6、7蝸輪傳動

1、蝸桿傳動,? 蝸桿傳動的類型和特點(diǎn),? 失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu),? 基本參數(shù)和幾何尺寸計算,? 蝸桿傳動受力分析和效率計算,? 蝸桿傳動的強(qiáng)度計算,? 蝸桿傳動的熱平衡計算,蝸桿傳動,本章的學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握蝸桿傳動的類型、特點(diǎn)和適用場合；掌握蝸桿傳動的幾何參數(shù)的計算及選擇方法；蝸桿傳動的失效形式、材料選擇；學(xué)會進(jìn)行蝸桿傳動的力分析及其強(qiáng)度、剛度計算,蝸桿傳動有什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？蝸輪蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)值是什么？如何對蝸輪蝸桿進(jìn)行受力分析和效

2、率計算？如何進(jìn)行蝸桿傳動的強(qiáng)度計算？分析蝸桿直徑系數(shù)q 、蝸桿頭數(shù)z1 、導(dǎo)程角γ等對蝸桿傳動性能的影響。,§1 類型和特點(diǎn),一、特點(diǎn)和應(yīng)用,外形類似： 螺旋與斜齒輪的傳動,從中間平面剖開： 齒輪與齒條的傳動,第七章,1、應(yīng)用,由于 i 大，可用于機(jī)床分度機(jī)構(gòu)、儀器儀表中。,2、特點(diǎn),1）工作平穩(wěn)：兼有斜齒輪與螺旋傳動的優(yōu)點(diǎn)。,2）i大,蝸桿——1、2、4、6,傳遞動力時：i=8~100（常用15~50）

3、傳遞運(yùn)動時：i=幾百~上千（單頭，η↓）,用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 一般：空間垂直,為什么？,優(yōu)點(diǎn)：,齒輪——z2>17,第七章,3）結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音小。,4）自鎖性能好(用于提升機(jī)構(gòu)) 。,缺點(diǎn)：,1）制造成本高，加工困難。,,2）滑動速度vs大。,3）η低。,4）蝸輪需用貴重的減摩材料。,第七章,1、按蝸桿形狀分,圓柱蝸桿,環(huán)面蝸桿,錐蝸桿,二、分類,第七章,中間平面：齒條與漸開線 齒輪嚙合,

4、端面：阿基米德螺旋線,ZI型:漸開線蝸桿 端面：漸開線,較精密傳動,ZN型:法向直廓蝸桿,圓柱蝸桿,第七章,錐蝸桿：嚙合齒數(shù)多，ε↑，平穩(wěn)↑，承載↑。,環(huán)面蝸桿：接觸齒對數(shù)↑，承載↑（1.5~4）倍， η高，但制造安裝要求高。,2、按蝸桿頭數(shù)分,多頭蝸桿：相反,3、按旋向分,右旋,一般采用右旋,第七章,三、精度等級,12個等級：,測量分度：5級或以上,§2 失效形式、材料選擇和結(jié)構(gòu),一、失效

5、形式,與齒輪傳動類似：點(diǎn)蝕、膠合、磨損、折斷,∵vs↑→η↓、發(fā)熱↑ →主要為：膠合、磨損、點(diǎn)蝕,蝸輪強(qiáng)度較弱，失效主要發(fā)生在蝸輪上。,第七章,二、材料,vs↑,1、蝸輪——指齒冠部分材料：減摩材料,鑄鋁青銅：vs≤10m/s，抗膠合能力差,鑄鋁黃銅：抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng),耐磨性差,用于vs小場合,HT、QT：vs≤2m/s,大直徑蝸輪：鑄鐵（蝸桿用青銅）,2、蝸桿,碳鋼,合金鋼,硬面蝸桿：首選 淬火→磨削,調(diào)質(zhì)蝸桿：缺少磨削設(shè)備時選用。,第七

6、章,2、蝸輪,齒冠：用貴重耐磨金屬(青銅),輪心：鑄鐵或鑄鋼,鑄造（澆鑄）,過盈,螺栓（鉸制孔）,三、結(jié)構(gòu),1、蝸桿：與軸一體。車制、銑制。,第七章,§3 圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)和幾何尺寸計算,一、基本齒廓,中間平面上基本齒廓和漸開線齒輪基本齒廓基本相同。,二、模數(shù)m,正確嚙合條件：,,—標(biāo)準(zhǔn)值(與齒輪不同,表5.1),——蝸桿導(dǎo)程角,三、齒形角,刀具基準(zhǔn)齒形的齒形角：,阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿：軸向齒形角,法向直廓蝸桿：

7、法向齒形角,第七章,四、蝸桿分度圓直徑d1,↓刀具數(shù)量,,加工蝸輪時滾刀的尺寸與與之嚙合的蝸桿尺寸相同，但m一定時，由于z1和γ的變化，d1是變化的，即需要配備很多加工蝸輪的滾刀。,第七章,五、蝸桿直徑系數(shù)q,d1、m——為標(biāo)準(zhǔn)值,∴q為導(dǎo)出值,不一定為整數(shù)。,六、蝸桿導(dǎo)程角γ,γ↓→η↓,γ↑↑→制造困難,m一定時，q↑——d1↑——蝸桿剛度↑,q↑——γ↓——η↓，自鎖性↑,∴ 小m蝸桿→選用大q，保證強(qiáng)度和剛度→適于小P

8、大m蝸桿→選用小q，保證效率→適于大P,第七章,傳遞動力時:頭數(shù)z1↑—γ↑—η↑,∴ 采用多頭蝸桿,傳遞運(yùn)動時:保證自鎖(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用單頭蝸桿,七、z1、z2,蝸桿頭數(shù)z1：蝸桿上螺旋線的數(shù)目。z1=1、2、4、6等,z1↑↑——加工困難,傳遞動力：,（↑傳動平穩(wěn)性，避免根切）,(z2↑—d2↑—蝸桿軸長↑—剛度↓),∴ 一般取z2=32~80,z1~z2：互質(zhì)→均勻磨損,八、i、u,蝸桿主動時:,第七章,九、中心距a

9、,（d1按p156、表7-1系列值選取,d2與i有關(guān)）,十、變位系數(shù),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(shí)現(xiàn)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。,第七章,第七章,3、變位類型,1）齒數(shù)不變，湊a,第七章,2）a不變，齒數(shù)變化，湊i,,例：已知一蝸桿傳動，Z1=1，Z2=41，i=41，m=10，d1=90mm，a=

10、250mm，要求傳動比改為40，求變位系數(shù)。,解：i=40，Z1=1，所以 Z2’=40,第七章,十一、幾何尺寸計算（P160，表7-4）十二、標(biāo)記例：蝸桿的類型ZN，m=10mm，d1=90mm，z1=2，?a=15º，右旋，Z2=81。蝸桿：ZN10×90R2×15º蝸輪：ZN10×81×15º蝸桿傳動： ZN10×90R2×15&

11、#186; /81,第七章,§4 受力分析與效率計算,一、受力分析,,圓周力：,軸向力：,(蝸桿主動),——嚙合效率,忽略Ff,徑向力：,第七章,方向判定：,1）蝸輪轉(zhuǎn)向,已知：n1、旋向→n2,左、右手定則：四指n1、拇指反向：嚙合點(diǎn)v2→n2,2）各分力方向,Fr：指向各自輪心,蝸桿與n1反向,蝸輪與n2同向,蝸桿：左、右手定則,蝸輪：,3）旋向判定,∵,第七章,練習(xí)：,已知：蝸桿軸Ⅰ為輸入，大錐齒輪軸Ⅱ?yàn)檩敵?，軸Ⅲ轉(zhuǎn)

12、向如圖。試：確定各輪轉(zhuǎn)向、旋向及受力。,1. n4→ n3 → n2 → Ft2 → Fa1,2. Fa3 → Fa2 → Ft1 →n1,第七章,二、傳動效率,與齒輪類似：,1、嚙合η1：近似按螺旋副計算,（蝸輪主動）,?v——當(dāng)量摩擦角，與vs有關(guān)。,說明：1）vs↑→μv↓→ ? v↓ 油膜易形成→η1↑,2）γ為影響η1的主要因素：γ↑→η1↑,此后，γ↑→η1↓,（p163 表7-6）,第七章,,第七章,一般取,γ大時，

13、加工困難,2、η2攪油效率：,3、η3軸承效率：,§5 蝸桿傳動的強(qiáng)度計算,∵蝸輪齒強(qiáng)度低于蝸桿齒,一、接觸強(qiáng)度計算,,設(shè)計式,第七章,參數(shù)說明：,1）T2——蝸輪轉(zhuǎn)矩,N ·mm,2）K——使用系數(shù),表7-7（同齒輪傳動）,3）ZE——彈性系數(shù), P164,4）Zρ——接觸系數(shù), P164圖7-13考慮齒面曲率和接觸線長度影響,,,（蝸桿主動）,第七章,設(shè)計時：,,第七章,三、彎曲強(qiáng)度計算,難于精算,四、蝸桿軸

14、的剛度計算,第七章,YFa2—蝸輪齒形系數(shù)，由當(dāng)量齒數(shù),和變位系數(shù)x2查圖7-14取得。,Yβ=1-?/120º--螺旋角影響系數(shù),計算出,以后查表7-3選出有關(guān)參數(shù),,設(shè)計公式,校核公式,-,-,,,-,-,,§6 蝸桿的熱平衡計算,由于η↓——發(fā)熱大,即：發(fā)熱量Φ1 = 散熱量Φ 2,,冷卻散去的熱量：,則：,,第七章,若t1太高，可采取如下措施：,2、蝸桿軸端裝風(fēng)扇,1、加散熱片,3、加大箱體尺寸,4

15、、油池內(nèi)安裝蛇形冷卻水管,第七章,,,,,,,,蝸桿傳動的設(shè)計步驟,步驟1：根據(jù)工作情況及具體條件確定蝸桿傳動的類型，選 定材料、熱處理方式和齒面硬度。,步驟2：根據(jù)功率的大小和工作的性質(zhì)選擇蝸桿的頭數(shù)，計 算蝸輪的齒數(shù)。,步驟3：根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度對蝸輪進(jìn)行初步設(shè)計。,步驟4：初選載荷系數(shù)K；估取效率?，計算蝸輪轉(zhuǎn)矩T2,步驟5：根據(jù)預(yù)期壽命，計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2，并根據(jù)循

16、環(huán) 次數(shù)，查表確定蝸輪的許用應(yīng)力[σH]和彈性影響 系數(shù)ZE,,,,,,步驟6：將各參數(shù)代人蝸輪的接觸疲勞設(shè)計公式中，得到 m2d，然后查表得到中心距a，蝸輪齒數(shù)z2，蝸輪變 位系數(shù)x2，導(dǎo)程角?，直徑系數(shù)q等。,步驟7：修正和驗(yàn)算計算結(jié)果，主要是傳動比i、效率?和蝸 輪的圓周速度v2，以驗(yàn)證T2和動載系數(shù)等，若有必

17、 要，需將各參數(shù)重新代入接觸疲勞計算公式進(jìn)行計算。,步驟8：按蝸輪彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。,步驟9：按蝸桿的剛度進(jìn)行校核,,,,,,,,,步驟10：按蝸桿傳動的熱平衡計算校核,步驟11：蝸輪蝸桿幾何尺寸的計算。,步驟12：繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制蝸輪蝸桿的零件圖。,例1 圖所示為斜齒輪—蝸桿減速器，小齒輪由電動機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)向如圖。已知：蝸輪右旋；電動機(jī)功率P＝4kw，轉(zhuǎn)速n＝1450r／min；齒輪傳動的傳動比i1＝2；

18、蝸桿傳動效率?=0.86，傳動比i2=18，蝸桿頭數(shù)z3＝2，模數(shù)m＝10mm、分度圓直徑d3＝80mm、壓力角?＝20º，齒輪傳動效率損失不計。試完成以下工作： 1)使中間軸上所受軸向力部分抵消，確定各輪的旋向和回轉(zhuǎn)方向。 2)求蝸桿在嚙合點(diǎn)的各分力的大小，并在圖中畫出力的方向。解 1)各輪的旋向、回轉(zhuǎn)方向以及蝸桿在嚙合點(diǎn)的各分力方向如右圖所示。,第七章,第七章,布置預(yù)習(xí)內(nèi)容,二級項(xiàng)目的支撐件的設(shè)計計算--