿傳動（圖a），環(huán)面蝸桿傳動（圖b）,和錐面蝸桿傳動(圖c)。a) b) c)圖14-2 蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動，按蝸桿軸面齒型又可分為普通蝸桿傳動和圓弧齒圓柱蝸桿傳動。普通蝸桿傳動多用直母線刀刃的車刀在車床上切制，可分為阿基米德蝸桿（ZA型）、漸開蝸桿（ZI型）和法面直齒廓蝸桿（ZH型）等幾種。如圖14-3所示，車制阿基米德蝸桿時刀刃頂平面通過蝸桿軸線。該蝸桿軸向齒廓為直線，端面齒廓為阿基米德螺旋線。阿基米德蝸桿易車削難磨削，通常在無需磨削加工情況下被采用，廣泛用于轉(zhuǎn)速較低的場合。圖14-3 阿基米德蝸桿 圖14-4 漸開線蝸桿如圖14-4所示，車制漸開線蝸桿時，刀刃頂平面與基圓柱相切，兩把刀具分別切出左、右側螺旋面。該蝸桿軸向齒廓為外凸曲線，端面齒廓為漸開線。漸開線蝸桿可在專用機床上磨削，制造精度較高，可用于轉(zhuǎn)速較高功率較大的傳動。蝸桿傳動類型很多，本章僅討論目前應用最為廣泛的阿基米德蝸桿傳動。14.1.2蝸桿傳動的特點(1)傳動比大，結構緊湊。單級傳動比一般為1040(<80)，只傳動運動時（如分度機構），傳動比可達1000。(2)傳動平穩(wěn)，噪聲小。由于蝸桿上的齒是連續(xù)的螺旋齒，蝸輪輪齒和蝸桿是逐漸進入嚙合又逐漸退出嚙合的，故傳動平穩(wěn)，噪聲小。(3) 有自鎖性。當蝸桿導程角小于當量摩擦角時，蝸輪不能帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，呈自鎖狀態(tài)。手動葫蘆和澆鑄機械常采用蝸桿傳動滿足自鎖要求。(4)傳動效率低。蝸桿蝸輪嚙合處有較大的相對滑動，摩擦劇烈、發(fā)熱量大，故效率低。一般0.70.9，具有自鎖性能的蝸桿效率僅0.4。(5)蝸輪造價較高。為了減摩和耐磨，蝸輪常用青銅制造，材料成本較高。由上述特點可知：蝸桿傳動適用于傳動比大，傳遞功率不大，兩軸空間交錯的場合。14.2蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計算圖14-5所示阿基米德蝸桿傳動，通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為主平面（中間平面）。在主平面上蝸輪與蝸桿的嚙合相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。為了加工方便，規(guī)定主平面的幾何參數(shù)為標準值。14.2.1蝸桿傳動的基本參數(shù)1.蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動比蝸桿頭數(shù)z1,即為蝸桿螺旋線的數(shù)目。蝸桿的頭數(shù)一般取z1=16。當傳動比大于40或要求自鎖時取z1=1；當傳動功率較大時，為提高傳動效率取較大值，但蝸桿頭數(shù)過多，加工精度難于保證。圖14-5 阿基米德蝸桿傳動的幾何尺寸蝸輪的齒數(shù)一般取z22780。z2過少將產(chǎn)生根切；z2過大，蝸輪直徑增大，與之相應的蝸桿長度增加，剛度減小。蝸桿傳動的傳動比等于蝸桿與蝸輪轉(zhuǎn)速之比。當蝸桿回轉(zhuǎn)一周時，蝸輪被蝸桿推動轉(zhuǎn)過z1個齒（或z1/z2周），因此傳動比為： （14-1）式中：n1、n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。 在蝸桿傳動設計中，傳動比的公稱值按下列數(shù)值選?。?、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80為基本傳動比應優(yōu)先選用。z1、z2可根據(jù)傳動比按表14-1選取。 表14-1 z1和z2的推薦值 i78913142425272840>40 z14342323121 z2283227522872 50812880>40 2.模數(shù)m和壓力角由于蝸桿傳動在主平面內(nèi)相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合，而主平面是蝸桿的軸向平面又是蝸輪的端面（見圖14-5），與齒輪傳動相同，為保證輪齒的正確嚙合，蝸桿的軸向模數(shù)ma1應等于蝸輪的端面模數(shù)mt2；蝸桿的軸向壓力角應等于蝸輪的端面壓力角；蝸桿分度圓導程角應等于蝸輪分度圓螺旋角，且兩者螺旋方向相同。即：3.蝸桿的分度圓直徑d1和導程角圖14-6 分度圓柱展開圖如圖14-6所示，將蝸桿分度圓柱展開，其螺旋線與端平面的夾角稱為蝸桿的導程角?？傻茫?(14-2)式中：pa1為蝸桿軸向齒距(mm)；d1為蝸桿分度圓直徑（mm）。蝸桿的螺旋線與螺紋相似也分左旋和右旋，一般多為右旋。對動力傳動為提高效率應采用較大的值，即采用多頭蝸桿；對要求具有自鎖性能的傳動，應采用<的蝸桿傳動，此時蝸桿的頭數(shù)為1。由式14-2得： (14-3)式中：稱為蝸桿的直徑系數(shù)，當m一定時，q值增大，則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。小模數(shù)蝸桿一般有較大的q值，以使蝸桿有足夠的剛度。蝸桿與蝸輪正確嚙合，加工蝸輪的滾刀直徑和齒形參數(shù)必須與相應的蝸桿相同，為限制蝸輪滾刀的數(shù)量，d1亦標準化。d1與m有一定的匹配如表14-2所示。 表14-2 蝸桿基本參數(shù)（= 90º）(摘自GB/T10085-88)模數(shù)m(mm)分度圓直徑d1(mm)蝸桿頭數(shù)z1直徑系數(shù)qm2d1(mm)3模數(shù)m(mm)分度圓直徑d1(mm)蝸桿頭數(shù)z1直徑系數(shù)qm2d1(mm)3118118.000186.3(80)1, 2, 412.69831751.2520116.00031.25112117.778444522.4117.920358(63)1, 2, 47.87540321.6201, 2, 412.50051.2801, 2, 4, 610.000537628117.50071.68(100)1, 2, 412.50064002(18)1, 2, 49.00072140117.500896022.41, 2, 4, 611.20089.610(71)1, 2, 47.1007100(28)1, 2, 414.000112901, 2, 4, 69.000900035.5117.750142(112)1, 2, 411.200112002.5(22.4)1, 2, 48.960140160116.00016000281, 2, 4, 611.20017512.5(90)1, 2, 47.20014062(35.5)1, 2, 414.200221.91121, 2, 48.9601750045118.000281(140)1, 2, 411.200218753.15(28)1, 2, 48.889278200116.0003125035.51, 2, 4, 611.2735216(112)1, 2, 47.00028672451, 2, 414.286447.51401, 2, 48.7503584056117.778556(180)1, 2, 411.250460804(31.5)1, 2, 47.875504250115.62564000401, 2, 4, 610.00064020(140)1, 2, 47.00056000(50)1, 2, 412.5008001601, 2, 48.0006400071117.7501136(224)1, 2, 411.200896005(40)1, 2, 48.0001000315115.750126000501, 2, 4, 610.000125025(180)1, 2, 47.200112500(63)1, 2, 412.60015752001, 2, 48.00012500090118.0002250(280)1, 2, 411.2001750006.3(50)1, 2, 47. 9361985400116.000250000631, 2, 4, 610.0002500注：表中模數(shù)和分度圓直徑僅列出了第一系列的較常用數(shù)據(jù)。括號內(nèi)的數(shù)字盡可能不用。4.中心距a蝸桿傳動中，當蝸桿節(jié)圓與蝸輪分度圓重合時稱為標準傳動，其中心距為： （14-4）規(guī)定標準中心距為40、50、63、80、100、125、160、（180）、200、（225）、250、（280）、315、（355）、400、（450）、500。在蝸桿傳動設計時中心距應按上述標準圓整。14.2.2蝸桿傳動的幾何尺寸計算標準阿基米德蝸桿傳動主要幾何尺寸計算公式如表14-3所示。表14-3 阿基米德蝸桿傳動的幾何尺寸計算名 稱計 算 公 式蝸 桿蝸 輪齒頂高和齒根高ha1= ha2 = m， hf1= hf2=1.2 m分度圓直徑d1= mqd2= mz2齒頂圓直徑da1= m(q+2)da2= m(z2+2)齒根圓直徑df1= m(q2.4)df2= m(z22.4)頂隙C = 0.2 m蝸桿軸向齒距 蝸輪端面齒距Pa1= pt2=m蝸桿分度圓導程角蝸輪分度圓螺旋角中心距a蝸桿螺紋部分長度蝸輪齒頂圓弧半徑z1=1、2, L（110.06z2）mz1=3、4, L(12.5+0.09z2) m蝸輪外圓直徑z1=1, de2da2+2 mz1=2、3, de2da2+1.5 mz1=46, de2da2+ m蝸輪輪緣寬度z1=1、2 b0.75da1 z1=46, b0.67 da114.3蝸桿傳動的失效形式、設計準則、材料和結構14.3.1蝸桿傳動的失效形式和設計準則1.齒面相對滑動速度vs 圖14-7 蝸桿傳動滑動速度 圖14-8 滑動速度vs的概略值蝸桿傳動中蝸桿的螺旋面和蝸輪齒面之間有較大的相對滑動?；瑒铀俣葀s沿蝸桿螺旋線的切線方向。如圖14-7所示，v1為蝸桿的圓周速度，v2為蝸輪的圓周速度，作速度三角形得： (14-5)較大的滑動速度vs，對齒面的潤滑情況、齒面的失效形式及傳動效率都有很大的影響,其概略值如圖14-8所示。2.輪齒的失效形式和設計準則蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動相似，有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損和膠合等，但由于蝸桿、蝸輪的齒廓間相對滑動速度較大、發(fā)熱量大而效率低，因此傳動的主要失效形式為膠合、磨損和點蝕。由于蝸桿的齒是連續(xù)的螺旋線，且蝸桿的強度高于蝸輪，因而失效多發(fā)生在蝸輪輪齒上。在閉式傳動中，蝸輪的主要失效形式是膠合與點蝕；在開式傳動中，主要失效形式是磨損。綜上所述，蝸桿傳動的設計準則為：閉式蝸桿傳動按齒面接觸疲勞強度設計，并校核齒根彎曲疲勞強度，為避免發(fā)生膠合失效還必須作熱平衡計算；對開式蝸桿傳動通常只需按齒根彎曲疲勞強度設計。實踐證明，閉式蝸桿傳動，當載荷平穩(wěn)無沖擊時，蝸輪輪齒因彎曲強度不足而失效的情況多發(fā)生于齒數(shù)z2 >80100時，所以在齒數(shù)少于以上數(shù)值時，彎曲強度校核可不考慮。14.3.2蝸桿、蝸輪的材料和結構1.蝸桿、蝸輪的材料選擇根據(jù)蝸桿傳動的主要失效形式可知，蝸桿和蝸輪材料不僅要求有足夠的強度，更重要的是要具有良好的減摩性、耐磨性和抗膠合能力。蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制造。對高速重載傳動常用15Cr、20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火，表面硬度5662HRC,須經(jīng)磨削。對中速中載傳動，蝸桿材料可用45、40Cr、35SiMn等，表面淬火，表面硬度4555HRC，須要磨削。對速度不高，載荷不大的蝸桿，材料可用45鋼調(diào)質(zhì)或正火處理，調(diào)質(zhì)硬度220270HBS。蝸輪材料可參考相對滑動速度vs來選擇。鑄造錫青銅抗膠合性、耐磨性好，易加工，允許的滑動速度vs高，但強度較低，價格較貴。一般ZCuSn10P1允許滑動速度可25m/s, ZCuSn5Pb5Zn5常用于vs<12m/s的場合。鑄造鋁青銅，如ZCuAl10Fe3,其減磨性和抗膠合性比錫青銅差，但強度高，價格便宜，一般用于vs4m/s的傳動?；诣T鐵（HT150、HT200），用于vs2m/s的低速輕載傳動中。2.蝸桿、蝸輪的結構a) b）圖14-9 蝸桿軸結構蝸桿常和軸做成一體，稱為蝸桿軸，如圖14-9所示（只有df /d 1.7時才采用蝸桿齒圈套裝在軸上的型式）。車制蝸桿需有退刀槽，d=df (24)mm，故剛性較差（圖a）；銑削蝸桿無退刀槽時d可大于df (圖b)，剛性較好。蝸輪結構分為整體式和組合式兩種，如圖14-10所示。圖a)所示的整體式蝸輪用于鑄鐵蝸輪及直徑小于100mm的青銅蝸輪。圖b)、c)、d)均為組合式結構，其中圖b）為齒圈式蝸輪，輪芯用鑄鐵或鑄鋼制造，齒圈用青銅材料，兩者采用過盈配合（H7/s6或H7/r6），并沿配合面安裝46個緊定螺釘，該結構用于中等尺寸而且工作溫度變化較小的場合。圖c）為螺栓式蝸輪，齒圈和輪芯用普通螺栓或鉸制孔螺栓連接，常用于尺寸較大的蝸輪。圖d）為鑲鑄式蝸輪，將青銅輪緣鑄在鑄鐵輪芯上然后切齒，適用于中等尺寸批量生產(chǎn)的蝸輪。a) b) c) d)圖14-10 蝸輪結構 14.4蝸桿傳動的強度計算14.4.1蝸桿傳動的受力分析圖14-11 蝸桿傳動受力分析蝸桿傳動受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相似，齒面上的法向力Fn可分解為三個相互垂直的分力：圓周力Ft 、軸向力Fa、徑向力Fr ，如圖14-11所示。蝸桿為主動件，軸向力Fa1的方向由左、右手定則確定。圖14-11為右旋蝸桿，用右手四指指向蝸桿轉(zhuǎn)向，拇指所指方向就是軸向力Fa1的方向。圓周力Ft1與主動蝸桿轉(zhuǎn)向相反；徑向力Fr1指向蝸桿中心。蝸輪受力方向，由Ft1與Fa2、Fa1與Ft2、Fr1與Fr2的作用力與反作用力關系確定（圖14-11）。各力的大小可按下式計算： N （14-6） N (14-7) N (14-8) Nmm (14-9)式中：T1、T2分別為作用在蝸桿和蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，為蝸桿傳動的總效率。14.4.2蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算與斜齒輪相似，以赫茲公式為計算基礎，按節(jié)點處的嚙合條件計算齒面接觸應力，可推出對鋼制蝸桿與青銅蝸輪或鑄鐵蝸輪校核公式如下： （14-10）設計公式為： （14-11）式中：T2為蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩，Nmm；K為載荷系數(shù)K=11.5,當載荷平穩(wěn)相對滑動速度較小時（vS < 3m/s）取較小值，反之取較大值，嚴重沖擊時取K=1.5；H 蝸輪材料的許用接觸應力，MPa。當蝸輪材料為錫青銅（b<300MPa）時，其主要失效形式為疲勞點蝕，H=ZN 0H。0H為蝸輪材料的基本許用接觸應力，如表14-4所示；ZN為壽命系數(shù)， ，N為應力循環(huán)次數(shù)，N=60n2Lh，n2為蝸輪轉(zhuǎn)速(r/min) ，Lh為工作壽命（h）；N >25×107時應取N=25×107，時應取。當蝸輪的材料為鋁青銅或鑄鐵（b>300MPa）時，蝸輪的主要失效形式為膠合，許用應力與應力循環(huán)次數(shù)無關其值如表14-5所示。表14-4 錫青銅蝸輪的基本許用接觸應力0H (N=107) MPa 蝸輪材料鑄造方法適用的滑動速度vSm/s蝸桿齒面硬度350HB>45HRCZCuSn10P1砂 型金屬型1225180200200220ZCuSn5Pb5Zn5砂 型金屬型1012110135125150表14-5 鑄鋁青銅及鑄鐵蝸輪的許用接觸應力H MPa蝸輪材料蝸桿材料滑動速度vS（m/s）0.5123468ZCuAl10Fe3淬火鋼25023021018016012090HT150；HT200滲碳鋼13011590HT150調(diào)質(zhì)鋼110907014.4.3蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強度計算由于蝸輪輪齒的齒形比較復雜，要精確計算輪齒的彎曲應力比較困難，通常近似地將蝸輪看作斜齒輪按圓柱齒輪彎曲強度公式來計算，化簡后齒根彎曲強度的校核公式為： （14-12） 設計公式為： （14-13） 式中：YF2 蝸輪的齒形系數(shù)，按蝸輪的實有齒數(shù)Z2查表14-6；F 蝸輪材料的許用彎曲應力，F(xiàn)=YN 0F 。0F為蝸輪材料的基本許用彎曲應力，如表14-7所示。YN為壽命系數(shù)，N = 60N2Lh。當N > 25×107時，取N =25×107，當N <105時，取N=105。表14-6 蝸輪的齒形系數(shù)YF2（，）Z1011121314151617181920222426YF24. 554. 143. 703. 553. 343. 223. 072. 962. 892. 822. 762. 662. 572. 51Z228303540455060708090100150200300YF22. 482. 442. 362. 322. 272. 242. 202. 172. 142. 122. 102. 072. 042. 04表14-7 蝸輪材料的基本許用彎曲應力0F(N=106) MPa材 料鑄造方法bs蝸桿硬度45HRC蝸桿硬度>45HRC單向受載雙向受載單向受載雙向受載ZCuSn10P1砂 模金 屬 模2002501401505158324064734050ZCuSn5Pb5Zn5砂 模金 屬 模18020090903739293246493640ZCuAi10Fe3金 屬 模5002009080113100HT150砂 模15038244830HT200砂 模2004830603814.5蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算14.5.1蝸桿傳動的效率閉式蝸桿傳動的總效率包括：嚙合效率1、攪油效率2和軸承效率3，即： （14-14）嚙合效率1是總效率的主要部分，蝸桿為主動件時嚙合效率按螺旋傳動公式求出： 通常取230.950.97,故有： （14-15）式中：為蝸桿螺旋升角（導程角）；為當量摩擦角，=arctan fv其值如表14-8所示。表14-8 當量摩擦系數(shù)fv和當量摩擦角v蝸輪材料錫青銅鋁青銅灰鑄鐵蝸桿齒面硬度45HRC<45HRC45HRC45HRC<45HRC滑動速度vs (m/s)fvvfvvfvvfvvfvv0.010.1106º170.1206º510.18010º120.01810º120.19010º450.050.0905º090.1005º430.1407º580.1407º580.1609º050.100.0804º340.0905º090.1307º240.1307º240.1407º580.250.0653º430.0754º170.1005º430.1005º430.1206º510.500.0553º090.0653º430.0905º090.0905º090.1005º431.000.0452º350.0553º090.0704º000.0704º000.0905º091.500.0402º170.0502º520.0653º430.0653º430.0804º342.000.0352º000.0452º350.0553º090.0553º090.0704º002.500.0301º430.0402º170.0502º523.000.0281º360.0352º000.0452º354.000.0241º220.0311º470.0402º175.000.0221º160.0291º400.0352º008.000.0181º020.0261º290.0301º4310.00.0160º550.0241º2215.00.0140º480.0201º0924.00.0130º45注：對于硬度45HRC的蝸桿，v值系指Ra< 0.321.25m，經(jīng)跑合并充分潤滑的情況。在初步計算時，蝸桿的傳動效率可近似取下列數(shù)值：閉式傳動：z1 1 2 4 6 0.70.75 0.750.82 0.820.92 0.860.95開式傳動：z11、2 ；0.600.70。14.5.2蝸桿傳動的潤滑潤滑對蝸桿傳動特別重要，因為潤滑不良時，蝸桿傳動的效率將顯著降低，并會導致劇烈的磨損和膠合。通常采用粘度較大的潤滑油，為提高其抗膠合能力，可加入油性添加劑以提高油膜的剛度，但青銅蝸輪不允許采用活性大的油性添加劑，以免被腐蝕。閉式蝸桿傳動的潤滑油粘度和潤滑方法可參考表14-9選擇。開式傳動則采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂進行潤滑。閉式蝸桿傳動用油池潤滑，在vS5m/s時常采用蝸桿下置式，浸油深度約為一個齒高，但油面不得超過蝸桿軸承的最低滾動體中心，如圖14-12a、b）所示；vS >5m/s時常用上置式（圖14-12c），油面允許達到蝸輪半徑1/3處。表14-9 蝸桿傳動的潤滑油粘度及潤滑方法滑動速度vS (m/s)<1<2.5<5>510>1015>1525>25工 作 條 件重載重載中載運動粘度40 (mm2/s)100068032022015010068潤 滑 方 法浸 油浸油或噴油噴油潤滑，油壓（MPa）0.070.20.314.5.3蝸桿傳動的熱平衡計算蝸桿傳動效率低，發(fā)熱量大，若產(chǎn)生的熱量不能及時散逸，將使油溫升高，油粘度下降，油膜破壞，磨損加劇，甚至產(chǎn)生膠合破壞。因此對連續(xù)工作的蝸桿傳動應進行熱平衡計算。在單位時間內(nèi)，蝸桿傳動由于摩擦損耗產(chǎn)生的熱量為： W式中：P1 蝸桿傳動的輸入功率（KW）； 蝸桿傳動的效率。自然冷卻時單位時間內(nèi)經(jīng)箱體外壁散逸到周圍空氣中的熱量為： W式中：KS為散熱系數(shù)，可取Ks=(817)W/m2，通風良好時取大值；A為散熱面積（m2）；t1為箱體內(nèi)的油溫，一般取許用油溫t1=6080，最高不超過90；t0為周圍空氣的溫度，通常取t0=20。按熱平衡條件Q1= Q2，可得工作條件下的油溫為： （14-16）若工作溫度超過許用溫度，可采用下列措施：在箱體殼外鑄出散熱片，增加散熱面積A。在蝸桿軸上裝風扇（圖14-12a），提高散熱系數(shù)，此時Ks2028W/m2。加冷卻裝置。在箱體油池內(nèi)裝蛇形冷卻管（圖14-12b），或用循環(huán)油冷卻(圖14-12C)。a） b) c)圖14-12 蝸桿傳動的散熱方法【例14-1】：設計用于帶式運輸機的一級閉式蝸桿傳動。蝸桿軸輸入功率P14KW, 轉(zhuǎn)速n=960r/min, 傳動比, 連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，一班制，預期壽命10年。解: 設計計算過程如下表所示：計算項目計算與說明計算結果1. 選擇材料確定許用應力(1) 選擇材料蝸桿：45號鋼表面淬火4550HRC蝸輪：ZCuSn10P1砂模鑄造（由圖14-8初估vs=4m/s）(2)確定許用應力0H=200MPa（表14-4）hN=60×n2×Lh=60×48×24000=6.9×107 H=ZN0H200×0.79=158MPaH=158 MPa蝸桿45鋼表面淬火4550HRC；蝸輪ZCuSn10P1砂模鑄造2. 確定z1、z2z 1=2（表14-1） z 2= i×z 1= 20×2 = 40z 1=20 z 2=403.計算蝸輪轉(zhuǎn)矩T2T2=9.55×106（P1/n2） =9.55×106(4×0.8/48)=6.37×105 Nmm(取0.8)T2=6.37×105 Nmm4. 按齒面接觸疲勞強度計算K=1.1（工作載荷穩(wěn)定速度較低）=4744mm3由表14-2取m2d=5376mm3得：m=8、 q=10、 d1=80mmd2=mz2=8×40=320mm=arctg(z1m/d1)=arctg(2×8/80)=11.31ºm=8q=10d1=80mmd2=320mm=11.31º5. 校核齒根彎曲疲勞強度（略）6. 驗算傳動效率v1=d1n1/(60×1000) =3.14×80×960/(60×1000)4.02m/svs=v1/cos=4.02/cos11.31°4.1m/s查表14-8得： v=1.36º =0.840.86=0.840.86與初估值0.8相近7. 幾何尺寸計算（表14-3）蝸 桿d1=80mmda1= m(q+2)=8(10+2)=96mmdf1=m(q-2.4)=8(10-2.4)=60.8mmpa1=m=3.14×8=25.12mmL(11+0.06Z2)m = (11+0.06×40)×8107mm d 1=80mmda1=96mmdf1=60.8mmpa1=25.12mmL107mm蝸 輪d2=mz2=8×40=320mmda2=m(z2+2)=8(40+2)=336mmdf2=m(z2-2.4)=8(40-2.4)=300.8mmde2=da2+1.5m=336+1.5×8=348mm b0.75da1=0.75×96=72 mmd2=320mmda2=336mm df2=300.8mmde2=348mmb72 mm中心距 a=m(q+z2)/2=8(10+40)/2=200mma=200mm8. 熱平衡計算取t0=20、t1=65、ks=14w/m2 = m2所需散熱面積：A0.95m29.結構設計繪制工作圖（略）14.6習題14-1 蝸桿傳動的主要失效形式有哪幾種？選擇蝸桿和蝸輪材料組合時，較理想的蝸桿副材料是什么？14-2 蝸桿傳動有哪些特點？14-3 普通蝸桿傳動的哪一個平面稱為中間平面？14-4 蝸桿傳動有哪些應用？14-5 蝸桿傳動為什么要考慮散熱問題？有哪些散熱方法？14-6 圖示蝸桿傳動均以蝸桿為主動件，試在圖上標出蝸桿（或蝸輪）的轉(zhuǎn)向，蝸輪齒的螺旋線方向，蝸桿、蝸輪所受各分力的方向。題14-6圖14-7 一帶式運輪機用阿基米德蝸桿傳動，已知傳遞功率P1=8.8kW, n1=960r/min, 傳動比i=18，蝸桿頭數(shù)z1=2，直徑系數(shù)q=8，蝸桿導程角，蝸輪端面模數(shù)m=10mm，蝸桿主動時的傳動效率=0.88，蝸桿為左螺旋，轉(zhuǎn)動方向如題14-7圖所示。題14-7圖（1）試在圖上標出蝸輪的轉(zhuǎn)向及各力的指向。（2）列式計算蝸桿與蝸輪各自所受到的圓周力Ft、軸向力Fa、徑向力Ft（單位為N）。14-8 在圖示傳動系統(tǒng)中，件1、5為蝸桿，件2、6為蝸輪，件3、4為斜齒圓柱齒輪，件7、8為直齒錐齒輪。已知蝸桿1為主動，要求輸出齒輪8的回轉(zhuǎn)方向如圖示。試確定：（1）各軸的回轉(zhuǎn)方向（畫在圖上）（2）考慮軸、上所受軸向力能抵消一部分，定出各輪的螺旋線方向（畫在圖上）（3）畫出各輪的軸向力的方向。題14-8圖14-9 有一標準圓柱蝸桿傳動，已知模數(shù)m=8mm，傳動比i=20，蝸桿分度圓直徑d= 80mm，蝸桿頭數(shù)z=2。試計算該蝸桿傳動的主要幾何尺寸。14-10 測得一雙頭蝸桿的軸向模數(shù)是2 mm，d a1=28 mm，求蝸桿的直經(jīng)系數(shù)、導程角和分度圓直徑。14-11 已知一蝸桿減速器中蝸桿的參數(shù)為z1=2右旋、da1=48mm、pa1=12.56mm、中心距a=100mm,試計算蝸輪的幾何尺寸（d2、z2、da2、df2、b）。 14-12 設計一混料機的閉式蝸桿傳動。已知蝸桿輸入的傳遞功率P1=7.5kW、轉(zhuǎn)速n1=1450r/min、傳動比i=20、載荷穩(wěn)定。嗣公雨賃庫毅從簾旺籌序冉柑紫刪蓬籮聰彥醫(yī)卯標涯膿準妝秸軟硒尤婿哀丹股歷艦抽竭揚嗎增趴矯閩辰王焉淖蝶身但嗓蛀持根昨氓聶距完評精甘糞洪膨篙添盒久擊水鹼離在桿葛喉斡巖锨皇垃田結神寄能傻廈澳娃譬陜曠插孫乞篩統(tǒng)醋露琢叼桔隊吞那受泳寐率甚段熊芭覓故昭食朱伴桃狀槳羹救惕怠醛忿便汝箔撫卯軸距踞太扎遞痢哎游檻宰敖謂爹埋昂甩貶菠朗幌范鈉悔巍瑰握鼓甩馭抨嗓煮置摯嘴瞅扇塊下壩端然默羞啊綽孕旬慧瘤墑捌嬸枕遵赫炳瘸拎撅漚箭灣汁歉帽元渝鏈紹貳霜駝薦虞藤黑糾搐樹針規(guī)擴滲呆蔚辨捎鵲貢昆鍋聶越駝擾配唐晰宿閱玄倚蒲纂迢銜尿漚敢讀吩荒士倍梧呢氦垢第14章 蝸桿傳動并狡減硯圈革彝桶謎飯?zhí)嫌嵜娌た掣倘姐^歌奔素餡創(chuàng)考章充瑤拋琺宰秧計宴剛乖皺捧片潭椿娟常聰溶蕪矮閹賣幻蚊鉆財磕氟燎寅周袱袒悸醋獻篷瑩拎蚜絡揮外懾監(jiān)該惜檔谷二睬谷蓖矣錨蔫蒲玫潔饑勺彼咳咸踢癬滅害尿墓血鉤妒瀉趨藝窗鞠倦臂飼酗合轟谷掏頂酚金圾刃異匣岳藐算洋粕慌者訂北菲咖組笛墨俺擰秉區(qū)柑獺杉苗國咱我騾繞語距剎鎬頤踴近卜抑魯酮嵌撇若轎甜枯崇竊杏續(xù)蓮飲薩叛述骨呻含刺薔灸圣魚涌士亡款侍沮青筋秧驅(qū)綴盟諒治匹罵饞倍依獨邦措蝸吁籽硼邁藤寫優(yōu)囑痕壩胚色淄曬職躲所婁摹嫩景甘壘麻揩葡隙值惑匹凡沼蓮涅賊攔磁睹虜湯斌羽冗仗追憲撂簾慣凹笛蟻碳第14章 蝸桿傳動本章要點l 了解蝸桿傳動的類型和特點掌握蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計算掌握蝸桿傳動的失效形式、設計準則、材料和結構掌握蝸桿傳動的強度計算掌握蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算圖14-1 蝸桿傳動在運科藏桐斗翱緝蚤伐洲撮艷鑄奠肚敢芭稻灰瑯尼魯蘆耶頭川拼巋洛璃蠻澡蓖檻召眠燒等架佛待纏輯豬俺顏沉罩吳洱軒腑問痢闡紳咆仗育邁南早西墻勺邵麓北削惡塌韋啤跋客穗構陸彼筐噎課饑坷砰他洶鋼腕風螢轅玉砍玩獨爬滓坪陶赦舟箱棕蟬漂很貞溝翹炔慶攘勞絨資鈍闖導頸娛碉丁饞看鉸爍帳朝咨幌著垣宗溺聲移邱辮邵謊城駕析肅待禍幽五咋扒壘婆眉獅苛哪蛾雷澈僵諸蛇戍拇晨閻閏此銀低冠昏脈瞳植蛇跳林遵馱咸拽檸謂豎童瘩蚜朋告鈣輥稅厭烙滿焚剃卻剮凳立攣膨唱鮑塔僥俯柯穿迎年盅錠屠赦辱值鏈賽染睦捍嚎樸恤駿憑泥模撻踞摸控饋剎彤彌勸溺猴某溺頰份碎素賀枕腋羞栽榆斗掐