1、關(guān)于機(jī)械設(shè)計蝸桿傳動設(shè)計第一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蝸桿傳動組成由蝸輪和蝸桿組成 蝸輪蝸桿a） 蝸桿下置b） 蝸桿上置 第二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蝸桿傳動的應(yīng)用蝸桿傳動用于傳遞空間兩交錯軸之間的運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩，兩軸線之間交錯的夾角可以是任意的，但最常用的是兩軸在空間相互垂直，軸交角為90。 本章主要內(nèi)容 蝸桿傳動類型、特點(diǎn)，幾何尺寸計算主要參數(shù)及其選擇，輪齒受力分析重點(diǎn)蝸桿傳動承載能力計算 蝸輪輪齒強(qiáng)度、蝸桿剛 度計算蝸桿傳動熱平衡計算控制溫升，防止膠合破壞第三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1.結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大(動力傳動中， 一般單級傳動比 i

2、 =880，在分度傳 動中，可達(dá)1000)2. 傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很 小，在一定的條件下具有自鎖性等 傳動缺點(diǎn)在制造精度和傳動比相同的情況下，蝸桿傳動的摩擦發(fā)熱大，效率比齒輪傳動低，只宜用于中、小功率的場合一蝸桿傳動的特點(diǎn)蝸桿傳動優(yōu)點(diǎn)6-1 蝸桿傳動的類型及特點(diǎn)第四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、蝸桿傳動的分類普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐面蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動n1n2圓柱蝸桿傳動n1n2環(huán)面蝸桿傳動n1n2錐蝸桿傳動第五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制的(ZK型蝸桿除外)。車刀安裝位置的不

3、同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。 一）普通圓柱蝸桿傳動按齒廓曲線分類1. 阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）2. 漸開線圓柱蝸桿（ZI蝸桿）-國標(biāo)推薦采用3. 法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）4. 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）-國標(biāo)推薦采用按蝸桿旋向分類按蝸桿頭數(shù)分類左旋右旋單頭多頭第六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月20阿基米德螺旋線直廓20凸廓N-NI-I1. 阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）蝸桿齒廓特點(diǎn)：垂直于軸線的剖面上齒廓為阿基米德螺旋線；通過蝸桿軸線的剖面上為直線齒廓； 不便加工，且難于磨削，不易保證精度，用于低速、輕載或不太重要的傳動。NIIN第七張，PPT共六十

4、二頁，創(chuàng)作于2022年6月蝸輪齒廓及蝸桿蝸輪傳動特點(diǎn)：蝸輪齒廓在中間平面上（通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線 的平面）蝸輪齒廓為漸開線蝸桿蝸輪傳動特點(diǎn)在中間平面上蝸桿蝸輪的嚙合如齒輪、齒 條的嚙合關(guān)系阿基米德圓柱蝸桿傳動 AA中間平面第八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 漸開線圓柱蝸桿（ZI蝸桿） -國標(biāo)推薦采用蝸桿齒廓特點(diǎn)：蝸桿齒面為漸開螺旋面，端面齒廓為漸開線 蝸桿可以磨削，易保證加工精度，用于頭數(shù)較多、轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動。db漸開線I-I凸廓0直廓凸廓0II 蝸桿可用兩把直線刀刃的車刀在車床上車制。加工時，兩把車刀的刀刃平面一上一下與基圓相切，被切出的蝸桿齒面是漸開線螺旋面

5、，端面的齒廓為漸開線。 第九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）蝸桿齒廓特點(diǎn)：蝸桿法面齒廓為直線齒廓，端面齒廓為延伸漸開線齒廓蝸桿加工簡單，可以磨削，用于多頭精密蝸桿傳動。NNIII-I凸廓20直廓N-Nd0延伸漸開線 車制時刀刃頂面置于螺旋線的法面上，蝸桿在法向剖面上具有直線齒廓，在端面上為延伸漸開線齒廓。 第十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蝸桿齒廓特點(diǎn)：蝸桿齒面為圓錐面族的包絡(luò)曲線，在各個剖面上均為曲線。蝸桿切削和磨削容易，易于獲得高精度，應(yīng)用廣泛。錐面包絡(luò)圓柱蝸桿是一種非線性螺旋齒面蝸桿，采用盤狀錐面銑刀或盤狀錐面砂輪加工而成，刀具繞自

6、身軸線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，刀具的軸線相對蝸桿的軸線傾斜一個蝸桿的導(dǎo)程角，刀具回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面，它在任意截面上的齒廓均為曲線齒形。4. 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）-國標(biāo)推薦采用第十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二) 圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿的齒形分為蝸桿軸向剖面為圓弧形齒廓，用圓弧形車刀車削。用軸向剖面為圓弧的環(huán)面砂輪，裝在蝸桿螺旋線的法面上，由砂輪面包絡(luò)而成。阿基米德螺旋線III-I.N-NNN第十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月圓弧圓柱蝸桿傳動的特點(diǎn)：1）在主剖面上蝸桿齒廓為凹弧形，與之配合的蝸輪齒廓 為凸弧形；2）凹凸弧齒廓嚙合傳動，也是線接觸的嚙

7、合傳動，接觸 處的綜合曲率半徑大，承載能力高，比普通圓柱蝸桿 高50%150%；3）瞬時接觸線與滑動速度交角大，有利于嚙合面間油膜 形成，摩擦小，效率高，蝸桿可磨削，精度高，用于 冶金、礦山、化工、起重運(yùn)輸機(jī)械。接觸線vsvt第十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6-2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何關(guān)系 一蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇b12d2df1d1da1pzdf2da2R1R2b2B 阿基米德蝸桿在中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合傳動。主要參數(shù)有：模數(shù)m、壓力角、蝸桿頭數(shù)Z1、蝸輪齒數(shù)Z2、蝸桿直徑系數(shù)q、蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角等。 第十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6

8、月一）模數(shù)m和壓力角蝸桿軸向壓力角x1=蝸輪端面壓力角t2=標(biāo)準(zhǔn)壓力角 =20AA蝸桿軸向模數(shù)mx1=蝸輪端面模數(shù)mt2= 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m中間平面第十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 二）蝸桿分度圓直徑(又稱中圓直徑) d1和直徑系數(shù)q 蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿具有同樣參數(shù)的蝸輪滾刀來加工與其配對的蝸輪。第十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就必須有一種對應(yīng)的蝸輪滾刀。為了減少蝸輪滾刀的數(shù)目，為便于蝸輪滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定蝸桿直徑d1為標(biāo)準(zhǔn)值，且與m搭配。 d1與m的比值稱為蝸桿直徑系數(shù)，用q表示，即：注意：由于d1與m均

9、為標(biāo)準(zhǔn)值，故q是d1、m兩個參數(shù)的導(dǎo)出值，不一定是整數(shù)， d1、m、q之間關(guān)系見表6-1。 因此，蝸桿分度圓直徑 :第十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蝸桿分度圓導(dǎo)程角 蝸桿輪齒的切線與其端面之間的夾角導(dǎo)程（同一條螺旋線上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離） ：pz=z1px蝸桿軸向齒距（相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）：px=m ，效率高， 330的蝸桿具有自鎖性。d1導(dǎo)程 pzpxd1d1導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系 導(dǎo)程角：pxtan= = = = =pzd1z1pxd1z1md1z1mqmz1q 三）蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 第十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月四）傳動比i、蝸桿頭

10、數(shù)Z1及蝸輪齒數(shù)Z22蝸桿頭數(shù)Z1 蝸桿螺旋線數(shù)對結(jié)構(gòu)尺寸：i一定時，Z1則Z2尺寸，且加工困難對效率Z1時， 其效率嚙 =tan/tan（+v）對自鎖Z1時，自鎖性好Z1影響考慮傳動比i則Z1，i時 Z1見表6-2考慮用途對反行程有自鎖要求的傳動取Z1=1考慮效率要求要求嚙時宜選Z1一般取14Z1選擇原則通常蝸桿傳動是以蝸桿為主動的減速裝置，故傳動比與齒數(shù)比相等，即：1傳動比i注意：i= =n2z1n1z2d1d2i= =n2z1n1z2= u d1=qm Z1m第十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 蝸輪齒數(shù)Z2具體選擇時，還應(yīng)考慮i、 z1、 z2匹配關(guān)系(GB10085-

11、1988),根據(jù)中心距及傳動比，可查出m, q, d1 , z1、 z2 。對蝸桿剛度m不變時，Z2則d2，蝸桿軸跨距，剛度對蝸輪加工 Z2蝸輪輪齒根切影響避免產(chǎn)生根切，與單頭蝸桿嚙合的蝸輪，其齒數(shù)17增大嚙合區(qū)以提高傳動平穩(wěn)性，通常規(guī)定Z2 28（保持兩對齒嚙合）為防止蝸輪尺寸過大造成蝸桿軸跨距大降低蝸桿的彎曲剛度 Z2max 80 。Z2 選擇表6-2 蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒輪的薦用值 6 傳動比蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)30831532716582931296129812982 4 21 第二十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 蝸桿傳動的正確嚙合條件當(dāng)兩軸線交錯角=90時，導(dǎo)程角應(yīng)與蝸輪分

12、度圓柱螺旋角等值且方向相同。1 = 2蝸桿傳動的正確嚙合條件O1O111 O21=2O1O1O2O212第二十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三. 蝸桿傳動的變位特點(diǎn) 蝸桿傳動變位目的湊中心距湊傳動比使其符合標(biāo)準(zhǔn)值或推薦值蝸桿傳動變位方法對蝸輪進(jìn)行變位，蝸桿的尺寸不變（由于加工蝸輪的滾刀形狀和尺寸要與蝸桿的齒廓形狀和尺寸相同，為了保持刀具的尺寸不變）1.湊中心距變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變，僅改變傳動的中心距變位前的中心距第二十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月變位后的中心距變位系數(shù)2.湊傳動比變位前后，傳動的中心距不變，改變蝸輪的齒數(shù)z2 ，使傳動比得到調(diào)整變位前后變位系數(shù)

13、變位后齒數(shù)通常取為利于蝸輪強(qiáng)度的提高， 最好取正值第二十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月四. 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算 一） 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸 b12df1d1da1pzR1R2Bd2df2da2b2中間平面第二十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算公式見表6-2注意：1. 蝸桿分度圓直徑：d1=qmZ1m2 .蝸桿傳動的中心距：a=0.5（d1+d2）=0.5m（q+Z2） 0.5m（Z1+Z2） 分度圓直徑d2頂圓（喉圓）直徑da 2根圓直徑df23 . 蝸輪的指蝸輪中間平面上的值中間平面d2df2da2第二十五張，PPT共

14、六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6-3 蝸桿傳動的失效形式、材料選擇及受力分析一蝸桿傳動的失效形式及計算準(zhǔn)則1.蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效特點(diǎn)由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失 效多發(fā)生在蝸輪上。閉式蝸桿傳動主要失效形式：蝸輪 齒面點(diǎn)蝕齒面接觸應(yīng)力H 循環(huán)作用引起 當(dāng)z280時也會出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷d1d2211v1vsv2開式蝸桿傳動的主要失效形式蝸輪輪齒的磨損。齒面膠合由于蝸桿蝸輪齒面間的相對滑動速度較大（ ），效率低發(fā)熱量大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬叨陆担瑵櫥瑮l件變壞，容易發(fā)生膠合。第二十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月開式蝸桿傳動主要是控制因磨損而引起的蝸輪輪齒的

15、 折斷，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計計算或校核計算。2.計算準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動： 1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計； 2）校核齒根彎曲強(qiáng)度； 3）連續(xù)工作的閉式傳動，摩擦發(fā)熱大，效率低，溫 度升高，散熱不好，引起潤滑條件惡化而產(chǎn)生膠合，還需進(jìn)行傳動效率和熱平衡計算以控制溫升。第二十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二蝸桿、蝸輪配對材料選擇特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)細(xì)而長易變形，一般為主動件，n1應(yīng)力 循環(huán)次數(shù)N1，且連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；要求材料的抗變形能力強(qiáng)（E）；輪齒強(qiáng)度要高 （B S）；沖擊大 20Cr、20CrMnTi、12CrNi3A表 面滲碳淬火(齒面硬度5662HRC）沖擊小 40、45鋼和40Cr、40CrN

16、i、 42SiMn表面淬火(齒面硬度4555HRC）不太重要的低速中載蝸桿用45、40等碳素鋼調(diào) 質(zhì)處理（硬度為220 300HBS）。蝸桿常用材料高速重載蝸桿 1.蝸桿材料選擇第二十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2.蝸輪的材料選擇強(qiáng)度足夠減摩性好（fV）： fV鋼-青銅 fV鋼-鑄鐵 fV鋼-鋼 對材料要求 常用材料錫青銅ZCuSn10P1等耐磨性最好，但價格 較高用于高速或重要傳動鋁鐵青銅ZcuAl10Fe3耐磨性較好，但 價格便宜，用于中速，較重要傳動灰鑄鐵(HTl50或HT200)用于低速輕載VS 4ms 選錫青銅作蝸輪的齒圈VS 24ms 選鋁鐵青銅VS 2ms 選灰鑄

17、鐵選擇方法:初估滑動速度VS=（0.020.03） 青銅蝸輪第二十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、受力分析法面內(nèi)： 徑向力 (1) 力的分解 切面內(nèi)： 圓周力 軸向力 第三十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 力的關(guān)系第三十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月n1n2Fa2Ft2Fr2Fa1Ft1Fr1圓周力徑向力蝸桿上與轉(zhuǎn)向相反蝸輪上與轉(zhuǎn)向相同和指向各自的輪心軸向力： 左旋蝸桿用左手法則右旋蝸桿用右手法則蝸桿上用左右手法則判定 (3) 力的方向第三十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6-4 普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計計算由于蝸桿材料是鋼而蝸輪材料為

18、青銅等和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失效多發(fā)生在蝸輪上。蝸輪輪齒因為一般模數(shù)較大，很少發(fā)生齒根疲勞斷裂，所以閉式傳動，僅按齒面接觸強(qiáng)度計算；開式傳動，僅計算齒根彎曲強(qiáng)度。一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件蝸輪與蝸桿嚙合處的齒面接觸應(yīng)力，與齒輪傳動相似，利用赫芝應(yīng)力公式，考慮蝸桿和蝸輪齒廓特點(diǎn)，可得齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件條件。由 彈性系數(shù) 銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿組合時 而為接觸線長度因為傳動平穩(wěn)第三十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月d2df2da2最小接觸線長度取平均值0.75,2.2,100代入得綜合曲率半徑由于蝸桿齒形在中間平面為齒條1= ，取sinnsincos將的平均值代入后接觸線長度變化

19、系數(shù)端面重合度蝸輪齒寬角第三十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月將各結(jié)果代入基本公式 彈性系數(shù) 銅或鑄鐵蝸輪 與鋼蝸桿組合時 校核式：設(shè)計式 ：使用系數(shù), 同齒輪式中為許用應(yīng)力，分兩種情況：、蝸輪材料強(qiáng)度極限b小于300的青銅，主要失效為疲勞點(diǎn)蝕許用應(yīng)力為：壽命系數(shù)第三十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月、蝸輪材料強(qiáng)度極限b大于300的青銅，主要失效為膠合許用應(yīng)力大小與應(yīng)力作用次數(shù)無關(guān)，按下表：第三十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、蝸桿的剛度校核蝸桿受力后，會產(chǎn)生彈性變形，過大的彈性變形會造成蝸桿齒面受力不均

20、，需校核彎曲剛度式中y為最大許用撓度yd1000為蝸桿兩端支承間的跨距，初步設(shè)計時取為蝸桿危險截面的慣性矩第三十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6-6 蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算 一. 蝸桿傳動的效率 效率攪油損耗效率軸承效率輪齒嚙合效率 由于蝸桿傳動的效率低，工作時會產(chǎn)生大量的熱。在閉式蝸桿傳動中，若散熱不良，會因油溫不斷升高，使?jié)櫥Ф鴮?dǎo)致齒面膠合。所以，對閉式蝸桿傳動要進(jìn)行熱平衡計算，以保證油溫能穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。蝸桿主動時最主要的參數(shù)查表第三十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月v根據(jù)相對滑動按上表查出第四十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 導(dǎo)程

21、角 是影響蝸桿傳動嚙合效率最主要的參數(shù)之一，從圖可見，l隨 增大而提高，但到一定值后即下降。 當(dāng) 28后， l隨 的變化就比較緩慢，而大導(dǎo)程角的蝸桿制造比較困難，所以一般選取 80時也會出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷d1d2211v1vsv2開式蝸桿傳動的主要失效形式蝸輪輪齒的磨損。齒面膠合由于蝸桿蝸輪齒面間的相對滑動速度較大（ ），效率低發(fā)熱量大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬叨陆担瑵櫥瑮l件變壞，容易發(fā)生膠合。第五十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月開式蝸桿傳動主要是控制因磨損而引起的蝸輪輪齒的 折斷，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計計算或校核計算。2.計算準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動： 1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計； 2）校核齒根彎曲強(qiáng)度； 3）連續(xù)工作的閉式傳動，摩擦發(fā)熱大，效率低，溫 度升高，散熱不好，引起潤滑條件惡化而產(chǎn)生膠合，還需進(jìn)行傳動效率和熱平衡計算以控制溫升。第五十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3蝸桿、蝸輪配對材料選擇特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)細(xì)而長易變形，一般為主動件，n1應(yīng)力 循環(huán)次數(shù)N1，且連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；要求材料的抗變形能力強(qiáng)（E）；輪齒強(qiáng)度要高 （B S）；沖擊大 20Cr、20CrMnTi、