平行軸圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪齒輪傳動的類型交錯軸的螺旋齒輪傳動交錯軸螺旋齒輪傳動蝸桿傳動第四章蝸桿傳動設計內容蝸桿傳動的類型及其特點普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及幾何尺寸蝸桿傳動的失效形式和設計準那么材料及許用應力普通圓柱蝸桿傳動的受力分析、強度條件蝸桿傳動的效率和熱平衡計算1.類型一、蝸桿傳動的類型及其特點a〕圓柱蝸桿傳動b〕環面蝸桿傳動c〕錐蝸桿傳動阿基米德蝸桿〔ZA蝸桿〕漸開線蝸桿〔ZI蝸桿〕法向直廓蝸桿〔ZN蝸桿〕錐面包絡蝸桿〔ZK蝸桿〕(1)普通圓柱蝸桿傳動多用直母線刀刃加工〔ZK蝸桿除外〕阿基米德蝸桿〔ZA蝸桿〕車刀切削平面通過蝸桿軸線軸向剖面為直線齒廓導程角大時加工不易,γ<3單刀，γ>3雙刀加工精度低，中小載荷，使用逐漸減少法向直廓蝸桿〔ZN蝸桿〕端面齒廓為延伸漸開線法面齒廓為直線加工簡單，可用銑、磨削用于多頭精密蝸桿傳動漸開線蝸桿〔ZI蝸桿〕相當于少齒數、大螺旋角斜齒輪效率高傳遞功率較大端面齒廓為漸開線可磨削用于頭數較多，較精密傳動錐面包絡蝸桿〔ZK蝸桿〕端面齒廓近似為阿基米德螺旋線蝸桿加工容易，且可磨削承載能力、效率較高傳動比范圍大，一般10～360國家標準推薦使用(2)圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧車刀刀刃平面通過蝸桿軸線中間平面上蝸桿齒廓凹弧形，蝸輪齒廓凸弧形承載能力較普通型高50~150%傳動效率達90%目前正推廣2.特點從運動關系看，蝸桿傳動相當于螺母與螺桿傳動傳動比大i=10~80、傳動平穩有自鎖性(蝸桿升角<當量摩擦角)相對滑動速度大，傳動效率低、摩擦發熱大，散熱要求高蝸輪本錢高1.中間平面內蝸桿嚙合特點在中間平面內，相當于斜齒條與斜齒輪的嚙合(1)正確嚙合條件蝸桿軸向周節＝蝸輪端面周節模數：(標準值)壓力角：(標準值)(2)蝸桿傳動參數及幾何尺寸計算與齒輪傳動相同參數：幾何尺寸計算：通過蝸桿軸線且垂直于蝸輪軸線的平面二、普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及幾何尺寸(阿基米德蝸桿為例)周節導程2.主要參數加工蝸輪要用與蝸桿同樣參數和直徑的蝸輪滾刀要減少滾刀數目、便于刀具標準化交錯角為900的螺旋齒輪傳動：大小相等、方向相同(1)模數和壓力角(3)蝸桿分度圓直徑則將定為標準值并與有一定的搭配關系直徑系數(2)蝸桿分度圓柱導程角的蝸桿具有自鎖性故與(4)傳動比i加工困難1實現大傳動比或要求自鎖傳動比蝸桿頭數z1=2、4要求效率防止根切防止蝸桿過長引起剛度缺乏蝸輪齒數一般取(5)相對滑動速度齒間的摩擦發熱蝸輪變、蝸桿保持不變蝸輪變位計算與齒輪相同配湊中心距符合標準值(6)變位系數未變位變位后湊傳動比符合推薦值

(中心距保持不變)蝸輪齒數蝸輪輪齒頂變尖蝸輪根切變位系數未變位變位后由得變位系數普通蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動3.幾何尺寸根本尺寸與齒輪傳動類似(1)蝸輪3個圓(2)蝸輪輪緣寬度B(3)蝸桿螺紋長度b1齒根圓喉圓(同齒輪齒頂圓)頂圓閉式傳動開式傳動失效形式(發生在蝸輪上)

設計準則輪齒齒面點蝕和膠合控制點蝕和膠合：控制折斷(Z2>80)：齒面接觸強度條件輪齒彎曲強度條件控制溫升：熱平衡計算輪齒折斷控制折斷：輪齒彎曲強度條件[注]蝸桿主要是控制軸的變形三、蝸桿傳動的失效形式和設計準那么1.材料及熱處理蝸桿蝸輪材料組合：碳素鋼：45、…合金鋼：40Cr、20Cr、20CrMnTi、…熱處理調質：減摩耐磨抗膠合蝸桿材料45調質(硬度≤350HBS)淬火：40Cr外表淬火(45~55HRC)20Cr滲碳淬火(58~63HRC)蝸輪容易產生膠合灰鑄鐵鋁鐵青銅鑄錫磷青銅價廉價昂抗膠合差強按選材材料四、材料及許用應力2.許用應力(1)許用接觸應力傳動的承載能力取決于蝸輪的接觸強度蝸輪為的青銅時壽命系數應力循環次數傳動的承載能力取決于蝸輪的抗膠合能力蝸輪為鑄鐵或

的青銅時

與材料組合及有關(2)許用彎曲應力壽命系數應力循環次數1.受力分析(1)力的分解以蝸桿為對象

法面內：切面內：徑向力圓周力軸向力(2)力的關系五、普通圓柱蝸桿傳動的強度條件(3)力的方向圓周力徑向力蝸桿上與轉向相反蝸輪上與轉向相同和指向各自的輪心同直齒輪軸向力：左旋蝸桿用左手法那么右旋蝸桿用右手法那么蝸桿上用左右手法則判定同斜齒輪(4)力的大小蝸桿軸向力與蝸輪轉向利用赫茲公式、考慮蝸桿傳動特點2．齒面接觸疲勞強度條件校核式：彈性系數銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿組合時設計式：使用系數同齒輪傳動借用斜齒輪彎曲強度公式、考慮蝸桿傳動特點[注]3．彎曲疲勞強度條件校核式：設計式：(1)蝸輪按查表(2)蝸輪(3)計算出值、按表選標準值1.蝸桿傳動的效率(1)效率攪油損耗效率軸承摩檫損耗效率輪齒嚙合檫損耗效率(2)提高效率的途徑蝸桿制造困難效率一般采用減摩性好的材料，如青銅蝸桿放在高速級滾動蝸桿傳動六、蝸桿傳動的效率和熱平衡計算2.熱平衡計算發熱散熱計算式環境溫度、一般取200工作溫度許用工作溫度、一般取600～700散熱面積散熱系數冷卻措施增加散熱面積(增大箱體、加散熱片)提高散熱系數(冷卻油溫)的估值12340.70.80.850.9散熱措施潤滑方式及浸油深度結構形式試確定：(1)各軸的回轉方向(畫在圖上)；(2)考慮中間軸上所受軸向力能抵消一局部，定出蝸輪、蝸桿的螺旋線方向(畫在圖上)；

(3)畫出蝸輪、蝸桿的軸向分力方向。1)材料、熱處理蝸桿材料及熱處理40Cr外表淬火后磨削蝸輪轉速73.573.5蝸輪應力循環次數0.810.81蝸輪壽命系數設計內容設計依據

方案1方案2許用接觸應力194.4121.5蝸輪材料ZCuSn10P1

ZCuSn5Pb5Zn5

砂模鑄造砂模鑄造

實例：閉式普通圓柱蝸桿傳動，平穩載荷、工作壽命5年、8h/天、表4-5240150蝸輪基本許用接觸應力蝸輪工作小時12000120002)確定有關參數使用系數表3-41.11.1初估傳動效率0.820.82彈性系數1601603)接觸強度設計計算值848521721取標準值表4-19000218751012.5模數表4-1設計內容設計依據方案1方案2表4-1蝸桿分度圓直徑90140蝸輪分度圓直徑400500蝸桿頭數22蝸輪齒數4040蝸輪轉矩20243402024340中心距245320設計內容設計依據方案1方案2蝸輪圓周速度1.541.92導程角12°31‘44"10°7‘29"滑動速度7.110.9與選材時假定相符與選材時假定相符當量摩擦角1°20‘1°10‘表4-8總效率0.8550.85與初選效率時相符與初選效率時相符小結蝸桿的分度圓直徑與模數的關系，引入直徑系數的目的要保證正確嚙合，蝸桿的導程角和蝸輪的螺旋角的關系影響蝸桿傳動效率的主要參數蝸桿傳動的主要失效形式為了減摩抗膠合，如何選擇蝸桿和蝸輪的材料蝸桿傳動的受力分析。蝸桿傳動熱平衡計算的目的各力關系：各力方