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1、9.1 蝸桿傳動機構概述9.2 圓柱蝸桿傳動機構的基本參數和尺寸9.3 蝸桿傳動的設計,第九章 蝸桿傳動機構,一、特點,3、傳動比大，準確恒定，一般 i=580,2、重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低 （連續(xù)嚙合）,6、齒面間滑動速度大，發(fā)熱磨損大（需熱平衡計算）,5、可實現自鎖（效率低于40% ）,4、傳動效率低，z1=1 =0.70.75, z1=2 =0.750.82,7、技術數據: n1=4000 r/min; v1=69 m/s; P=1000kW; T2=700 kNm,1、傳遞空間交錯軸間運動與動力常用,9.1 蝸桿傳動機構概述,9.1 蝸桿傳動機構概述,9.1 蝸桿傳動機

2、構概述,二、類型,,,9.1 蝸桿傳動機構概述,齒型：軸垂面：阿基米德螺線 軸 面：直廓（ x1=20直齒條齒廓 ） 特點：加工方便，應用廣，不能磨削，精度低,加工：直刃車刀，切削刃過軸線,9.1 蝸桿傳動機構概述,加工：兩把梯形直刃刀加工，切削刃面與蝸桿基圓柱相切,齒形：軸垂面：漸開線， 軸剖面：凸齒廓 基圓柱切面:直齒廓,特點：可滾切、磨削，制造精度高,9.1 蝸桿傳動機構概述,加工：直刃車刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內,齒形：蝸桿：軸垂面：延伸漸開線， 軸剖面：凸齒廓 法 面：直廓（齒形角n=20 ）,特點：可車、指狀銑刀、盤銑刀加工，磨削困難,9.1 蝸桿傳動機構概

3、述,加工：直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內 齒形：蝸桿：軸垂面：近似阿基米德螺線 軸剖面：凸齒廓 齒法面：凸齒廓 特點：不能車，可銑、可磨獲得高精度，應用廣泛,9.1 蝸桿傳動機構概述,加工：凸圓弧車刀車削加工 齒形：蝸桿軸剖面：凹圓弧 蝸輪端面齒廓：凸圓弧 特點：高承載(普蝸50%)、高效90%、應用廣泛,9.1 蝸桿傳動機構概述,9.1 蝸桿傳動機構概述,一、主要參數與選擇,1、模數m和齒形角a,,,（1）中間平面： 過蝸桿軸線、 垂直蝸輪軸線的平面,（2）嚙合關系：齒條、齒輪嚙合 mx1= mt2 = m; ax1= at2=a ；2=1,(3)基準蝸桿齒形角：

4、阿基米德蝸桿（ZA）： ax1= 20 延伸漸開線蝸桿（ZN）：an1= 20 漸開線蝸桿（ZI）： an1= 20 法面與軸面齒形角的關系：,,中間平面,9.2圓柱蝸桿傳動機構的基本參數和尺寸,2、蝸桿的分度圓直徑d1,分析：蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同， 為了限制滾刀的數目，標準規(guī)定對應每一模數,僅有有限 數目的標準蝸桿分度圓直徑d1。,9.2圓柱蝸桿傳動機構的基本參數和尺寸,3、蝸桿的頭數z1、z2按傳動比與效率要求選定,,,,,選取原則： (1) i大，取z1小，（避免z2過大，蝸輪尺寸大） (2) 傳遞功率大，選大z1(避免發(fā)熱、功率損失) (3) z1=1、

5、2、4、6 (4) z2=2780（d2、m、z2 的關系）,z1小，機構緊湊、加工方便；效率較低；,z1大，效率越高，加工困難。 通常蝸桿頭數取為1、2、4、6。,9.2圓柱蝸桿傳動機構的基本參數和尺寸,4、主要尺寸,,,蝸輪 蝸桿,9.2圓柱蝸桿傳動機構的基本參數和尺寸,一、失效形式與設計準則,1、蝸桿剛度不足：蝸桿齒強度高，只計算軸強度、剛度,2、蝸輪膠合、點蝕、磨損（條件性設計）,閉式傳動：按接觸強度設計（降低許用應力考慮磨損、膠合） 校核彎曲強度,開式傳動：按彎曲強度設計,3、系統過熱：熱平衡計算,9.3 蝸桿傳動的設計,

6、二、常用材料,要求：強度足夠，良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力,蝸輪材料： 錫青銅:(ZCuSn10Pb1等)， 耐磨好，價格高，用于VS3 m/s 鋁青銅:(ZCuAl19Mn2等)，耐磨差，強度高，價格低VS<2 m/s 鑄 鐵：耐磨差，強度低，價格低，有自鎖要求傳動,蝸桿材料： 高速重載合金鋼 滲碳淬火(15Cr，20Cr，20CrMnTi)、硬度5862HRC 表面淬火(45，40Cr，40CrNi) 、硬度4550HRC 一般低速中載碳鋼(40，45)調質，硬度200300HBS,9.3 蝸桿傳動的設計,三、蝸桿的結構,蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當蝸桿螺

7、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。,9.3 蝸桿傳動的設計,四、蝸輪的結構,為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(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。常用蝸輪的結構形式如下：,9.3 蝸桿傳動的設計,五、輪齒受力分析,1、大小與相互關系,9.3 蝸桿傳動的設計,3、轉向判定,9.3 蝸桿傳動的設計,六、蝸輪齒面接觸強度計算 基于赫茲公式，鋼制蝸桿與青銅蝸輪或鑄鐵蝸輪配對時，蝸輪齒面接觸強度的校核公式為,9.3 蝸桿傳動的

8、設計,設計公式為,式中 K載荷系數，用于考慮工作情況、載荷集中和動載荷的影響，查表9-4； ZE材料系數，查表9-5； H蝸輪材料的許用接觸應力，單位為MPa。 由設計公式計算求得的m2d1值，查表9-1找到相應的m和d1值。,9.3 蝸桿傳動的設計,七、蝸輪齒根彎曲強度計算 校核公式和設計公式如下,式中：YF蝸輪齒形系數，按當量齒數,及蝸輪變位系數查圖9-9；,蝸輪許用彎曲應力，MPa，查表9-8,9.3 蝸桿傳動的設計,八、蝸桿的剛度計算 圓周力Ft1和徑向力Fr1引起的的撓度分別為,合成總撓度為,式中：E蝸桿材料的彈性模量，MPa。鋼制蝸桿E=2.06105 MPa；,l蝸桿支點跨距

9、，mm，初步計算時可取l=0.9d2； Y許用撓度，mm，Y=d1/1000。,I蝸桿危險截面的慣性矩,9.3 蝸桿傳動的設計,9.3 蝸桿傳動的設計,九、蝸桿傳動的效率 閉式蝸桿傳動的總效率包括三部分：輪齒嚙合效率1，軸承效率2以及浸入油中零件攪油損耗效率3，即 =123 其中23=0.950.96，當蝸桿主動時，1可近似按螺旋副效率計算，即,蝸桿傳動計算初期，估計傳動總效率時，可參照表9-9選取。,十、蝸桿傳動的熱平衡計算 由于蝸桿傳動效率低、發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內油溫升高、潤滑失效，導致輪齒磨損加劇，甚至出現膠合。因此對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動要進行熱平衡計算。 在閉式傳動

10、中，熱量系通過箱殼散逸，且要求箱體內的油溫t() 和周圍空氣溫度 t0() 之差不超過允許值,式中：t溫度差， t=t-t0;,,9.3 蝸桿傳動的設計,P1蝸桿傳遞功率，單位為 kW; t表面散熱系數，根據箱體周圍通風條件，一般取 t =1017W/(m2)； A散熱面積，單位為 m2 ，指箱體外壁與空氣接觸而內壁被油飛濺到的箱殼面積，對于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計算； t溫差允許值，一般為 6070。并應使油溫 t (=t0 +t) 小于 90 。 如果超過溫差允許值，可采用下述冷卻措施： 增加散熱面積 合理設計箱體結構，鑄出或焊上散熱片。,9.3 蝸桿傳動的設計,十一、蝸桿傳

11、動散熱措施,（1） 加散熱片以增大散熱面積,（2） 在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通,9.3 蝸桿傳動的設計,(3) 加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤滑冷卻,傳動箱內裝循環(huán)冷卻管路,傳動箱外裝循環(huán)冷卻器,9.3 蝸桿傳動的設計,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,十二、蝸桿傳動的潤滑,潤滑的主要目的在于減摩與散熱。,潤滑油,潤滑油的種類很多，需根據蝸桿、蝸輪配對材料和運轉條件選用。,,潤滑油粘度及給油方式,一般根據相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法包括：油池潤滑、噴油潤滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要對準蝸桿嚙入端，而且要控制一定的油壓。,9.3 蝸桿傳動的設計,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,

12、潤滑油量,潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產生過大的攪油損耗。,,對于下置蝸桿或側置蝸桿傳動，浸油深度應為蝸桿的一個齒高；當蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。,9.3 蝸桿傳動的設計,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,,9.3 蝸桿傳動的設計,例【9-1】設計一由電動機驅動的單級圓柱蝸桿減速器中的蝸桿傳動。電動機功率P1=4KW,轉速n1=960r/min，傳動比i=15.5，載荷平穩(wěn)，單向回轉。散熱面積A=0.9 m2 。,解：1.選擇材料并確定其許用應力 蝸桿用45鋼，表面淬火4550HRC；蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1，砂模鑄造。 查表9-6得H=200MPa； 查表

13、9-8得F=50 MPa。 2.選擇蝸桿頭數z1，確定蝸輪齒數z2，估計傳動效率 由i=15.5查表9-2，取z1=2，則z2=iz1=15.52=31； 由z1=2查表9-9，估計=0.8。 3.確定蝸輪轉矩T2,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,,9.3 蝸桿傳動的設計,,4.確定載荷系數K和材料系數ZE 查表9-4，取K=1.1； 查表9-5，取ZE=155.0。 5.按齒面接觸強度計算,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,9.3 蝸桿傳動的設計,查表9-1，取m=8mm，d1=80mm，q=10。 則 d2=831=248mm,導程角,6.校核彎曲強度 由當量齒數,查圖9-9得YF=2.53,彎曲強度足夠。,普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2,,9.3 蝸桿傳動的設計,7.熱平衡計算 通風良好，取Kt=16W/(m2）； 常溫情況下，t0=20，則,<,=6070,故熱平衡無問題。 8.其他幾何尺寸計算（略） 9.繪制蝸桿和蝸輪零件工作圖（略）,t = t0+,=20+55.6=75.6< 90,本章內容學習結束！ 謝謝！,