俞愛林廣東工業大學機電學院電話：39322212EMAIL：allan75@126.com機械設計

DesignofMachinery

第11章蝸桿傳動11-1蝸桿傳動的類型11-2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及幾何尺寸計算11-3

普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算11-6圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計基本要求:掌握蝸桿傳動的幾何參數的計算、選擇方法掌握進行蝸桿傳動的力分析、強度計算了解蝸桿傳動的熱平衡原理和計算方法一、蝸桿傳動的特點通常二軸交角

＝90°蝸桿主動，蝸輪被動蝸桿蝸輪

1組成和應用11-1蝸桿傳動的特點和類型導程角→輪齒方向與端面的夾角螺旋角β→輪齒方向與軸線的夾角

(1)外形:蝸桿→短螺桿

蝸輪→特殊的斜齒輪→螺母的一部分(2)具有螺旋傳動的特點

自鎖條件:效率:(當量摩擦角)(3)具有齒輪傳動的特點→齒條與斜齒輪嚙合受力分析相同傳動比計算同：ｉ＝z2／z1≠ｄ2／ｄ1

強度計算仿斜齒輪

(4)蝸輪齒寬方向呈凹弧型→蝸輪部分包容蝸桿接觸線增長★加工蝸輪滾刀與蝸桿相似

減少磨損,膠合的機率σH↓→承載力↑優點:1.ｉ很大，一般ｉ＝7～80,分度ｉ＝5002.傳動平穩,噪音低

3.可自鎖,結構緊湊缺點:1.Ｖs大→效率低,發熱大→可自鎖時η＜50％

2.需貴重金屬→價高

3.不宜用于大功率長期工作2特點圓柱蝸桿傳動

錐面包絡蝸桿傳動（ＺＫ）取決于蝸桿按蝸桿形狀分環面蝸桿傳動錐蝸桿傳動

阿基米德蝸桿傳動（ＺＡ）漸開線蝸桿傳動（ＺＩ）法向直廓蝸桿傳動（ＺＮ）二、蝸桿傳動的類型

圓弧圓柱蝸桿傳動（ＺC）11-2普通圓柱蝸桿傳動主要參數及幾何尺寸一、正確嚙合條件二、主要參數三、幾何尺寸一、正確嚙合條件正確嚙合條件：ma1=mt2=m

a1=

t2

1=2旋向相同,即蝸桿、蝸輪同為左旋，或同為右旋主平面(中間平面):通過蝸桿軸線并垂直與蝸輪軸線的平面1導程角根據正確嚙合條件，

1=2（蝸輪的螺旋角）從整體看，蝸桿蝸輪齒面間的相對運動類似于螺旋傳動蝸桿的導程角相當于螺紋的螺紋升角paz1pa

z1pad1pa為蝸桿軸向齒距二、主要參數及其選擇

2.蝸桿分度圓直徑ｄ1為減少滾刀的規格數量→ｄ1定為標準值ｄ1與ｍ搭配表11—2paz1pa

z1pad13蝸桿頭數z1蝸桿頭數根據傳動比和效率來選定單頭傳動比大，效率低；頭數多效率高，但難加工。常取1、2、4、6見表11-1d1Bpa2

da2d2df2df1da1hahfhda24傳動比i和齒數比u傳動比齒數比當蝸桿主動時，d1Bpa2

da2d2df2df1da1hahfhda25蝸輪齒數z2根據傳動比和蝸桿的頭數決定z2=i×z1為了避免根切，并有足夠的嚙合區，不應小于28，一般不大于80

見表11－1d1Bpa2

da2d2df2df1da1hahfhda2中心距其余幾何尺寸見表11-3ad1Bpde22

da2d2df2df1da1hahfh三、幾何計算C*=0.211-3普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算一、失效形式、設計準則及常用材料二、蝸桿傳動的受力分析三、蝸桿傳動強度計算一、失效形式、設計準則及常用材料——主要考慮蝸輪開式傳動：齒面磨損、輪齒折斷

保證齒根彎曲疲勞強度閉式傳動：齒面膠合、點蝕

按齒面接觸疲勞強度設計，齒根彎曲疲勞強度校核另外，還應作熱平衡計算失效：膠合、點蝕、磨損、齒根折斷——蝸輪輪齒開式傳動：齒面磨損、輪齒折斷閉式傳動：齒面膠合、點蝕由于蝸輪材料強度低，失效通常發生在蝸輪輪齒上1失效形式2計算準則材料要求：減摩性好、耐磨、抗膠合、足夠的強度高的強度、剛度及光潔度碳鋼—45號鋼調質或淬火合金鋼—20Cr、20CrMnTi(滲碳淬火)、40Cr(表面淬火)減摩、抗膠合、抗點蝕鑄錫青銅ZCuSn10P1—適合高速鑄鋁青銅ZCuAl9Fe3—低速重載灰鑄鐵HT200—低速輕載1）蝸桿的材料2）蝸輪的材料3材料選擇通常為整體式——蝸桿軸1）蝸桿結構4蝸桿傳動結構2）蝸輪結構通常為組合式二、受力分析作用力的大小：受力分析類似斜齒傳動蝸桿、蝸輪旋向相同蝸桿三個分力：Fr1,Ft1,Fa1蝸輪三個分力：Fr2,Ft2,Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft21力的大小徑向力的判斷方法：指向各自圓心圓周力的判斷方法：利用轉向判斷軸向力的判斷方法：蝸桿左、右手方法主動輪為右旋，握緊右手，四指彎曲方向表示主動輪的回轉方向，拇指的指向即為作用在主動輪上軸向力的方向；若主動輪為左旋，用左手蝸輪的轉向：與Fa1反向Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft22力的方向練習：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蝸桿軸Ⅰ為輸入，大錐齒輪軸Ⅲ為輸出，軸Ⅲ轉向如圖。試：確定各輪轉向、旋向，使軸Ⅱ所受軸向力最小。1.n4→,n3↑,n2↑,Ft2⊙,Fa1⊕2.Fa3←,Fa2→,Ft1←n1順時針蝸輪右旋蝸桿右旋→n4輸出ⅢⅠⅡ1234⊙Ft2xFa1Fa3Fa2Ft1n2n11、蝸輪齒面的接觸疲勞強度計算三、蝸桿傳動強度計算特點：強度計算主要針對蝸輪輪齒（材料原因）中間平面內相當于齒條與齒輪嚙合，蝸輪類似于斜齒輪蝸輪輪齒的強度計算與斜齒輪相似校核公式－MpaK—載荷系數K=KAKβKV

ZE—材料的彈性影響系數青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿ZE=160Mpa1／2Zρ—蝸桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的影響系數圖11—18[σＨ]—許用接觸應力查表(11-6),

錫青銅[σＨ]=KHN[σＨ]′，[σＨ]′查表(11-7)設計公式－ＹＦa2—齒形系數依當量齒數查圖11—19［σＦ］—許用彎曲應力［σＦ］=［σＦ］′KFN

［σＦ］′查表(11-8)校核公式Mpa設計公式mm32、蝸輪齒根的彎曲疲勞強度計算11-5

蝸桿傳動效率、潤滑及熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率二、蝸桿傳動的潤滑三、蝸桿傳動的熱平衡計算1齒面滑動速度Vsd1v2,va1v1v2vs

一、蝸桿傳動的效率可見

Vs遠大于V1→摩擦、磨損大→發熱大→效率低η=η1η2

η3=0.95~0.96η1

3η的估算T2=T1iη12蝸桿傳動的效率Z11246η0.70.80.90.95η1—

嚙合摩擦損失效率η2

—

軸承摩擦損失效率η3

—攪油損失效率γ—

導程角—當量摩擦角Vs≤5m/s，油浴潤滑

Vs＞5～10m/s，油浴潤滑或噴油潤滑Vs＞10m/s，噴油潤滑二、蝸桿傳動的潤滑但蝸桿線速度V1＞4m/s→上置式Vs大→發熱大→效率低——若散熱及時→熱平衡

1計算公式:

單位時間發熱量同時間散熱量控制油溫所需散熱面積ta—室溫20℃αd—散熱系數αd=8.15~17.45W/m2℃三、蝸桿傳動的熱平衡計算散熱片風扇蛇形冷卻水管2改善散熱措施(1)增大散熱面積S(2)提高散熱系數αd

：軸上裝風扇、裝蛇形冷卻管,循環油冷卻傳動方案的布置1.帶傳動(承載力小,平穩,緩沖吸振)2.鏈傳動(運動不均勻,動載荷隨n增大而增大)3.蝸桿傳動:(i大,平穩,η低)4.錐齒輪(加工困難,精度低)5.開式齒輪傳動(磨損大)→高速級→低速級→中小功率,間歇運轉。不宜用于大功率傳動→高速級(易形成油膜→增加η)→改變軸的方向才用→高速級(減小尺寸)→低速級(減少磨損)

高速級→要求平穩∵n越高(P同)→T越小→F越小→對沖擊振動越敏感6.布置方案

7.齒輪