1、第十一章 蝸桿傳動11-1 蝸桿傳動概述11-2 蝸桿傳動的類型11-3 普通蝸桿傳動的參數與尺寸11-4 普通蝸桿傳動的承載能力計算11-5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡11-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計蝸桿傳動概述蝸桿傳動是一種在空間交錯軸間傳遞運動的機構。蝸桿傳動概述蝸桿傳動的主要特點有：1傳動比大，一般為i=580，大的可達300以上；2重合度大，傳動平穩，噪聲低；4摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式；5傳動效率低，具有自鎖性時，效率通常低于50%。由于上述特點，蝸桿傳動主要用于運動傳遞，而在動力傳輸中的應用受到限制。隨著加工工藝技術的發展和新型蝸桿傳動技術的不斷出現，蝸桿傳動

2、的優點得到進一步的發揚，而其缺點得到較好地克服。因此蝸桿傳動已普遍應用于各類運動與動力傳動裝置中。（虛擬現實中的蝸桿傳動） 3當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動具有自鎖性。其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。阿基米德蝸桿漸開線蝸桿（可磨） (ZA) （ZI） 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿（ZN） ZK（易磨）蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動環面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動 （ZC)其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉曲面，這

3、種蝸桿同時嚙合齒數多，傳動平穩；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；但需要較高的制造和安裝精度同時嚙合齒數多，重合度大；傳動比范圍大(10360)；承載能力和效率較高；可節約有色金屬。蝸輪在滾齒機上用滾刀加工 普通蝸桿傳動的參數與尺寸1普通蝸桿傳動的參數與尺寸一、模數m和壓力角a蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸面模數、壓力角應與蝸輪的端面模數、壓力角相等，即ma1= mt2 = m aa1= at2二、蝸桿的分度圓直徑d1由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數目，國家標準對每一標準模數規定了一定數目的標準蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數m的比值(q= d1/m)稱為蝸

4、桿的直徑系數。詳細內容 ZA蝸桿的軸向壓力角a=20，其余三種蝸桿的法向壓力角n=20，tana=tann/cos。 為導程角三、蝸桿的頭數三、蝸桿的頭數Z1較少的蝸桿頭數（如：單頭蝸桿）可以實現較少的蝸桿頭數（如：單頭蝸桿）可以實現較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數越多，較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數過多時不易加工。通傳動效率越高，但蝸桿頭數過多時不易加工。通常蝸桿頭數取為常蝸桿頭數取為1、2、4、6。 (蝸桿頭數與傳動效率關系蝸桿頭數與傳動效率關系)普通蝸桿傳動的參數與尺寸普通蝸桿傳動的參數與尺寸2普通蝸桿傳動的參數與尺寸四、導程角g1111tan

5、zmz mddg在m和d1為標準值時，z1g五、傳動比 i六、蝸輪齒數z21221zznni蝸輪齒數主要取決于傳動比，即z2= i z1 。 z2不宜太小（如z226)，否則將使傳動平穩性變差。 z2也不宜太大，否則在模數一定時，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。 （Z1與Z2的薦用值表）七、中心距mzqdda)(21)(21221正確嚙合時，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且g1b212ddd1(分度圓周長)gmz1m蝸桿傳動變位的特點蝸桿傳動變位的特點 為了配湊中心距或提高蝸桿傳動的承載能力及傳動效率，常為了配湊中心距或提高蝸桿傳動的承載能力及傳動效率，常采用變位

6、蝸桿傳動。變位方法也是在切削時，利用刀具相對采用變位蝸桿傳動。變位方法也是在切削時，利用刀具相對于蝸輪毛坯的徑向位移來實現變位。為了保持刀具尺寸不變。于蝸輪毛坯的徑向位移來實現變位。為了保持刀具尺寸不變。蝸桿尺寸是不能變動的，因而只能對蝸輪進行變位。變位后，蝸桿尺寸是不能變動的，因而只能對蝸輪進行變位。變位后，蝸輪的分度圓和節圓仍舊重合，只是蝸桿在中間平面上的節蝸輪的分度圓和節圓仍舊重合，只是蝸桿在中間平面上的節線有所改變，不再與其分度線重合。線有所改變，不再與其分度線重合。普通蝸桿傳動的參數與尺寸普通蝸桿傳動的參數與尺寸普通蝸桿傳動的參數與尺寸注意裝配順序普通蝸桿傳動的承載能力計算1普通蝸桿

7、傳動的承載能力計算一、蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的主要問題是摩擦磨損嚴重，這是設計中要解決的主要問題。蝸輪磨損、系統過熱、蝸桿剛度不足是主要的失效形式。二、蝸桿傳動的常用材料三、蝸桿傳動的設計準則蝸桿的剛度計算 防止蝸桿剛度不足引起的失效。蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算防止齒面過度磨損引起的失效。傳動系統的熱平衡計算 防止過熱引起的失效。 為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。 高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。 低速中輕載的蝸桿可用45鋼調質。 蝸輪常用材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。 普通蝸桿傳動的承

8、載能力計算2普通蝸桿傳動的承載能力計算四、蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相同，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。蝸桿傳動受力方向判斷 11a2t12dTFF22t2a12dTFFatant2r2r1FFFgacoscos2n22ndTF在不計摩擦力時，有以下關系：五、蝸桿傳動強度計算1.蝸輪齒面接觸疲勞強度的計算普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇 GBT100891988對蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動規定了對蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動規定了12個個精度等級；精度等級；I級精度最高，依次降低。蝸桿、

9、蝸輪和蝸桿傳級精度最高，依次降低。蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動的公差分成三個公差組。動的公差分成三個公差組。 普通圓柱蝸桿傳動的精度一般以普通圓柱蝸桿傳動的精度一般以69級應用得最多。級應用得最多。6級級精度的傳動可用于中等精度機床的分度機構、發動機調節系精度的傳動可用于中等精度機床的分度機構、發動機調節系統的傳動以及武器讀數裝置的精密傳動，它允許的蝸輪圓周統的傳動以及武器讀數裝置的精密傳動，它允許的蝸輪圓周速度速度v25ms。7級精度常用于運輸和一般工業中的中等級精度常用于運輸和一般工業中的中等速度速度(v275ms)的動力傳動。的動力傳動。8級精度常用于每晝夜級精度常用于每晝夜只有短時工作的次要的

10、低速只有短時工作的次要的低速(v2 3ms：)傳動傳動。普通蝸桿傳動的承載能力計算普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡1普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡一、蝸桿傳動的效率h1計及嚙合摩擦損耗的效率；321hhhhh2計及軸承摩擦損耗的效率；h3計及濺油損耗的效率；h1是對總效率影響最大的因素，可由1vtantan()ghg11tandmzg因為所以 z1gh效率與蝸桿頭數的大致關系為：蝸桿頭數總 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95式中：g蝸桿的導程角；v當量摩擦角。根據滑動速度Vs查表 Vs=V1/cos=d1n1/(601000cos)普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2普通蝸桿傳動的效率

11、、潤滑與熱平衡二、蝸桿傳動的潤滑潤滑的主要目的在于減摩與散熱。具體潤滑方法與齒輪傳動的潤滑相近。 潤滑油 潤滑油粘度及給油方式 潤滑油量潤滑油的種類很多，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。詳細介紹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。 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡3普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡三、蝸桿傳動的熱平衡由于傳動

12、效率較低，對于長期運轉的蝸桿傳動，會產生較大的熱量。如果產生的熱量不能及時散去，則系統的熱平衡溫度將過高，就會破壞潤滑狀態，從而導致系統進一步惡化。系統因摩擦功耗產生的熱量為：)1 (10001hP自然冷卻從箱壁散去的熱量為：2doa()S tta在熱平衡條件下可得：oad1000 (1)PttShadoa1000 (1)()PSttha可用于系統熱平衡驗算，一般to7080 可用于結構設計式中：ad箱體表面的散熱系數，可取ad (8.1517.45)W/(m2)；S 箱體的可散熱面積(m2)；t0 潤滑油的工作溫度()；ta 環境溫度()。 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡4普通蝸桿傳動的效率

13、、潤滑與熱平衡四、蝸桿傳動的散熱措施當自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：1. 加散熱片以增大散熱面積或在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通。散熱片濺油輪風扇過濾網集氣罩空氣流空氣流 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡5普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡2. 加冷卻管路或散熱器冷卻。通水油泵過濾器冷卻器傳動箱內裝循環冷卻管路傳動箱外裝循環冷卻器 圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計1圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計一、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，

14、但該結構的剛度 較前一種差。 圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計2圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計二、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：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯接式蝸輪 工作圖本章要點蝸桿傳動的尺寸參數蝸桿傳動的失效形式和設計準則蝸桿傳動中力的分析思考題：蝸桿傳動設計中為何特別重視發熱問題？常用的散熱措施有哪些？在蝸桿傳動中，引進特性系數q的目的是 。蝸桿的直徑系數是 。對閉式蝸桿進行熱平衡計算，其主要目的是為了防止溫升過高導致_。 蝸輪材料機械性能下降 潤滑油變質 蝸桿熱變形過

15、大 潤滑條件惡化 蝸桿傳動的主要失效形式是什么？它對材料的選擇有何影響？蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合、疲勞點蝕、磨損和輪齒折斷。由于蝸桿傳動中嚙合面間的相對滑動速度大，易產生較大摩擦，故選擇有減磨、耐磨性好、易于跑和的材料配對。由于蝸桿的結構剛度較差，可選用碳鋼或者合金鋼，蝸輪可采用青銅等,為降低成本、輪芯可采用鑄鐵、鑄鋼等材料一重物勻速升降裝置采用如圖一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機所示的電機+圓柱蝸桿傳動系統，已圓柱蝸桿傳動系統，已知蝸桿傳動的模數知蝸桿傳動的模數m =8mm，蝸桿頭數及分度圓直徑分別為，蝸桿頭數及分度圓直徑分別為z1=1、d1=80mm，蝸輪齒數，蝸輪齒數z2=50，卷筒直徑，卷筒直徑D=250mm。重物勻速升。重物勻速升降的速度降的速度v=40m/min，最大載重量，最大載重量W為為4kN，工況系數，工況系數KA按按1.0計，計，試分析、計算提升重物時的下列問題：試分析、計算提升重物時的下列問題：1）該裝置以）該裝置以40m/min的速