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1、機械設計基礎 蝸桿傳動 6-1 概 述 6-2 基 本 參 數(shù) 和 幾 何 尺 寸 6-3 運 動 學 及 效 率 6-4 蝸 桿 、 蝸 輪 的 材 料 及 結 構 6-5 蝸 桿 傳 動 的 強 度 計 算 6-6 熱 平 衡 計 算v 基 本 要 求 :v 掌 握 蝸 桿 傳 動 的 幾 何 參 數(shù) 的 計 算 、 選 擇 方 法v 掌 握 進 行 蝸 桿 傳 動 的 力 分 析 、 強 度 計 算v 了 解 蝸 桿 傳 動 的 熱 平 衡 原 理 和 計 算 方 法 一 、 蝸 桿 傳 動 及 其 特 點二 、 蝸 桿 傳 動 的 類 型機械設計基礎 蝸桿傳動 一、蝸桿傳動及其特點機械

2、設計基礎 蝸桿傳動2 特 點v 傳 動 比 大 ： 一 般 傳動 i=780; v 結 構 緊 湊v 傳 動 平 穩(wěn) ， 噪 聲 小 v 效 率 低v 成 本 高1 組 成 和 應 用v 通 常 二 軸 交 角 90v 蝸 桿 主 動 ， 蝸 輪 被 動蝸桿蝸輪 二、蝸桿傳動的類型機械設計基礎 蝸桿傳動v 環(huán) 面 蝸 桿v 錐 蝸 桿 按 蝸 桿 整 體 形 狀 分 ：v圓 柱 蝸 桿 二、蝸桿傳動的類型機械設計基礎 蝸桿傳動v 環(huán) 面 蝸 桿v 錐 蝸 桿 按 蝸 桿 整 體 形 狀 分 ：v圓 柱 蝸 桿 圓柱蝸桿機械設計基礎 蝸桿傳動v 漸 開 線 蝸 桿 (ZI蝸 桿 )v 法 向 直

3、 廓 蝸 桿 (ZN蝸 桿 )v 錐 面 包 絡 蝸 桿 (ZK蝸 桿 )v 圓 弧 面 蝸 桿 (ZC蝸 桿 )按 螺 旋 面 形 狀 分v 阿 基 米 德 蝸 桿 (ZA蠅 桿 ) 2軸面呈齒條（直廓）阿基米德螺旋線刃面過軸面 漸開線dbII III IIII IIIII IIIIIIIIII凸廓直廓刃面切于基圓柱面凸廓 一 、 主 要 參 數(shù) 及 幾 何 尺 寸二 、 正 確 嚙 合 條 件機械設計基礎 蝸桿傳動 一、主要參數(shù)及幾何尺寸機械設計基礎 蝸桿傳動1 模 數(shù)2 壓 力 角3 導 程 角4 分 度 圓 直 徑5 中 心 距 d1 p2 d a2d2df 2 df1da1 hahf

4、 h 1 模 數(shù)機械設計基礎 蝸桿傳動v m x1 = mt2=mv 具 體 見 表 6-1（ GB/T 10085-88）v 從 主 平 面 看 ， 蝸桿 齒 形 是 標 準 齒條 齒 形 ， 蝸 輪 齒形 是 漸 開 線 齒 輪齒 形v 嚙 合 傳 動 類 似 于齒 輪 齒 條 運 動 d1 p 2 壓 力 角機械設計基礎 蝸桿傳動v GB/T 10088-88規(guī) 定 ： v 阿 基 米 德 蝸 桿 ： =20v 動 力 傳 動 ： =25v 分 度 傳 動 ： =12 、 15v 從 主 平 面 看 ， 蝸 桿齒 形 是 標 準 齒 條 齒形 ， 蝸 輪 齒 形 是 漸開 線 齒 輪 齒

5、 形v 嚙 合 傳 動 類 似 于 齒輪 齒 條 運 動 d1 Bp2 3 導 程 角機械設計基礎 蝸桿傳動 v 根 據(jù) 正 確 嚙 合 條 件 ， 1= 2（ 蝸 輪 的 螺 旋 角 ）v 從 整 體 看 ， 蝸 桿 蝸 輪齒 面 間 的 相 對 運 動 類似 于 螺 旋 傳 動v 蝸 桿 的 導 程 角 相 當 于螺 紋 的 螺 旋 升 角 pz1p z1pd1111111tan dmzdmzdpz 4 分 度 圓 直 徑機械設計基礎 蝸桿傳動v 蝸 輪 分 度 圓 直 徑 同 齒 輪v d 2=mz2v 蝸 桿 分 度 圓 標 準 化， 以 限 制 刀 具 數(shù)v d1與 模 數(shù) 相 匹

6、配v 見 表 6-1 d1 Bp a2 da2d2df 2 df1da1 hahf h da2 5 中 心 距機械設計基礎 蝸桿傳動 v 其 余 幾 何 尺 寸 見 表 6-2v 反 映 功 率 大 小 2121 )(21 rrdda ad1 Bp de22 da2d2df 2 df1da1 hahf h 二、正確嚙合條件機械設計基礎 蝸桿傳動 v 正 確 嚙 合 條 件 ： mx1 = mt2=m x1 = t2= 1= 2v 旋 向 相 同 , 即 蝸 桿 、 蝸 輪 同 為 左 旋 ， 或 同 為 右 旋v 主 平 面 (中 間 平 面 ):通 過 蝸 桿 軸 線 并 垂 直 與 蝸 輪

7、 軸 線 的 平 面1b 2b 2fd 2ad2d 2cd 1d1fd1ad a 嚙合特點機械設計基礎 蝸桿傳動 v 幾 何 尺 寸 計 算 上 ， 按 主 平 面 的 參 數(shù) 仿 照 齒 輪 進 行 計 算v 受 力 上 ， 與 斜 齒 輪 相 似v 從 整 體 看 ， 蝸 桿 蝸輪 齒 面 間 的 相 對 運動 類 似 于 螺 旋 傳 動v 從 主 平 面 看 ， 蝸 桿齒 形 是 標 準 齒 條 齒形 ， 蝸 輪 齒 形 是 漸開 線 齒 輪 齒 形 ， 嚙合 傳 動 類 似 于 齒 輪齒 條 運 動 d1 Bp da2 a2 da2d2df 2L df1da1 hahf h 三、齒數(shù)和

8、傳動比機械設計基礎 蝸桿傳動 v z2 = i12 z1, (通 常 2970)v 從 整 體 看 ， 蝸 桿 蝸輪 齒 面 間 的 相 對 運動 類 似 于 螺 旋 傳 動v 蝸 桿 的 齒 數(shù) 即 蝸 桿的 頭 數(shù) ， z1 = 1, 2, 4、 6， 取 小 i ，, 自 鎖 性 好 d1122112 zznni v2 ,va112dd ?12dd v 材 料 要 求 ： 減 摩 性 好 、 耐 磨 、 抗 膠 合 、 足 夠 的 強 度一、蝸桿的材料v 高 的 強 度 、 剛 度 及 光 潔 度v 碳 鋼 45號 鋼 調 質 或 淬 火v 合 金 鋼 20Cr、 20CrMnTi(滲

9、碳 淬 火 )、 40Cr (表 面 淬 火 )二、蝸輪的材料 v 減 摩 、 抗 膠 合 、 抗 點 蝕v 鑄 錫 青 銅 ZCuSn10P1 適 合 高 速v 鑄 鋁 青 銅 ZCuAl 9Fe3 低 速 重 載 v 灰 鑄 鐵 HT200 低 速 輕 載 機械設計基礎 蝸桿傳動 三、蝸桿結構機械設計基礎 蝸桿傳動v 通 常 為 整 體 式 蝸 桿 軸 四、蝸輪結構機械設計基礎 蝸桿傳動v 通 常 為 組 合 式 一 、 失 效 形 式 及 設 計 準 則二 、 受 力 分 析三 、 輪 齒 表 面 的 接 觸 強 度 計 算四 、 輪 齒 的 彎 曲 強 度 計 算機械設計基礎 蝸桿傳動

10、 一、失效形式及設計準則機械設計基礎 蝸桿傳動2 設 計 準 則 主 要 考 慮 蝸 輪v 開 式 齒 輪 傳 動 ： 齒 面 磨 損 、 輪 齒 折 斷 v 保 證 齒 根 疲 勞 強 度v 閉 式 齒 輪 傳 動 ： 齒 面 膠 合 、 點 蝕v 按 齒 面 接 觸 疲 勞 強 度 設 計 ， 齒 根 疲 勞 強 度 校 核v 另 外 ， 還 應 作 熱 平 衡 計 算1 失 效 形 式v 失 效 ： 膠 合 、 磨 損 、 點 蝕 、 齒 根 折 斷 蝸 輪 輪 齒v 開 式 齒 輪 傳 動 ： 齒 面 磨 損 、 輪 齒 折 斷v 閉 式 齒 輪 傳 動 ： 齒 面 膠 合 、 點 蝕

11、v 由 于 蝸 輪 材 料 強 度 低 ， 失 效 通 常 發(fā) 生 在 蝸 輪 輪 齒 上 二、受力分析機械設計基礎 蝸桿傳動v 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, Fa2 Ft1 Fa2Fr1Fr2Fa1 Ft2tgFFF trr 221 1121 2 dTFF at 2221 2 dTFF ta mmNnPTiT 32112 109550 v 徑 向 力 的 判 斷 方 法 ：v 指 向 各 自 圓 心v 圓 周 力 的 判 斷

12、 方 法 ：v 利 用 轉 向 判 斷v 軸 向 力 的 判 斷 方 法 ：v 蝸 桿 左 、 右 手 方 法v 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 手作用力的方向機械設計基礎 蝸桿傳動 v 蝸 輪 的 轉 向 ： 與 Fa1反 向 Ft1 Fa2Fr1Fr2Fa1 Ft2 三、輪齒表面的接觸強度計算機械設計基礎 蝸桿傳動v 校 核 公 式 ：v 設 計 公 式 ：特 點 ：v 強 度 計 算 主

13、要 針 對 蝸 輪 輪 齒 （ 材 料 原 因 ）v 中 間 平 面 內 相 當 于 齒 條 與 齒 輪 嚙 合 ， 蝸 輪 類 似 于 斜 齒 輪v 蝸 輪 輪 齒 的 強 度 計 算 與 斜 齒 輪 相 似MPadKTd HH 510 122 3 22212 )510( mmKTzdm Hv說 明 ：1 z1、 z1的 選 擇 ： z1 查 表 6-1, 根 據(jù) 傳 動 比 選 擇 ； z226282 載 荷 系 數(shù) K： 據(jù) 經 驗 選 擇 , 見 p2443 許 用 接 觸 應 力 ： 表 6-3、 6-4 四、輪齒的彎曲強度計算機械設計基礎 蝸桿傳動v 說 明 ：v 由 于 齒 形

14、的 原 因 ， 通 常 蝸 輪 輪 齒 的 彎 曲 強 度 比 接 觸 強 度 大得 多 v 故 在 受 強 烈 沖 擊 、 z2特 多 或 開 式 傳 動 中 計 算 彎 曲 強 度 才 有意 義v 校 核 公 式 ：v 設 計 公 式 ： MPazdm YKT FFF cos2.2 212 2 32 212 2.2 mmz YKTdm F F 一 、 目 的 及 對 象二 、 計 算 方 法三 、 提 高 散 熱 能 力 方 法機械設計基礎 蝸桿傳動 一、目的及對象機械設計基礎 蝸桿傳動v二、計算方法v 熱 平 衡 時 ， 單 位 時 間 內 ： 發(fā) 熱 量 = 散 熱 量v 單 位 時

15、間 內 的 發(fā) 熱 量 (由 于 摩 擦 損 耗 引 起 )：v Q1=1000P1(1-)v 單 位 時 間 內 的 散 熱 量 ： v Q2=htA(t-t0)v Q1=Q2， 則 溫 升v 對 象 連 續(xù) 工 作 的 閉 式 蝸 桿 傳 動v 目 的 控 制 油 溫 ， 防 止 膠 合AhPttt t )1(1000 10 v使 用 時 控 制 ：v油 溫 t一 般 限 制 在6070 ， 不 超 過 80v溫 升 t5060 三、提高散熱能力方法機械設計基礎 蝸桿傳動v增 大 散 熱 面 積 ；v提 高 散 熱 系 數(shù) ： 在 蝸 桿 軸 端 加 裝 風 扇v箱 內 裝 冷 卻 水 管

16、 四、滑動速度機械設計基礎 蝸桿傳動v 潤 滑 、 散 熱 不 良 時 ： 易 產 生 磨損 、 膠 合 v 充 分 潤 滑 時 ： 有 利 于 油 膜 的 形成 ， 滑 動 速 度 越 大 ， 摩 擦 系 數(shù)越 小 ， 提 高 了 傳 動 效 率v 相 對 滑 動 速 度 很 大 產 生 的 利 弊 ： d1 v2 ,va1v1v2vssmndvvs cos60000cos 111 五、傳動效率機械設計基礎 蝸桿傳動v 軸 承 及 攪 油 損 失 效 率 2：v 滾 動 軸 承 ： 2=0.980.99v 滑 動 軸 承 ： 2=0.970.98v 設 計 之 初 ， 未 知 ， 可 按 z1 初 選 ：v z1 = 1 時 ， = 0.70.75 v z1= 2 時 ， = 0.750.82 v z1= 4 時 ， = 0.850.92 v 嚙 合 效 率 1類 似 于 螺 旋 副 ： d1 v2 ,va121 )tan(tan1