1、第第8 8章章 蝸桿傳動蝸桿傳動8.1 8.1 蝸桿傳動的類型、特點、參數和尺寸蝸桿傳動的類型、特點、參數和尺寸8.2 8.2 蝸桿傳動的失效形式、設計準則和常用材料蝸桿傳動的失效形式、設計準則和常用材料8.3 8.3 蝸桿傳動受力分析及強度計算蝸桿傳動受力分析及強度計算 8.4 8.4 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算8.5 8.5 蝸桿和蝸輪的結構蝸桿和蝸輪的結構8.6 8.6 蝸桿傳動的安裝與維護蝸桿傳動的安裝與維護 本章知識導讀本章知識導讀 1. 1.主要內容主要內容 本章主要介紹普通圓柱蝸桿傳動的主要參數、幾何尺寸計算、強度計算以及熱平衡計算。 2.2

2、.重點、難點提示重點、難點提示 蝸桿傳動的主要參數、受力分析及強度計算。 8.1 8.1 蝸桿傳動的類型、特點、參數和尺寸蝸桿傳動的類型、特點、參數和尺寸蝸桿傳動蝸桿傳動 蝸桿傳動由蝸桿、蝸輪組成。 用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動和動力，通常兩軸交錯角為90。一般用作減速傳動，廣泛應用于各種機械設備和儀表中。 8.1.1 8.1.1 蝸桿傳動的類型和特點蝸桿傳動的類型和特點 按蝸桿的形狀不同，蝸桿傳動可分為圓柱蝸桿傳動按蝸桿的形狀不同，蝸桿傳動可分為圓柱蝸桿傳動(a)(a)所示、圓弧面蝸桿傳動所示、圓弧面蝸桿傳動(b)(b)所示和錐面蝸桿傳動所示和錐面蝸桿傳動(c)(c)所所示。示。 蝸桿傳動

3、的類型蝸桿傳動的類型 圓柱蝸桿傳動 圓弧面蝸桿傳動錐面蝸桿傳動阿基米德蝸桿（阿基米德蝸桿（ZAZA蝸桿蝸桿） 圓柱蝸桿按其齒廓曲線形狀的不同，又可分為阿基米德蝸桿(ZA型)、漸開線蝸桿(ZI型)、法面直廓蝸桿(ZN型)等幾種。 阿基米德蝸桿，其端面齒廓為阿基米德螺旋線，軸向齒廓為直線。它一般在車床上用成型車刀切制。 按螺旋方向不同，蝸桿可分為左旋和右旋。 8.1.1 8.1.1 蝸桿傳動的類型和特點蝸桿傳動的類型和特點 蝸桿傳動特點蝸桿傳動特點 (1)傳動比大，結構緊湊。單級蝸桿傳動比i=580，若只傳遞運動(如分度機構)，其傳動比可達1000。 (2)傳動平穩，噪聲小。由于蝸桿齒呈連續的螺旋

4、狀，它與蝸輪齒的嚙合是連續不斷地進行的，同時嚙合的齒數較多，故傳動平穩，噪聲小。 (3)可制成具有自鎖性的蝸桿。當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性。 (4)傳動效率低。因蝸桿傳動齒面間存在較大的相對滑動，摩擦損耗大，效率較低。一般為0.70.8，具有自鎖性的蝸桿傳動，效率小于0.5。 (5)蝸輪的造價較高。為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸輪一般要采用價格較貴的有色金屬制造，因此造價較高。蝸桿傳動特點蝸桿傳動特點 8.1.2 8.1.2 蝸桿傳動的基本參數和尺寸蝸桿傳動的基本參數和尺寸 通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的剖面稱為中間平面。 該平面為蝸桿的軸面或為蝸輪的端面

5、。 在中間平面內蝸桿與蝸輪的嚙合相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。因此，該平面內的參數為標準值。 阿基米德蝸桿傳動阿基米德蝸桿傳動 (1)蝸桿頭數z1、蝸輪齒數z2和傳動比i 蝸桿頭數z1(齒數)即為蝸桿螺旋線的數目z1少，效率低，但易得到大的傳動比,z1多，效率提高，但加工精度難以保證。 一般取z1=14。當傳動比大于40或要求蝸桿具有自鎖性時，取z1=1。1.1.蝸桿傳動的主要參數及其選擇蝸桿傳動的主要參數及其選擇 蝸輪齒數z2由傳動比和蝸桿的頭數決定。齒數越多，蝸輪的尺寸越大，蝸桿軸也相應增長而剛度減小，影響嚙合精度。故蝸輪齒數不宜多于100。但為避免蝸輪根切，保證傳動平穩，蝸輪齒數z2應不

6、少于28。一般取z2=2880。 蝸輪齒數蝸輪齒數z z2 當蝸桿轉過一周時，蝸輪將轉過z1個齒， 故傳動比為i=n1 /n2。n1、n2分別為蝸桿、蝸輪的轉速，單位r/min。 傳動比傳動比1.1.蝸桿傳動的主要參數及其選擇蝸桿傳動的主要參數及其選擇 蝸桿傳動也是以模數作為主要計算參數的。 由于在中間平面內，蝸桿傳動相當于齒輪與齒條的嚙合傳動，所以蝸桿的軸面模數ma1和軸面壓力角a1分別與蝸輪的端面模數mt2和端面壓力角t2相等，且為標準值。 (2)模數m和壓力角1.1.蝸桿傳動的主要參數及其選擇蝸桿傳動的主要參數及其選擇 蝸桿的輪齒成螺旋線形狀繞于分度圓柱上，將蝸桿分度圓柱展開，其螺旋線與

7、端面的夾角稱為蝸桿的導程角。由圖可知，蝸桿螺旋線的導程為（3）蝸桿的導程角1.1.蝸桿傳動的主要參數及其選擇蝸桿傳動的主要參數及其選擇 根據嚙合傳動原理，軸交角為90的蝸桿傳動正確嚙合條件為為蝸輪的螺旋角，其旋向與相同 1.1.蝸桿傳動的主要參數及其選擇蝸桿傳動的主要參數及其選擇 在切制蝸輪輪齒時，所用滾刀的直徑和齒形參數必須與該蝸輪相嚙合的蝸桿一致。 而蝸桿分度圓直徑d1不僅與模數有關，還隨z1/ tan的數值而變化。即使m相同，也會有許多不同直徑的蝸桿。 為了限制滾刀的數目以及便于滾刀的標準化，對于每一種模數的蝸桿，國家標準制定了蝸桿分度圓直徑d1的標準值，并把d1 與m的比值稱為蝸桿直徑

8、系數q，即 q=d1/m(4)蝸桿分度圓直徑d1和直徑系數q則有2.2.蝸桿傳動的幾何尺寸計算蝸桿傳動的幾何尺寸計算 8.2 8.2 蝸桿傳動的失效形式、設計準則和蝸桿傳動的失效形式、設計準則和 常用材料常用材料 蝸桿傳動的設計準則是蝸桿傳動的設計準則是: :對閉式蝸桿傳動，一般按齒面接觸疲勞強度設計，必要時進行齒根彎曲疲勞強度校核。此外，還應做熱平衡核算，限制工作溫度。 對開式蝸桿傳動，通常以保證齒根彎曲疲勞強度作為主要設計準則。當蝸桿直徑較小而跨距較大時，還應作蝸桿軸的剛度驗算。8.2.1 8.2.1 蝸桿傳動的失效形式和設計準則蝸桿傳動的失效形式和設計準則 8.2.2 8.2.2 蝸桿傳

9、動的常用材料及選擇蝸桿傳動的常用材料及選擇 蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制成。 高速重載蝸桿常用低碳合金鋼，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，經滲碳淬火，表面硬度5662HRC。 中速中載蝸桿可用優質碳素鋼或合金結構鋼，如45、40Cr等。經表面淬火，表面硬度4055HRC。 低速或不重要的傳動，蝸桿可用45鋼經調質處理，表面硬度小于270HBS。 蝸桿常用材料蝸桿常用材料 蝸輪常用材料為青銅和鑄鐵。錫青銅耐磨性能及抗膠合性能較好，但價格較貴，常用的有ZCuSn10Pb(鑄錫磷青銅)、CuSn5Pb5Zn5(鑄錫鋅鉛青銅)等，用于滑動速度較高的場合。 鋁鐵青銅的力學性能較好，但抗膠合性略差。

10、常用的有ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（鑄鋁鐵鎳青銅）等，用于滑動速度較低的場合。 灰鑄鐵只用于滑動速度vs2m./s的傳動中。 蝸輪常用材料蝸輪常用材料8.3 8.3 蝸桿傳動受力分析及強度計算蝸桿傳動受力分析及強度計算 8.3.1 8.3.1 蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析 由于蝸桿與蝸輪軸交錯90角，根據作用力與反作用力原理可得 一般先確定蝸桿(主動件)的受力方向。 其所受的圓周力Ft1的方向與轉向相反，徑向力Fr1的方向沿半徑指向軸心，軸向力Fa1的方向取決于螺旋線的旋向和蝸桿的轉向，按“主動輪左右手法則”來確定。 作用于蝸輪上的力可根據作用力與反作用力原理來確定。 蝸桿蝸輪受力

11、方向的判別方法蝸桿蝸輪受力方向的判別方法 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算可以參照斜齒輪蝸輪齒面接觸疲勞強度計算可以參照斜齒輪的計算方法進行。其校核公式為的計算方法進行。其校核公式為8.3.2 8.3.2 蝸桿傳動強度計算蝸桿傳動強度計算 K：載荷系數，K=11.3。 T2：蝸輪上的轉矩，單位Nmm。H蝸輪材料的許用接觸應力，單位MPa。蝸輪齒面接觸疲勞強度的設計公式為蝸輪齒面接觸疲勞強度的設計公式為 當蝸輪材料為鋁鐵青銅或灰鑄鐵時，其主要的失效形式為膠合，此時進行的接觸強度計算是條件性計算。8.3.2 8.3.2 蝸桿傳動強度計算蝸桿傳動強度計算：蝸桿的導程角。 v ：當量摩擦角，v=arctanf

12、v，v 隨滑動速度vs 的增大而減少。這是由于vs的增大，使油膜易于形成，導致摩擦系數下降。 8.4 8.4 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算8.4.1 8.4.1 蝸桿傳動的效率蝸桿傳動的效率蝸桿傳動的總效率為 1、2、3分別為蝸桿傳動的嚙合效率、軸承效率和攪油效率。決定蝸桿傳動總效率的是1，一般取2 3 =0.9596。 當蝸桿為主動件時，1 可近似按螺旋傳動的效率計算8.4.2 8.4.2 蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑 在閉式蝸桿傳動中，潤滑方式可分為浸油潤滑和壓力噴油潤滑。 對于開式傳動，則采用粘度較高的齒輪油或潤滑脂進行潤滑。 8.4.3 8.4.3 蝸桿傳動的熱平衡計算蝸桿傳動的熱平衡計算單位時間內產生的發熱量單位時間內產生的發熱量Q Q1 1為為 如果工作溫度超過允許的范圍，應采取下列措施以增加傳動的散熱能力: (1)在箱體外表面設置散熱片，以增加散熱面積A。 (2)在蝸桿軸上安裝風扇。 (3)在箱體油池內安裝蛇形冷卻水管，用循環水冷卻。 (4)利用循環油冷卻。8.5 8.5 蝸桿和蝸輪的結構蝸桿和蝸輪的結構蝸桿軸蝸桿軸 銑制蝸桿是在軸上直接銑出螺旋部分，剛性較好。車制蝸桿，為便于車螺旋部分留有退刀槽，使軸徑小于蝸桿根圓直徑，削弱了蝸桿的剛度。 蝸桿的結構形式蝸桿的結構形式 蝸輪的結構形式蝸輪的結構形式 8.6 8.6