08渦輪蝸桿傳動(dòng)第八章

1知識(shí)回顧1、直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算：輪齒的受力分析，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算2、強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算說明，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，齒輪精度等級(jí)；

3、標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（自學(xué)）問題：1、齒向載荷分布系數(shù)Kβ的主要影響因素是什么？2、在齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)公式中相關(guān)參數(shù)如何取？K、Z1、YFaYSa/[σ]F3、如圖所示一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，分析主動(dòng)輪（右旋）1的軸向力？4、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。12ω12影響因素(1)支承情況對(duì)稱布置——好非對(duì)稱布置——差懸臂布置——差(2)齒輪寬度↑齒向載荷分布系數(shù)↑(3)齒面硬度越高，越易偏載，齒面較軟時(shí)有變形退讓。(4)制造、安裝精度越高，齒向載荷分布系數(shù)越小。3大作業(yè)4：齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)如圖所示給料機(jī)用二級(jí)圓柱齒輪減速器中低速級(jí)的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。已知低速級(jí)小齒輪傳遞的功率P＝17kW，小齒輪的轉(zhuǎn)速n1＝30r/min，傳動(dòng)比i＝4，單向傳動(dòng)，工作平穩(wěn)，每天工作8小時(shí)，每年工作300天，預(yù)期壽命10年。要求：基本要求同大作業(yè)3，同時(shí)要求說明書層次清楚，數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)出齒輪的結(jié)構(gòu)。聯(lián)軸器錐齒輪斜齒輪4第八章蝸桿傳動(dòng)

5計(jì)劃學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：

蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用。蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇。蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及材料選擇。蝸桿傳動(dòng)的受力分析及運(yùn)動(dòng)分析，蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算。蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算。蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1）了解蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用。

2）掌握普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇原則。

3）掌握蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和常用材料及選用原則。4）掌握蝸桿傳動(dòng)的受力分析及其強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)。

5）了解對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行效率計(jì)算和熱平衡計(jì)算的意義和方法，掌握提高傳動(dòng)效率和散熱能力的措施。68.1蝸桿傳動(dòng)的類型及特點(diǎn)

一、蝸桿傳動(dòng)的類型

按蝸桿形式分——圓柱蝸桿傳動(dòng)

環(huán)面蝸桿

錐蝸桿

71）圓柱蝸桿傳動(dòng)

(1)阿基米德蝸桿(ZA)

(2)漸開線蝸桿(ZI)

(3)法向直廓蝸桿(ZN)

(4)錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK)

圓弧圓柱蝸桿(ZC)

普通圓柱蝸桿直線刀刃車刀車制

——銑刀銑制——凸圓弧形銑刀銑制

蝸輪用與配對(duì)蝸桿尺寸和形狀相一致的刀具在滾齒機(jī)上加工，滾切時(shí)的中心距與蝸桿傳動(dòng)的中心距相同。由于刀具加工位置的不同，圓柱蝸桿可分為：82）環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

——蝸桿軸向?yàn)榘紙A弧面，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上。主平面內(nèi)：蝸桿、蝸輪均為直線齒廓。特點(diǎn)：同時(shí)嚙合齒數(shù)較多；易于形成油膜，承載能力強(qiáng)，效率較高。

3）錐蝸桿傳動(dòng)

特點(diǎn)：同時(shí)嚙合齒數(shù)較多；傳動(dòng)比范圍大，側(cè)隙可調(diào)；傳動(dòng)具有不對(duì)稱性。

9二、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)

1）傳動(dòng)比大

2）連續(xù)嚙合，傳動(dòng)平穩(wěn)。

3）具有自鎖性。

4）齒面相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦磨損較大，效率較低。

i=50～80——?jiǎng)恿鲃?dòng)i=300——分度機(jī)構(gòu)imax=1000——傳遞運(yùn)動(dòng)5）用于實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)傳遞，一般交錯(cuò)角為90°。

6）通常用于中、小功率非長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的應(yīng)用場(chǎng)合。108.2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算

一、主要參數(shù)及其選擇

主平面——通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面。

主平面內(nèi)蝸桿蝸輪傳動(dòng)相當(dāng)于

——直齒條與漸開線齒輪的嚙合傳動(dòng)。

主平面蝸桿——軸面參數(shù)蝸輪——端面參數(shù)111）模數(shù)m和壓力角

正確嚙合條件,旋向相同α=20°—標(biāo)準(zhǔn)值

25°—

動(dòng)力傳動(dòng)

12°、15°—分度傳動(dòng)。m——GB10088-88。12保證足夠的嚙合區(qū)：2）蝸桿頭數(shù)Z1

和蝸輪齒數(shù)Z2

Z1↓傳動(dòng)比較大，易自鎖，但傳動(dòng)效率低。Z1

↑傳動(dòng)效率高，但加工困難。Z1=1，2，4，6動(dòng)力傳動(dòng)，保證足夠的彎曲強(qiáng)度：Z2=28~80

3）導(dǎo)程角γ

導(dǎo)程134）蝸桿的分度圓直徑d1和直徑系數(shù)q

蝸桿加工

蝸輪加工

即使m、Z1相同，若d1不同，則γ也不同，則加工蝸輪的滾刀就不同。所以為避免滾刀的數(shù)目太多，規(guī)定蝸桿分度圓直徑標(biāo)準(zhǔn)化，并與模數(shù)相匹配。令：——蝸桿的直徑系數(shù)qZtgmqd/

11==\g，145）傳動(dòng)比i

和齒數(shù)比u6）標(biāo)準(zhǔn)中心距a

15

蝸桿、蝸輪的齒頂高、齒根高、齒全高、齒頂圓直徑、齒根圓直徑可用直齒輪公式計(jì)算。

2.0,1**==cha二、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算

16三、蝸桿傳動(dòng)變位的特點(diǎn)（自學(xué)）變位目的

變位實(shí)現(xiàn)——

利用蝸輪加工刀具相對(duì)于蝸輪毛坯的徑向位移來實(shí)現(xiàn)。(1)配湊中心距(2)提高蝸桿傳動(dòng)的承載能力

(3)改變傳動(dòng)比

(4)提高效率

蝸輪變位，蝸桿不變位——

變位后蝸輪分度圓與節(jié)圓仍然重合，但蝸桿在主平面上的節(jié)線不再與分度線重合。171）中心距改變，a傳動(dòng)比i12不變！182）中心距不變，傳動(dòng)比i12改變！198.3普通圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算

一、失效形式，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及常用材料

齒面膠合過度磨損開式傳動(dòng)——主要失效是齒面磨損和輪齒折斷。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。蝸輪最常見失效：

1、失效形式：齒面點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合和過度磨損。2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式傳動(dòng)——主要失效是膠合和點(diǎn)蝕。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。計(jì)算熱平衡和蝸桿剛度。203、常用材料

蝸桿材料40、45鋼，調(diào)質(zhì)——低速不太重要蝸輪材料

鑄造錫青銅——

Vs≥3。減摩性好，價(jià)貴，強(qiáng)度稍低。鑄造鋁鐵青銅——Vs≤4。減摩性稍差，價(jià)廉，強(qiáng)度高。要求：足夠的強(qiáng)度、良好的減摩耐磨性、良好的抗膠合性。40、45鋼、40Cr，表面淬火——一般傳動(dòng)15Cr、20Cr、12CrMnT等，

滲碳淬火——高速重載鑄鐵灰鑄鐵球墨鑄鐵——Vs≤2。進(jìn)行時(shí)效處理防止變形。二、蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸輪轉(zhuǎn)向的判別：Fa1的反向即為蝸輪圓周速度方向。判定蝸輪轉(zhuǎn)向例1

判定蝸輪轉(zhuǎn)向例21、力的方向和蝸輪轉(zhuǎn)向的判別

徑向力Fr

——指向各自軸線。軸向力Fa1——蝸桿左(右)手螺旋定則。圓周力Ft——主反從同。

根據(jù)蝸桿的齒向(左旋或右旋)伸左手或右手，四指沿蝸桿的轉(zhuǎn)向握住軸線，大拇指所指即為蝸桿所受的軸向力Fa1的方向。——作用于垂直于蝸桿輪齒齒向的法平面內(nèi)。

法向力Fn1232、力的大小

圓周力：

軸向力：

徑向力：

蝸桿主動(dòng)時(shí)：

24例題：在圖示傳動(dòng)系統(tǒng)中，件1和2均為斜齒圓柱齒輪，件3為蝸桿，件4為蝸輪。已知齒輪1輪齒螺旋線方向?yàn)樽笮?，其轉(zhuǎn)向如圖所示，輸入軸轉(zhuǎn)速n1=960r/min，輸入功率P=3kW，齒輪齒數(shù)，Z1=21，Z2=62，法向模數(shù)mn=2.5mm，分度圓螺旋角β=8.849725，分度圓柱上的法面壓力角αn=20。請(qǐng)回答下列問題：251）齒輪2的輪齒螺旋線方向是

旋。（1分）2）在圖中畫出齒輪1、齒輪2在節(jié)點(diǎn)A所受的軸向力Fa1和Fa2、圓周力Ft1和Ft2、徑向力Fr1和Fr2的方向并計(jì)算其大小。（6分）3）為使在Ⅱ軸上的齒輪2與蝸桿3的軸向力相互抵消一部分，蝸桿3的螺旋線方向應(yīng)該是

旋，并在圖中畫出蝸桿的旋向；在節(jié)點(diǎn)B處畫出蝸桿3所受的軸向力、圓周力和徑向力的方向，在節(jié)點(diǎn)B處畫出蝸輪4所受的圓周力和徑向力的方向，在圖中畫出蝸輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。（8分）解：1）右旋。（1分）（1分）（1分）2）26（1分）（1分）3）右旋；（1分），畫出螺旋線方向(1分)蝸桿3和蝸輪4所受個(gè)分力方向如圖所示，蝸輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖所示。(6分)27Fa1Fa2Fr1Fr2·Ft1×Ft1Fa3Ft4Fr4Fr3·Ft3n4×Fa428知識(shí)回顧！1、蝸桿傳動(dòng)類型，特點(diǎn)及應(yīng)用；2、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算;

3、蝸桿傳動(dòng)變位特點(diǎn)（自學(xué)）；4、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，常用材料及選擇原則，蝸桿傳動(dòng)的受力分析。293、下圖所示傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，確定各軸的回轉(zhuǎn)方向，蝸輪輪齒的螺旋方向，蝸輪蝸桿所受各力的方向和位置。1234右旋蝸桿（主動(dòng)）ХХ問題：1、確定蝸桿的頭數(shù)zl

和蝸輪的齒數(shù)z2

應(yīng)考慮哪些因素？

2、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么？30三、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算（也可以根據(jù)教材內(nèi)容）1）蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算原則：按主平面內(nèi)斜齒輪與齒條嚙合進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算！

校核公式：

ZE——材料的彈性系數(shù)

——載荷系數(shù)

——載荷平穩(wěn)——V2≤3，精制蝸桿——載荷變化大，沖擊振動(dòng)——V2>3，一般蝸桿Zρ——

接觸系數(shù)KA——使用系數(shù)，見教材表11-531—基本許用接觸應(yīng)力?！佑|強(qiáng)度壽命系數(shù)：

設(shè)計(jì)公式：

定m,q1）當(dāng)蝸輪材料,——失效形式為膠合。

∴許用應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)N無關(guān)許用應(yīng)力查表。2）若蝸輪材料,——失效形式為點(diǎn)蝕。∴許用應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)N有關(guān)（查表）——蝸輪齒面許用接觸應(yīng)力322）蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

齒根折斷一般發(fā)生在Z2>90或開式傳動(dòng)中，∴閉式傳動(dòng)一般只作彎曲強(qiáng)度的校核計(jì)算；重載時(shí)，判斷輪齒的彈性變形量是否影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。計(jì)算原則：按主平面內(nèi)斜齒輪與齒條嚙合進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算！

蝸輪看作斜齒輪，由斜齒輪齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式得：校核公式：

33——蝸輪基本許用應(yīng)力——蝸輪許用彎曲應(yīng)力——彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：

設(shè)計(jì)公式：

定m,d1，

q（查表）34四、蝸桿的剛度計(jì)算

計(jì)算模型：

簡(jiǎn)支梁。

集中載荷：

剛度計(jì)算條件：

計(jì)算目的：防止彈性變形過大而造成蝸桿蝸輪不能正確嚙合，加劇齒面磨損。

許用最大撓度:

蝸桿截面慣性矩:

35精度等級(jí)：1，2，…，6，7，8，9，10，11，12

五、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)及其選擇

高低

常用6級(jí)——中等機(jī)床分度機(jī)構(gòu)(插齒機(jī)滾齒機(jī))、讀數(shù)裝置精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；V2>5m/s。

7級(jí)——一般精度要求的動(dòng)力傳動(dòng)，中等速度V2<7m/s。

8級(jí)——短時(shí)工作低速傳動(dòng)V2≤3m/s。

9級(jí)——低速、低精度，簡(jiǎn)易機(jī)構(gòu)中。

8.4蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度及效率

一、蝸桿傳動(dòng)的滑動(dòng)速度

V1——蝸桿節(jié)點(diǎn)圓周速度

V2——蝸輪節(jié)點(diǎn)圓周速度

蝸桿蝸輪齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度Vs

沿輪齒齒向。v11、易發(fā)生齒面磨損和膠合。

較大的滑動(dòng)速度易引起：2、若潤(rùn)滑條件良好，則有助于形成潤(rùn)滑油膜，減少摩擦，提高傳動(dòng)效率。

37二、蝸桿傳動(dòng)的效率

——由嚙合摩擦損耗所決定的效率

——當(dāng)量摩擦角——軸承的效率

——蝸桿或蝸輪攪油引起的效率

蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)估取傳動(dòng)效率，參考教材388.5蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算

一、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑

目的：1）提高效率；

2）降低溫升，防止磨損和膠合。1、潤(rùn)滑油——表11.202、潤(rùn)滑油粘度及給油方法3、潤(rùn)滑油量——適當(dāng)

低