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1、蝸桿傳動,概述 普通圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)及幾何尺寸計算 普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算 圓弧圓柱蝸桿傳動設(shè)計計算 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 環(huán)面蝸桿傳動 蝸桿傳動的現(xiàn)狀及發(fā)展方向,1 概述,組成： 作用：傳遞空間交錯軸間的運動和動力，兩交錯軸間的夾角可為任意值，通常為900。,1.1 蝸桿傳動的特點 1傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊 i=680（傳遞動力），i可達到1500（只傳遞運動的分度 機構(gòu)）；傳動比大，零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊。 2傳動平穩(wěn)、無噪聲 蝸桿是連續(xù)的螺旋齒，逐漸進入嚙合和退出嚙合的，嚙合 的齒對多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3能實現(xiàn)反
2、行程自鎖 蝸桿作主動件，蝸桿帶動蝸輪。自鎖條件：蝸桿的導(dǎo)程角 小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角V。 4齒面上相對滑動速度大，因此摩擦大，發(fā)熱大，效率低。 當(dāng)蝸桿作主動件時，0.70.8；當(dāng)傳動具有自鎖性 時，0.4。,1.2 蝸桿傳動的類型 根據(jù)蝸桿形狀分為：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a ）圓柱蝸桿傳動 b）環(huán)面蝸桿傳動 c）錐蝸桿傳動,圓柱蝸桿傳動分為：普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動 1.普通圓柱蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿的齒面可在車床上用直線刀刃的車刀車制。根據(jù)車刀安裝位置的不同，可加工出不同的齒廓形狀。根據(jù)齒廓形狀，
3、普通圓柱蝸桿可分為： （1）阿基米德蝸桿（ZA蝸桿） （2）法向直廓蝸桿（ZN蝸桿） （3）漸開線蝸桿（ZI蝸桿） （4）錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿） 2.圓弧圓柱蝸桿傳動（ZC蝸桿） 圓弧圓柱蝸桿傳動與普通圓柱蝸桿傳動相似，只是齒廓形狀不同。,阿基米德蝸桿（ZA蝸桿） 軸面齒廓為直線,法向直廓蝸桿（ZN蝸桿） 法面齒廓為直線,漸開線蝸桿（ZI蝸桿） 端面齒廓為漸開線,錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）,,2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸計算,2.1 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇 中間平面：過蝸桿軸線且與蝸輪軸線相垂直的平面。 蝸桿傳動在
4、中間平面上相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動，故取中間平面上的參數(shù)（模數(shù)、壓力角等）和尺寸（齒根頂圓、分度圓等）為基準(zhǔn)，并采用齒輪傳動的計算關(guān)系。,蝸桿傳動的主要參數(shù)：m、、z1、z2、蝸桿的直徑d1等，進行蝸桿傳動設(shè)計時，首先要正確地選擇這些參數(shù)。 1m和 蝸桿傳動的正確嚙合條件：在中間平面上，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即 把中間平面上的模數(shù)和壓力角規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，則 阿基米德蝸桿的x（軸向壓力角為200），其余三種（法向直廓蝸桿、漸開線蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿）的法向壓力角n為標(biāo)準(zhǔn)值200。,,,,,,2蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2 蝸桿傳動的傳動比，i=n1/n2=z2/z1
5、 z1可根據(jù)傳動比和效率選定，單頭蝸桿可實現(xiàn)大傳動比，但低，易自鎖，多頭蝸桿可提高，但蝸桿頭數(shù)過多，又會給加工帶來困難。 z1：若傳動比大，且要求自鎖時，z1=1；若要求高，傳遞功率大，z1可取24，常用2或4。 蝸輪齒數(shù)z2=iz1 z2過小易產(chǎn)生根切，為避免根切和保證傳動平穩(wěn)，通常z228；z2過大，尺寸增加與之嚙合的蝸桿長度也隨之增加，致使蝸桿剛度不足，影響正常嚙合，z280。,3蝸桿的分度圓直徑d1和導(dǎo)程角 把d1與m的比值稱為蝸桿直徑系數(shù)q，即q=d1/m 蝸桿分度圓柱上的螺旋線升角稱為導(dǎo)程角 （px蝸桿軸向齒距）,4蝸桿的螺旋角1與蝸輪螺旋角2 在中間平面內(nèi)，
6、蝸桿傳動相當(dāng)于斜齒條和斜齒輪傳動，且1、2同向， 1+2=900 ，=2；斜齒輪：1=2，旋向相反。 5中心距 當(dāng)蝸桿的節(jié)圓和分度圓重合時為標(biāo)準(zhǔn)傳動，這時蝸桿與蝸輪間的中心距也為標(biāo)準(zhǔn)中心距a。,,,2.2 蝸桿傳動變位的特點 普通圓柱蝸桿傳動變位的主要目的是配湊中心距或傳動比，使之符合標(biāo)準(zhǔn)值或推薦值。為了保持刀具尺寸不變，不能改變蝸桿的尺寸，因而只能對蝸輪進行變位。 湊中心距時，蝸輪變位系數(shù)x2為 湊傳動比時，變位前、后的傳動中心距不變，即a=a，用改變蝸輪齒數(shù)z2來達到傳動比略作調(diào)整的目的。變位系數(shù)x2為,,,2.3 蝸桿傳動的幾何尺寸計算,,3 普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算,3.1 蝸
7、桿傳動的失效形式及常用材料 1、失效形式 失效形式：點蝕、齒根折斷、齒面膠合、磨損，無塑性變形。 閉式傳動：膠合、點蝕； 開式傳動：磨損、齒根折斷。 開式蝸桿傳動多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此，應(yīng)以保證輪齒彎曲疲勞強度進行計算。 閉式蝸桿傳動多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，按輪齒彎曲疲勞強度進行校核。另外，還應(yīng)作熱平衡計算。 蝸桿傳動為防止蝸桿軸變形過大而影響嚙合狀況，還須進行蝸桿軸剛度計算。,2、常用材料 材料的基本要求：足夠的強度、磨合和耐磨性。 蝸桿：碳鋼或合金鋼 高速重載：15Cr、20Cr并經(jīng)滲碳淬火，或40、45、40Cr并經(jīng) 淬火，以
8、提高表面硬度，增加耐磨性，要求淬火 后的硬度達到4055HRC，經(jīng)氮化后的硬度為 5562HRC。 低速中載：40、45，調(diào)質(zhì)，硬度220300HBS； 蝸輪：鑄造錫青銅ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5，用于vS12m/s的 重要傳動； 鑄造鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3，用于一般用途，vS10m/s; 灰鑄鐵HT150、HT200：用于vS<2m/s。,3.2 蝸桿傳動的受力分析,力的大小 力的方向 Fa1方向的確定：根據(jù)蝸桿的轉(zhuǎn)向及螺旋線方向按左（右）手定則確定。,,,,,,,,,圓柱蝸桿傳動,例：,,,,,,,,,,,,Fa1,Fa2,Fr2,Fr1,Ft
9、1,Ft2,n1,,3.3 蝸桿傳動強度計算,計算準(zhǔn)則： 防止點蝕和膠合：接觸疲勞強度準(zhǔn)則； 防止磨損和折斷：彎曲疲勞強度準(zhǔn)則。 計算對象：蝸輪 原因：蝸輪材料差（蝸桿常用碳鋼或合金鋼，并作淬 火處理，蝸輪常采用青銅，使其形成具有良好減 摩性的滑動摩擦副）； 中間平面內(nèi)，蝸桿齒形齒根強度高于蝸輪輪齒 的強度。 計算特點 閉式傳動：按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，然后校核齒根彎曲 疲勞強度，由于散熱較差，發(fā)熱大，為防止膠 合，還應(yīng)進行熱平衡計算； 開式傳動：按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計。,1、初選d1/a值 中心距a在蝸桿傳動中是最基本的尺寸，其大小決定了傳動的承載能力和
10、外廓尺寸。,2、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算 在中間平面內(nèi)，蝸桿傳動相當(dāng)于斜齒條與斜齒輪的嚙合傳動，因此蝸輪可當(dāng)作斜齒圓柱齒輪，把蝸桿傳動的參數(shù)帶入到赫茲公式，可得蝸輪齒面接觸疲勞強度的校核公式。 校核公式 式中 ZE彈性影響系數(shù)，對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對 時，取ZE=160MPa1/2；Z：接觸系數(shù)，考慮接觸線長 度L0和曲率半徑對接觸強度的影響；KA：使用系數(shù)， 同齒輪傳動。 設(shè)計公式,,,許用接觸應(yīng)力 式中 H lim：接觸疲勞極限，MPa；SH min：接觸疲勞強度的最 小安全系數(shù)，可取11.3； Zn轉(zhuǎn)速系數(shù)： Zh壽命系數(shù)； 其中：Lh為載荷不變時的壽命時數(shù)，
11、因壽命不宜過短，故規(guī)定 Zh一般應(yīng)小于1.6，Lh應(yīng)大于1 500h。只有在間歇、短時 運轉(zhuǎn)下工作的蝸桿傳動才允許Zh1.6，即Lh1 500h。,,,,,,注：設(shè)計計算時，求得中心距a需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 進而用下列公式求取蝸桿直徑d1、蝸桿頭數(shù)z1 和模數(shù)m d10.68a0.875 z1=(7+2.4a)/u，z2=uz1 m=(1.4-1.7)a/z2 d1和m均應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，z1和z2均應(yīng)為整數(shù)。利 用tan=z1m/d1的關(guān)系可以求出蝸桿導(dǎo)程角 。,3、蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算 計算特點：把蝸輪近似地當(dāng)做斜齒圓柱齒輪來考慮，只是應(yīng)將蝸桿傳動參數(shù)代入， 校核公
12、式 式中：F lim：齒根彎曲疲勞極限； SF min：彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)，可取為1.4； b2、d2：蝸輪寬度和蝸輪直徑； F：許用彎曲應(yīng)力。,,,,3.4 蝸桿的剛度計算,如果蝸桿變形過大，會影響蝸桿、蝸輪的正確嚙合，應(yīng)進行剛度校核。 計算特點：把蝸桿螺旋部分當(dāng)作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段： 式中：I，危險截面的慣性距，I=d41/64； l，蝸桿兩端支承間的跨距； ，許用最大撓度，=0.004m0.01m。,3.5 蝸桿傳動精度等級選擇與標(biāo)準(zhǔn)化狀況 （1）蝸桿傳動精度等級的選擇 蝸桿可以在車床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤銑刀或指形銑刀銑制。 蝸桿傳動規(guī)定
13、了12個精度等級，對于動力傳動，要按照6-9級精度制造。 （2）蝸桿傳動減速器的標(biāo)準(zhǔn)化狀況 標(biāo)準(zhǔn)化的蝸桿傳動減速器： 1）WD和WS型圓柱蝸桿減速器（JB/ZQ439086） 2）圓弧齒圓柱蝸桿減速器（JB 914788） 3)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器（ZB J 1902189）,WD 型圓柱蝸桿減速器,CWU 型圓弧齒圓柱蝸桿減速器,,（1）圓弧圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù) 模數(shù) m 有標(biāo)準(zhǔn)系列 齒形角0 砂輪軸截面齒形角0 =23 齒廓圓弧半徑 砂輪軸截面圓弧半徑=(5-6)m 變位系數(shù) x2 一般推薦 x2 = 0.5-1.5 （2）圓弧圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算 （3）圓弧圓柱蝸
14、桿傳動強度計算,4 圓弧圓柱蝸桿傳動設(shè)計計算,,5 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算,5.1 蝸桿傳動的效率 主要取決于計入嚙合摩擦損耗時的效率1，當(dāng)蝸桿作主動件時 式中：，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角； V，V=arctguV。 一般23=0.950.96。則 =123=(0.950.96) tan/tan(+V),蝸桿傳動的滑動速度 當(dāng)蝸桿傳動在節(jié)點處嚙合時，蝸桿的圓周速度為v1，蝸輪的圓周速度為v2，滑動速度vS為,,,,,,,,,v1,v2,vS,影響效率因素：、V 當(dāng)V一定，增大，可提高效率（tan=z1/q，z1， ，但z1不宜太多，上升緩慢，270以后，增 加緩慢，當(dāng)
15、450時，下降）。 當(dāng)一定時，V， 當(dāng)vS越大時，V越小，但只有在潤滑條件良好的情況 下，才能采取增大vS，降低V以提高的措施。 注：當(dāng)蝸桿傳動處于多級傳動中時，為了提高，往往將其放在高速級，甚至把蝸桿與電動機直接連接，目的是為了提高vS，從而提高傳動效率。 但在設(shè)計之初，為了計算T2，值可作如下估取 （T2=T1i） z1=1，=0.70； z1=2，=0.8； z1=4，=0.9。,5.2 蝸桿傳動的潤滑 蝸桿的圓周速度 v110 m/s時，可采用浸油潤滑 下置蝸桿:一般浸油深度為蝸桿的一個齒高；但 油面又不應(yīng)超過滾動軸承最低滾動體的 中心。 上置蝸桿:
16、不得已才采用；浸油深度可為蝸輪半徑 的1/6-1/3。 v110 m/s時，就必須采用壓力噴油潤滑 噴油嘴宜放在嚙出側(cè)；蝸桿正反轉(zhuǎn)時，兩邊都要 裝噴油嘴，而且要控制一定的油壓。,5.3 蝸桿傳動的熱平衡計算 1目的：對于閉式傳動，若散熱性能不好，必須進行熱平衡 計算，為防止膠合或急劇磨損。 2理論依據(jù) 熱平衡條件：單位時間內(nèi)蝸桿傳動所產(chǎn)生的熱量1同一時間內(nèi)箱體的散熱量2。 式中Kt箱體表面的傳熱系數(shù)， Kt =（8.717.5）W/(m2.0C)； A內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣 冷卻的箱體表面面積；t1油的工作溫度；t0周圍空氣溫 度，可取200。tp：
17、油的許用工作溫度（） =600_700C， 最高900C。,,,3如果t1tp可采取下列冷卻措施 1）加散熱片以增大散熱面積； 2）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣的流通； 3）在傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。 4）采用壓力噴油潤滑冷卻。,,6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計,蝸桿螺旋部分的直徑不大，常和軸做成整體，a）結(jié)構(gòu)無退刀槽用銑制方法加工螺旋部分，b）結(jié)構(gòu)有退刀槽可用車制、銑制方法加工螺旋部分。,蝸輪結(jié)構(gòu)： 1）齒圈式： 2）螺栓聯(lián)接式： 3）整體澆鑄式： 4）拼鑄式：,,7 環(huán)面蝸桿傳動,7.1 直廓環(huán)面蝸桿傳動(TSL型) 7.2 平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動 7.3 錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動,,8 蝸桿傳動的現(xiàn)狀及發(fā)展方向,8.1 蝸桿傳動的現(xiàn)狀 8.2 改善蝸桿傳動質(zhì)量的途徑與措施,
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