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1、第12章 蝸桿傳動(dòng)基本內(nèi)容：類型、應(yīng)用、失效形式、材料選擇、力的分析、強(qiáng)度計(jì)算、效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算等。基本要求：掌握蝸桿傳動(dòng)的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算、了解熱平衡原理和計(jì)算方法、蝸桿傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)等。學(xué) 時(shí)：課堂教學(xué)：3學(xué)時(shí)。第一講12-1 概述一、 特點(diǎn)和應(yīng)用在大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角90。廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門。結(jié)構(gòu)組成：蝸桿 一般為主動(dòng)件 蝸輪 根據(jù)蝸桿與蝸輪的相互位置：上置蝸桿傳動(dòng) 下置蝸桿傳動(dòng) 旁置蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：1） 能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比。2） 結(jié)構(gòu)緊湊3） 工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、沖擊振動(dòng)小。4） 可以實(shí)現(xiàn)自鎖。缺點(diǎn)：
2、5） 傳動(dòng)效率較低一般 0.70.9具有自鎖性能 0.4 6） 需用貴重的減摩材料（如青銅）制造。材料價(jià)格較高。二、分類 按蝸桿形狀不同可分為三類圓柱蝸桿傳動(dòng)：環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)，見(jiàn)圖按蝸桿螺旋線方向不同：左旋蝸桿 右旋蝸桿按蝸桿頭數(shù)不同：?jiǎn)晤^蝸桿：主要用于傳動(dòng)比較大的場(chǎng)合，要求自鎖的傳動(dòng)必須采用單頭蝸桿。多頭蝸桿：主要用于傳動(dòng)比不大和要求效率較高的場(chǎng)合。對(duì)于圓柱蝸桿傳動(dòng)：根據(jù)加工時(shí)刀具位置的不同，可以分為三種1、阿基米德蝸桿：2、漸開(kāi)線蝸桿： 3、法向直廓蝸桿： 12-2 圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸中間平面通過(guò)蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面對(duì)于阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)在中間平面上為齒條
3、與齒輪嚙合傳動(dòng)。一、主要參數(shù)模數(shù)m、壓力角、蝸桿分度圓直徑d1、蝸桿直徑系數(shù)q、蝸桿導(dǎo)程角、螺旋角。蝸桿頭數(shù)Z1、蝸輪齒數(shù)Z2、傳動(dòng)比i、齒速比u、中心距a、變位系數(shù)x。1、模數(shù)m和壓力角 在中間平面上 蝸桿的模數(shù)軸向模數(shù)mx 蝸輪的模數(shù)端面模數(shù)mt（因蝸桿的軸向齒距px應(yīng)與蝸輪端面齒距pt相等，故mxmtm為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)）蝸桿的壓力角軸向壓力角x蝸輪的壓力角端面壓力角t （ xt20）2、蝸桿分度圓直徑d1，亦稱蝸桿中圓直徑。由于蝸輪的加工，采用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀切制，故為了蝸輪刀具規(guī)定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，將蝸桿分度圓直徑d1定為標(biāo)準(zhǔn)值。3、蝸桿直徑系數(shù)q和導(dǎo)程角將蝸桿由分度圓展開(kāi)，設(shè)蝸
4、桿頭數(shù)為Z1，則 qZ1 /式中 程角角的范圍為3533 由于蝸桿傳動(dòng)的交錯(cuò)角為90，故24、蝸桿頭數(shù)Z1、蝸輪齒數(shù)Z2、傳動(dòng)比i蝸桿頭數(shù)Z1當(dāng)要求反行程自鎖時(shí)，可取Z11。但重載傳動(dòng)不宜采用單頭蝸桿。常用的蝸桿頭數(shù)為l、2、4、6。蝸輪齒數(shù)Z2根據(jù)齒數(shù)比和蝸桿頭數(shù)決定：Z2iZ1。蝸輪齒數(shù)一般取Z23280齒。傳動(dòng)比i 因?yàn)槲仐U轉(zhuǎn)一圈，蝸輪轉(zhuǎn) 圈，所以蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比i和齒數(shù)比u分別為：5、中心距 a對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件 模數(shù)相等 壓力角相等 旋向相同 蝸桿的導(dǎo)程角等于蝸輪的螺旋角。二、圓樁蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算 圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本幾何尺寸見(jiàn)圖，有關(guān)尺寸的計(jì)算公式見(jiàn)表。第二
5、講12-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)一、失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效形式和齒輪傳動(dòng)類似，但由于蝸輪和蝸桿之間的相對(duì)滑動(dòng)較大，因摩擦產(chǎn)生熱量大，使?jié)櫥蜏囟壬?，?rùn)滑條件變壞，更容易產(chǎn)生膠合和磨粒磨損。對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)，如果不能及時(shí)散熱，往往因膠合而影響其工作對(duì)開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)或潤(rùn)滑條件不良閉式蝸桿傳動(dòng)，則磨損就顯得突出在蝸桿傳動(dòng)中，點(diǎn)蝕通常只出現(xiàn)在蝸輪輪齒上。二、材料1、對(duì)材料的基本要求： 具有足夠的強(qiáng)度 具有足夠的剛度 其材料的匹配（或組合）上應(yīng)具有良好的減磨性、耐磨性和抗膠合能力。2、常用材料 蝸桿材料：考慮到蝸桿應(yīng)具有一定強(qiáng)度和剛度要求，一般采用鋼制造。按材料分：有碳鋼和合金鋼 對(duì)高速重載或比
6、較重要的、要求持久性高的動(dòng)力傳動(dòng)的蝸桿傳動(dòng)，采用硬面蝸桿采用低碳合金鋼：20Cr 、20CrMnTi 等，表面滲碳淬火，表面硬度58 HRC63HRC或采用中碳鋼、中碳合金鋼：40 、45、42SIMn等，表面淬火，硬度45 HRC55 HRC，32CrMo 50CrV ，滲氮 ， 65 HRC70HRC在制造時(shí)必須磨削，用氮化鋼滲氮處理的蝸桿可以不磨削，但需要拋光。 受短時(shí)沖擊載荷的蝸桿，中低速、中等載荷的蝸桿傳動(dòng)，用調(diào)質(zhì)蝸桿45 、40Cr、 40CrNi 、42CrMo等，調(diào)質(zhì)，硬度 270 HB 蝸輪直徑很大時(shí)，也可以采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。 蝸輪材料，通常是指蝸輪齒冠部分的材料。
7、 鑒于與蝸桿材料之間的匹配關(guān)系，主要有以下幾種： 青銅 ZCusnl0PI砂型鑄造；（10l鑄錫青銅）離心鑄造ZCusnl0ZnZ砂型鑄造；（l2鑄錫青銅）離心鑄造錫青銅的特點(diǎn)：其強(qiáng)度極限小于 300 MPa，減摩性，耐磨性、抗膠合性能好，但價(jià)格較高。適用與滑動(dòng)速度Vs 1215 m / s的重要傳動(dòng)中。無(wú)錫青銅的特點(diǎn)：其強(qiáng)度極限大于 300 MPa，機(jī)械性能較高，耐沖擊，但抗膠合性能較差（容易發(fā)生膠合），價(jià)格較低，適用與滑動(dòng)速度Vs 小于 6 m / s的傳動(dòng)中。 黃銅 抗點(diǎn)蝕強(qiáng)度高，但磨損性能差，宜用于低滑動(dòng)速度場(chǎng)合。 灰鑄鐵 HT300球墨鑄鐵 QT8002適用于滑動(dòng)速度Vs 小于 2m
8、 / s的工況。，直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。三、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿通常與軸做成整體，常見(jiàn)的蝸桿結(jié)構(gòu)例見(jiàn)圖a圖 結(jié)構(gòu)既可以車制，也可以銑制，b圖 結(jié)構(gòu)只能銑制。蝸輪可制成整體的或組合的。12-4 圓柱蝸桿傳動(dòng)受力分析與斜齒輪相似，蝸桿傳動(dòng)中作用在齒面上的法向壓力Fn仍可分解為圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。顯然，作用于蝸桿上的軸向力等于蝸輪上的圓周力；蝸桿上的圓周力等于蝸輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力則等于蝸輪上的徑向力。這些對(duì)應(yīng)力的數(shù)值相等，方向彼此相反。 已知：T1、T2、d1、d2作用于蝸輪輪齒上的圓周力Ft2、軸向力Fa2、徑向力Fr2分別為： 式中 ：第三講12-5 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)
9、度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算與齒輪傳動(dòng)一樣，其計(jì)算的理論依據(jù)同齒輪傳動(dòng)相同。蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算 仍以赫之公式為理論計(jì)算基礎(chǔ)。對(duì)于鋼制蝸桿和青銅或鑄鐵蝸輪校核式設(shè)計(jì)式 許用應(yīng)力的確定： 當(dāng)蝸輪材料為錫青銅制造時(shí)，蝸輪的失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕 其許用應(yīng)力由表12-4確定 當(dāng)蝸輪材料為無(wú)錫青銅或鑄鐵制造時(shí)，蝸輪的失效形式主要是膠合（不屬于疲勞性質(zhì)） 其許用應(yīng)力由表12-5確定12-6 圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的效率閉式蝸桿傳動(dòng)的效率與齒輪傳動(dòng)的效率類似，即式中：1傳動(dòng)嚙合效率；2油的攪動(dòng)和飛濺損耗時(shí)的效率；3軸承效率。 蝸桿主動(dòng)總效率： 式中 當(dāng)量摩擦角?？筛鶕?jù)滑動(dòng)速度由表1
10、22查取 滑動(dòng)速度根據(jù)下式計(jì)算：在作初步設(shè)計(jì)時(shí)，蝸桿傳動(dòng)的總效率可取下列數(shù)值： 對(duì)于閉式傳動(dòng) Z1=1 =070075Z1=2 =075082Z1=4 =087092對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng) Z1=1、2 =060070二、 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑1、潤(rùn)滑劑的選擇潤(rùn)滑油粘度指標(biāo)是選擇潤(rùn)滑劑的主要依據(jù)，可參考表115確定。2、潤(rùn)滑方法蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法主要根據(jù)滑動(dòng)速度大小確定Vs 5m/s 浸油潤(rùn)滑；5m/s Vs10m/s 浸油潤(rùn)滑或壓力噴油潤(rùn)滑，Vs10 m/s 壓力噴油潤(rùn)滑 三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)效率低，發(fā)熱量大，若不及時(shí)散熱，會(huì)引起油溫升高，潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對(duì)連
11、續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。根據(jù)熱功當(dāng)量原理：傳動(dòng)的發(fā)熱量為 1000 Pl（1）箱體的散熱量為 t A（t一to）根據(jù)熱平衡條件： 單位時(shí)間內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)的發(fā)熱量等于散發(fā)出去的熱量由此得 1000 Pl（1）t A（t一to） t t 此處：P1蝸桿傳遞功率； 傳動(dòng)效率 （t一to）t溫度差 ，一般為6070 to工作環(huán)境溫度，通常取20； t箱體內(nèi)的工作溫度；t90t一表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，根據(jù)箱體周圍通風(fēng)條件： 一般取t 10 17 W/（m2）A箱體的散熱面積 m2若油溫過(guò)高，達(dá)不到熱平衡的條件，可采取下列措施：在不增大箱體尺寸的前提下，設(shè)法增加散熱而積。如增加散熱片等在蝸桿軸端裝設(shè)風(fēng)扇：這是最簡(jiǎn)單的強(qiáng)制冷卻的方法。外冷卻壓力噴油潤(rùn)滑：需配置潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)。油池內(nèi)安裝冷卻水管。- 11 -
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