蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)

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1、蝸輪蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)是用來(lái)傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。最常用的是軸交角∑=90的減速傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比，在傳遞動(dòng)力時(shí)，傳動(dòng)比一般為5~80，常用15~50；在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可達(dá)300，若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。蝸輪蝸桿傳動(dòng)工作平穩(wěn)無(wú)噪音。蝸桿反行程能自鎖。 重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容 本章中阿基米德蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)參數(shù)、受力分析、材料選擇、強(qiáng)度計(jì)算、傳動(dòng)效率等為重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。對(duì)熱平衡計(jì)算、潤(rùn)滑方法、蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)等也應(yīng) 一、蝸桿傳動(dòng)的類型 　 圓柱蝸桿傳動(dòng) 環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 錐蝸桿傳動(dòng) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 阿基米德蝸

2、桿 (ZA蝸桿) 漸開(kāi)線蝸桿 (ZI蝸桿) 法向直廓蝸桿 (ZN蝸桿) 錐面包絡(luò)蝸桿 (ZK蝸桿) 與上述各類蝸桿配對(duì)的蝸輪齒廓，完全隨蝸桿的齒廓而異。蝸輪一般是在滾齒機(jī)上用滾刀或飛刀加工的。為了保證蝸桿和蝸輪能正確嚙合，切削蝸輪的滾刀齒廓，應(yīng)與蝸桿的齒廓一致；深切時(shí)的中心距，也應(yīng)與蝸桿傳動(dòng)的中心距相同。 圓柱蝸桿傳動(dòng) １、通圓柱蝸桿傳動(dòng) （１）阿基米德蝸桿 這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面(即端面)上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓(即軸向齒廓)為直線，其齒形角α0=20。它可在車床上用直線刀刃的單刀(當(dāng)導(dǎo)程角γ≤3時(shí))或雙刀(當(dāng)

3、γ>3時(shí))車削加工。安裝刀具時(shí)，切削刃的頂面必須通過(guò)蝸桿的軸線。這種蝸桿磨削困難，當(dāng)導(dǎo)程角較大時(shí)加工不便。 （２）漸開(kāi)線蝸桿 漸開(kāi)線蝸桿(ZI蝸桿)　蝸桿齒面為漸開(kāi)螺旋面，端面齒廓為漸開(kāi)線。加工時(shí)，車刀刀刃平面與基圓相切。可以磨削，易保證加工精度。一般用于蝸桿頭數(shù)較多，轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動(dòng)。 （３）法向直廓蝸桿 這種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開(kāi)線，法面(N-N)齒廓為直線。ZN蝸桿也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車床上車削加工。車削時(shí)車刀刀刃平面置于螺旋線的法面上，加工簡(jiǎn)單，可用砂輪磨削，常用于多頭精密蝸桿傳動(dòng)。 （４）錐面包絡(luò)蝸桿 這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車

4、床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時(shí)，盤狀銑刀或砂輪放置在蝸桿齒槽的法向面內(nèi)，除工件作螺旋運(yùn)動(dòng)外，刀具同時(shí)繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，銑刀(或砂輪)回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面，在I-I及N-N截面上的齒廓均為曲線。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。 ２、圓弧圓柱蝸桿 圖示的圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)和普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相似，只是齒廓形狀有所區(qū)別。這種蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的刀具切制的，而蝸輪是用范成法制造的。在中間平面(即蝸桿軸線和蝸桿副連心線所在的平面)上，蝸桿的齒廓為凹弧，而與之相配的蝸輪的齒廓?jiǎng)t為凸弧形。所以，圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)是一種凹凸弧齒廓相嚙

5、合的傳動(dòng)，也是一種線接觸的嚙合傳動(dòng)。其主要特點(diǎn)為:效率高，一般可達(dá)90%以上；承載能力高，一般可較普通圓柱蝸桿傳動(dòng)高出50%～150%；體積??；質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)緊湊。這種傳動(dòng)已廣泛應(yīng)用到冶金、礦山、化工、建筑、起重等機(jī)械設(shè)備的減速機(jī)構(gòu)中。 （二）環(huán)面蝸桿 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特征是，蝸桿體在軸向的外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，所以把這種蝸桿傳動(dòng)叫做環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(見(jiàn)下圖)。在這種傳動(dòng)的嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上，亦即蝸桿的節(jié)弧沿蝸輪的節(jié)圓包著蝸輪。在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。由于同時(shí)相嚙合的齒對(duì)多，而且輪齒的接觸線與蝸桿齒運(yùn)動(dòng)的方向近似于垂直，這就大大改善了輪齒受力情

6、況和潤(rùn)滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德蝸桿傳動(dòng)的2～4倍，效率一般高達(dá)0.85～0.9；但它需要較高的制造和安裝精度。 　　除上述環(huán)面蝸桿傳動(dòng)外，還有包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。這種蝸桿傳動(dòng)分為一次包絡(luò)和二次包絡(luò)(雙包)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)兩種。它們的承載能力和效率較上述環(huán)面蝸桿傳動(dòng)均有顯著的提高。 （三）錐蝸桿 錐蝸桿傳動(dòng)也是一種空間交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，兩軸交錯(cuò)角通常為90。蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋所形成的，故稱為錐蝸桿。而蝸輪在外觀上就象一個(gè)曲線齒錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機(jī)上加工而成的，故稱為錐蝸輪。錐蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是：同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；傳動(dòng)比范圍

7、大(一般為10～360)，承載能力和效率較高；側(cè)隙便于控制和調(diào)整；能作離合器使用；可節(jié)約有色金屬；制造安裝簡(jiǎn)便，工藝性好。但由于結(jié)構(gòu)上的原因傳動(dòng)具有不對(duì)稱性，因而正、反轉(zhuǎn)時(shí)受力不同，承載能力和效率也不同。 二、蝸桿傳動(dòng)的幾何參數(shù)和尺寸計(jì)算 在計(jì)算蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸之前，先要選擇蝸桿傳動(dòng)的幾何參數(shù)。 圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要幾何參數(shù) 名 稱 符號(hào) 說(shuō)明 模數(shù) m 1）m的大小由強(qiáng)度計(jì)算確定，并按GB（表2）取標(biāo)準(zhǔn)值 2）蝸桿軸向模數(shù)ma1=蝸輪端面模數(shù)mt2=模數(shù)m 壓力角 α 1）α的標(biāo)準(zhǔn)值是20，動(dòng)力傳動(dòng)允許25，分度傳動(dòng)允許15或12 2）ZA

8、蝸桿軸向壓力角αa=α；ZA、ZI、ZK蝸桿法向壓力角αn=α 蝸桿直徑系數(shù) q 1）是一個(gè)將蝸桿分度圓直徑d1限制為標(biāo)準(zhǔn)值的參數(shù)：q=d1/m，其值見(jiàn)表2 2）引入該參數(shù)是為了限制切制蝸輪時(shí)所需要的滾刀數(shù)目，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。 蝸桿頭數(shù) z1 通常取z1=1、2、4、6，頭數(shù)過(guò)多，導(dǎo)程角過(guò)大會(huì)使加工困難。 蝸輪齒數(shù) z2 為了保證始終有兩對(duì)以上齒嚙合，通常規(guī)定z2>28,以增加傳動(dòng)的平穩(wěn)性 傳動(dòng)比 i12 1）i12=n1/n2=z2/z1=d2/（mz1）=（2a-d1）/（mz1）=（2a/m-q）/z1 2）減速傳動(dòng)時(shí)常用i=15~50，薦用

9、的蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)比之間的對(duì)應(yīng)值見(jiàn)表1 齒數(shù)比 u u=蝸輪齒數(shù)z2/蝸桿頭數(shù)z1，減速傳動(dòng)時(shí)u=i 蝸桿導(dǎo)程角 γ 1）γ多在3~31之間。γ小易自鎖，γ大傳動(dòng)效率高，但蝸桿加工困難 2）tgγ=z1/q，要求有自鎖性能時(shí)，γ應(yīng)小，即應(yīng)取頭數(shù)z1=1 中心距 a a的大小能反映傳遞功率的大小，標(biāo)準(zhǔn)中心距見(jiàn)表2 蝸輪變位系數(shù) x2 1）變位的主要目的是配湊中心距和湊傳動(dòng)比，使之符合標(biāo)準(zhǔn)或推薦值。 2）為保持加工蝸輪時(shí)的滾刀尺寸不變，蝸桿是不變位的。 3） 當(dāng)配湊中心距時(shí)x2=（a-a）/m 圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要幾何尺寸的計(jì)算公式 名 稱

10、 符號(hào) 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 備注 中心距 a a=0.5m(q+z2) a=0.5m(q+z2+2x2)(變位) 蝸桿分度圓直徑 d1 d1=mq 按規(guī)定選取 蝸桿軸向齒距 pa pa=mπ 　 蝸桿導(dǎo)程 pz pz=z1pa 　 蝸桿導(dǎo)程角 γ γ=arctg z1/q 是分度圓柱上的導(dǎo)程角 頂隙 c c=c*m c*=0.2 蝸桿齒頂高 ha1 ha1= ha*m 一般ha*=1，短齒，ha* =0.8 蝸桿齒根高 hf1 hf1=（ha*+c*）m 　

11、蝸桿齒高 h1 h1=ha1+hf1 　 蝸桿齒頂圓直徑 da1 da1=d1+2ha1 蝸桿齒根圓直徑 df1 df1=d1-2hf1 蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度 b1 見(jiàn)下表 蝸桿軸向齒厚 Sa1 Sa1=0.5πm 蝸桿法向齒厚 Sn1 Sn1=Sa1cosγ 蝸輪分度圓直徑 d2 d2=mz2 蝸輪齒頂高 ha2 ha2=ha*m ha2=m(ha*+x2)(變位) 蝸輪齒根高 hf2 hf2=m(ha*+c*) hf2=m(ha*-x2+c*)(變位) 蝸輪喉圓

12、直徑 da2 da2=d2+2ha2 蝸輪齒根圓直徑 df2 df2=d2-2hf2 蝸輪齒寬 b2 　 b2≈2m(0.5+)) 蝸輪齒根圓弧半徑 R1 R1=0.5da1+c R1=0.5da1+c 蝸輪齒頂圓弧半徑 R2 R2=0.5df1+c R2=0.5df1+c 蝸輪頂圓直徑 de2 見(jiàn)下表 蝸輪輪緣寬度 B 見(jiàn)下表 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2 rg2=a-da2/2 B、de2、b1的計(jì)算公式 z1 B de2 x2 b1 1 ≤0.75 ≤+2

13、m 0 ≥(11+0.06)m 當(dāng)變位系數(shù)為中間值時(shí),b1取鄰近兩公式所求值的較大者。經(jīng)磨削的蝸桿，按左式所求的長(zhǎng)度應(yīng)再增加下列值: 當(dāng)m<10mm時(shí)，增加25mm; 當(dāng)m=10～16mm時(shí)，增加35～40mm; 當(dāng)m>16mm時(shí)，增加50mm -0.5 ≥(8+0.06)m -0.1 ≥(10.5+)m 2 ≤+1.5m 0.5 ≥(11+0.1)m 1.0 ≥(12.5+0.1)m 4 ≤0.67 ≤+m 0 ≥(12.5+0.09)m -0.5 ≥(9.5+0.09)m -0.1 ≥(10.5+)m 0.5 ≥

14、(12.5+0.1)m 1.0 ≥(13+0.1)m 三、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 　 1. 失效形式 　 1）蝸桿傳動(dòng)齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱量大，故閉式蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是膠合，其次是點(diǎn)蝕和磨損。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的失效形式是磨損和齒根彎曲折斷。 　 2）由于蝸桿是螺旋齒、材質(zhì)強(qiáng)度又高于蝸輪，所以蝸桿傳動(dòng)的失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪上。 　 2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1）閉式傳動(dòng)：a. 按齒面接觸強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，控制蝸輪齒面的點(diǎn)蝕和膠合 b.按齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度條件校核，控制輪齒的彎曲折斷和磨損 c. 進(jìn)行熱平衡計(jì)算，控制溫升。 2）開(kāi)式傳動(dòng)： 按齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，控

15、制輪齒的彎曲折斷和磨損 　 　 　蝸桿按照直軸設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行剛度校核，控制蝸桿軸的彎曲變形。 四、蝸桿蝸輪的材料 1.蝸桿蝸輪材料組合： 青銅作蝸輪齒圈，而蝸桿鋼制并淬硬、磨削。這種材料組合可獲得較強(qiáng)的抗膠合能力和良好的減摩耐磨性。 2.蝸桿常用材料及熱處理： 　 碳素鋼 用于一般傳動(dòng) 40、45調(diào)質(zhì)(硬度 ≤ 350HBS) 合金鋼 用于重要傳動(dòng) 40Cr表面淬火(40～55HRC) 　 15Cr、20Cr滲碳淬火(55～62HRC) 3.蝸輪常用材料 　 按相對(duì)滑動(dòng)速度vs來(lái)選取： vs≤2m/s　灰鑄鐵　用于低速、輕載或不重要的傳動(dòng)。 　　vs≤4m/

16、s　鋁鐵青銅　抗膠合能力遠(yuǎn)比錫青銅差，但強(qiáng)度較高，價(jià)格便宜；用于速度較低的傳動(dòng)。 　　vs≤25m/s　鑄磷錫青銅　減摩、耐磨性好，抗膠合能力強(qiáng)，但其強(qiáng)度較低，價(jià)格較貴；用于高速或重要傳動(dòng)。 五、蝸桿傳動(dòng)的受力分析 蝸桿蝸輪受力圖 齒面間總作用力 法向力Fn(注：齒面間的摩擦力一般忽略不計(jì)) 分力的名稱 圓周力Ft 軸向力Fa 徑向力Fr 分力 的大小 ＝＝－ ?。剑? ＝－＝ 分力的方向 Ft1與其作用 點(diǎn)的圓周速度方向相反 　 "左右手定則”：蝸桿右旋伸右手（左旋伸左手）；四指順著轉(zhuǎn)向握起；拇指伸直 后的指向?yàn)镕a1的方向。 Fr1、Fr2由

17、作用點(diǎn)指向各自的軸心 分力 之間的關(guān)系 ＝－ ＝－ ＝－ 法向力的大小 ?。剑剑? =，為傳動(dòng)比，為傳動(dòng)效率,為蝸桿蝸輪法面壓力角； 六、蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算包括蝸輪齒的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和蝸桿的剛度計(jì)算。本節(jié)介紹蝸輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 1、齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件 蝸輪與蝸桿嚙合處的齒面接觸應(yīng)力，與齒輪傳動(dòng)相似，利用赫芝應(yīng)力公式，考慮蝸桿和蝸輪齒廓特點(diǎn)，可得齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件式。 校核公式： σH--蝸輪齒面接觸應(yīng)力/MPa T2--蝸輪上的轉(zhuǎn)矩/N.mm ZE--材料的彈性影響系數(shù)，青銅、鑄鐵蝸輪對(duì)

18、鋼蝸桿時(shí)取=160MPa1/2 Zρ--蝸桿傳動(dòng)的接觸線長(zhǎng)度和曲率半徑對(duì)接觸強(qiáng)度的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱接觸系數(shù)，查圖1 K--載荷系數(shù)，K=KAKVKβ KA --使用系數(shù)，查表3 KV --動(dòng)載系數(shù)，精確制造且蝸輪圓周速度v2≤3m/s時(shí)取1.0~1.1；v2＞3m/s時(shí)取1.1~1.2 Kβ--齒向載荷分布系數(shù)，平穩(wěn)載荷時(shí)取1；載荷變化大或有沖擊振動(dòng)時(shí)取1.0~1.1 a--中心距/mm [σH]--許用接觸應(yīng)力，灰鑄鐵或強(qiáng)度極限σB≥300MPa的青銅蝸輪時(shí)，[σH]查表4；σB＜300MPa的青銅蝸輪時(shí)[σH]=KHN[σH]，[σH]查表5 KHN--接觸強(qiáng)

19、度壽命系數(shù)： N--應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，N=60jn2Lh（j--每轉(zhuǎn)中每個(gè)輪齒嚙合次數(shù)，Lh--工作壽命/小時(shí)，n2--蝸輪轉(zhuǎn)速/r/min） 設(shè)計(jì)公式: 　 計(jì)算出a后，可從表2中選一合適的a值以及相應(yīng)的參數(shù)。 2、彎曲疲勞強(qiáng)度條件 借用斜齒圓柱齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，考慮蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，可得到齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件式。 校核公式： σF--蝸輪齒根彎曲應(yīng)力/MPa YFa2--蝸輪齒形系數(shù)，由當(dāng)量齒數(shù)及蝸輪的變位系數(shù)x2從圖2中查得。 Yβ--螺旋角影響系數(shù)， [σF]--許用彎曲應(yīng)力，[σF]=KFN[σF]’，[σF]’查表6， 設(shè)

20、計(jì)公式： 計(jì)算出m2d1后，可從表2中查出相應(yīng)的參數(shù)。 七、蝸桿傳動(dòng)的效率 閉式蝸桿傳動(dòng)的總效率為： 　 ＝　 η1---輪齒嚙合損耗功率的效率,式中φv為當(dāng)量摩擦角，根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度vs(m/s)由表7選取 。導(dǎo)程角γ是影響蝸桿傳動(dòng)嚙合效率的最主要的參數(shù)之一。η1隨γ增大而提高，但到一定值后即下降。當(dāng)γ>28后，η1隨γ的增大就比較緩慢，而大導(dǎo)程角的蝸桿制造困難，所以一般取γ<28。 η2---軸承摩擦損耗功率的效率 η3---浸入油中的零件攪油損耗功率的效率 由于軸承摩擦及浸入油中零件攪油的損耗的功率不大，一般η2η3=0.95～0.96。 在設(shè)計(jì)之初

21、，普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率可近似取為： z1=1，η＝0.7； z1=2，η＝0.8； z1=3，η＝0.85； z1=4，η＝0.9。 八、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 　 潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，具有特別重要的意義。因?yàn)楫?dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，傳動(dòng)效率將顯著降低，并且會(huì)帶來(lái)劇烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險(xiǎn)，所以往往采用粘度大的礦物油進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，在潤(rùn)滑油中還常加入添加劑，使其提高抗膠合能力。 　　蝸桿傳動(dòng)所采用的潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑裝置與齒輪傳動(dòng)的基本相同。 　l．潤(rùn)滑油 　　潤(rùn)滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件合理選用。在鋼蝸桿配青銅蝸輪時(shí)，常用的潤(rùn)滑油見(jiàn)下表<蝸桿傳動(dòng)

22、常用的潤(rùn)滑油>。 　蝸桿傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑油 全損耗系統(tǒng)用有牌號(hào)L-AN 68 100 150 220 320 460 680 運(yùn)動(dòng)粘度 61.2～74.8 90 ～110 135 ～165 198～242 288 ～352 414～506 612～748 粘度指數(shù)　不小于 90 閃點(diǎn)（開(kāi)口）(℃)不低于 180 200 220 傾點(diǎn)(℃)不高于 -8 -5 　　　　　注：其余指標(biāo)可參看GB5903-1986。 2．潤(rùn)滑油粘度及給油方法 　　潤(rùn)滑油粘度及給油方法，一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類型進(jìn)行選擇。對(duì)于閉

23、式傳動(dòng)，常用的潤(rùn)滑油粘度及給油方法見(jiàn)下表<蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度薦用值及給油方法>；對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，則采用粘度較高的齒輪油或潤(rùn)滑脂。 　　如果采用噴油潤(rùn)滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)兩邊都要裝有噴油嘴,而且要控制一定的油壓。 　　　　　　　　　　　　　　　　蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度薦用值及給油方法 蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度vs/(m/s) 0～1 0～2.5 0～5 >5～10 >10～15 >15～25 >25 載荷類型 重 重 中 （不限） （不限） （不限） （不限） 運(yùn)動(dòng)粘度 900 500 350

24、 220 150 100 80 給油方法 油池潤(rùn)滑 噴油潤(rùn)滑或油池潤(rùn)滑 噴油潤(rùn)滑時(shí)的噴油壓力 /MPa 0.7 2 3 3.潤(rùn)滑油量 　　對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)采用油池潤(rùn)滑時(shí)，在攪油損耗不至過(guò)大的情況下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠土俊＿@樣不僅有利于動(dòng)壓油膜的形成，而且有助于散熱。對(duì)于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)為蝸桿上置式時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。 九、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿、蝸輪嚙合齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦、發(fā)熱大，效率低，對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng)，若散熱不良，會(huì)因油溫不斷升高，而使?jié)櫥瑮l件惡化導(dǎo)致齒面失效。所以，設(shè)計(jì)

25、閉式蝸桿傳動(dòng)時(shí)，要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 1、 熱平衡計(jì)算方法 設(shè)熱平衡時(shí)的工作油溫為t0，則熱平衡校核條件為： 　 　 t0---最高不應(yīng)超過(guò)80C； ta---周圍空氣的溫度，常溫情況可取為20C； αd---為箱體表面散熱系數(shù)，在周圍空氣流通良好時(shí)，取14～17.45；通風(fēng)不好時(shí)，取8.15～10.5； S---為箱體的散熱面積/m2，即箱體內(nèi)表面被油浸著或油能飛濺到，且外表面又被空氣所冷卻的箱體表面積； η---蝸桿傳動(dòng)總效率。 2、散熱措施 若計(jì)算結(jié)果t0超出允許值，可采取以下措施，以提高散熱能力： (1)在箱體外壁增加散熱片（圖1），以增大散熱面

26、積S； (2)在蝸桿軸端裝風(fēng)扇（圖2），加速空氣流通以增大散熱系數(shù)，此時(shí)散熱系數(shù)αd’按表8選??； (3)在箱體油池中裝循環(huán)冷卻管路（圖3），以降低油溫。 十、蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu) １、蝸桿的結(jié)構(gòu) 蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)形式。其中圖a所示的結(jié)構(gòu)無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法；圖b所示的結(jié)構(gòu)則有退刀槽，螺旋部分可以車制，也可以銑制，但這種結(jié)構(gòu)的剛度比前一種差。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將蝸桿與軸分開(kāi) 2、蝸輪的結(jié)構(gòu) 常用的蝸輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種: 　1)齒圈式(圖a) 這種結(jié)構(gòu)由青銅齒圈及鑄鐵輪芯所組成

27、。齒圈與輪芯多用H7/r6配合，并加裝4～6個(gè)緊定螺釘(或用螺釘擰緊后將頭部鋸掉),以增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性。螺釘直徑取作(1.2～1.5）m,m為蝸輪的模數(shù)。螺釘擰入深度為(0.3～0.4)B,B為蝸輪寬度。 　　為了便于鉆孔，應(yīng)將螺孔中心線由配合縫向材料較硬的輪芯部分偏移2～3mm。這種結(jié)構(gòu)多用于尺寸不太大或工作溫度變化較小的地方，以免熱脹冷縮影響配合的質(zhì)量。 　2)螺栓聯(lián)接式(圖b) 可用普通螺栓聯(lián)接，或用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，螺栓的尺寸和數(shù)目可參考蝸輪的結(jié)構(gòu)尺寸而定，然后作適當(dāng)?shù)男：恕＿@種結(jié)構(gòu)裝拆比較方便，多用于尺寸較大或易磨損的蝸輪。 　3)整體澆注式(圖c) 主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小

28、的青銅蝸輪。 　4)拼鑄式(圖d) 這是在鑄鐵輪芯上加鑄青銅齒圈，然后切齒。只用于成批制造的蝸輪。 。 蝸輪輪芯部分的結(jié)構(gòu)尺寸可參考齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸。 十一、設(shè)計(jì)示例 設(shè)計(jì)一攪拌機(jī)用的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)。已知輸入功率P1=9kw，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，傳動(dòng)比i=20，大批量生產(chǎn)，傳動(dòng)不反向，載荷較穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求工作壽命12000小時(shí)。 [解]1.選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ZI）。 2.選擇材料 　 根據(jù)庫(kù)存材料情況，并考慮到傳遞功率不大，速度中等，蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度為45~55HRC。蝸輪齒圈采

29、用ZCuSn10P1，因是大批量生產(chǎn)，采用金屬模鑄造，為節(jié)約貴重金屬，輪芯用HT100制造。 3.按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 　　根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距 　　　　　　　　　　　　　　 　　1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 　　　 按z1=2，估取效率η=0.8，則 　　　　　　　　　　　 　　2)確定載荷系數(shù)K 　　　因工作載荷較穩(wěn)定．所以選取齒向載荷分布系數(shù)Kβ＝1；由表1選取使用系數(shù)KA＝1.15；由于轉(zhuǎn)速高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)Kv＝1.05；則 　　　　　　　　　　　　　　 　　3)確定彈性影響系數(shù)ZE

30、　　　因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故ZE=160。 　　4)確定接觸系數(shù) 　　　先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從圖1中可查得接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從圖1中可查得接觸系數(shù)=2.9。 5)確定許用接觸應(yīng)力[σ]H 　　 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSnlOP1，金屬模鑄造，蝸桿硬度>45HRC,可從表5中查得鑄錫青銅蝸輪的基本許用應(yīng)力[σ]H=268MPa。 　　　應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 　　　　　　 　　　壽命系數(shù)　　　　　　 　　　則　　　　　　　 　 　　　 　　6)計(jì)算中心距 　　　

31、　　　　　　　　　　 　 　取中心距a=200mm，因i=20，故從普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配表2中取模數(shù)m=8mm，蝸桿分度圓直徑d1=80mm。這時(shí)d1/a=0.4，從圖1;中可查得接觸系數(shù)=2.74，因?yàn)? ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 4.主要參數(shù)與幾何尺寸 1)蝸桿 軸向齒距pa=25.133mm，直徑系數(shù)q=10；齒頂圓直徑da1=96mm；齒根圓直徑df1=60.8mm；分度圓導(dǎo)程角γ=111836"；蝸桿軸向齒厚sa=12.5664mm。 2)蝸輪 　　蝸輪齒數(shù)z2=41；變位系數(shù)x2=-0.5； 　　驗(yàn)算傳動(dòng)比　i=z2/z1=41/2=20.

32、5，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為(20.5-20)/20=0.025=2.5%,是允許的。 　　蝸輪分度圓直徑 　　　　　 　　蝸輪喉圓直徑 　　　　　　 　　蝸輪齒根圓半徑　　　　　 蝸輪咽喉母圓半徑 　　　　 5.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 MPa 　　當(dāng)量齒數(shù) 　　　　　　　 　　根據(jù)x2=-0.5,zv2=43.48，可由圖2查得齒形系數(shù)YFa2=2.87。 　　螺旋角系數(shù) 　　　　　　 　　許用彎曲應(yīng)力 　　　　　[σ]F=[σ]F′KFN 　　從表6中查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σ]F=56MPa。 壽命系數(shù) 　　　　　　 　　彎曲強(qiáng)度足滿足

33、的。 6.精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 　 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB10089－1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類為f,標(biāo)注為8fGBl0089-1988。然后由有關(guān)手冊(cè)查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。 7．熱平衡核算（從略）。 8．繪制工作圖（從略　　　 十二、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圖放大 十三、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)用表 表1 蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用值 表1 蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用值 i=z2/z1 z1 z2 5 6 29~31 7~15 4 29~61 14~30 2 29~61

34、 29~82 1 29~82 表2 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配 中心距a/mm 模數(shù)m/mm 分度圓直 徑d1/mm m2d1/mm3 蝸桿頭數(shù)z1 直徑系數(shù)q 蝸桿分度圓導(dǎo)程角γ 蝸輪齒數(shù)z2 蝸輪變位系數(shù)x2 40 1 18 18 1 18.00 310′47″ 62 0 50 82 0 40 1.25 20 31.25 1 16.00 334′35″ 49 -0.500 50 22.4 35 17.92 311′38″ 62 0.040 63 62 0.440 50 1.6

35、20 51.2 1 12.50 434′26″ 51 -0.500 2 905′25″ 4 1744′41″ 63 28 71.68 1 17.50 316′14″ 61 0.125 80 82 0.250 2 22.4 89.2 1 11.20 506′08″ 40 2 1007′29″ 29 -0.100 (50) 4 1939′14″ (39) (-0.100) (63) 6 2810′43″ (51) (0.400) 80 35.5 142 1 17.75 313′28″ 62

36、 0.125 100 82 2.5 28 175 1 11.20 506′08″ (50) 2 1027′29″ 29 -0.100 (63) 4 1939′14″ (39) (0.100) 80 6 2810′43″ (53) (-0.100) 100 45 281.25 1 18.00 217′47″ 62 0 3.15 33.5 352.25 1 11.27 504′15″ 63 2 1003′48″ 29 -0.1349 (80) 4 1932′29″ (39) (0

37、.2619) (100) 6 2810′50″ (53) (-0.3889) 125 56 555.66 1 17.778 313′10″ 62 -0.2063 4 40 640 1 10.00 542′38″ 80 2 1118′36″ 31 -0.500 (100) 4 2148′05″ (41) (-0.500) (125) 6 3057′50″ (51) (0.750) 160 71 1136 1 17.75 313′28″ 62 0.125 100 5 50 1250 1 10

38、.00 542′38″ 31 -0.500 (125) 2 1118′36″ (41) (-0.500) (160) 4 2148′05″ (53) (0.500) (180) 6 3057′50″ (61) (0.500) 200 90 2250 1 18.00 310′47″ 62 0 125 6.3 63 2500.47 1 10.00 542′38″ 31 -0.6587 (160) 2 1118′36″ (41) (-0.1032) (180) 4 2148′05″ (48) (-0.4286)

39、 (200) 6 3057′50″ (53) (0.2460) 250 112 4445.28 1 17.778 313′10″ 61 0.2937 100 8 80 5120 1 10.00 542′38″ 31 -0.500 (125) 2 1118′36″ (41) (-0.500) (160) 4 2148′05″ (47) (-0.375) (180) 6 3057′50″ (52) (0.250) 表3 使用系數(shù)KA 工作類型 I II III 載荷性質(zhì) 均勻、無(wú)沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻

40、、大沖擊 每小時(shí)起動(dòng)次數(shù) <25 25~50 >50 起動(dòng)載荷 小 較大 大 KA 1 1.15 1.2 表4 灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σH]/MPa 材 料 滑動(dòng)速度(s/m) 蝸 桿 蝸 輪 <0.25 0.25 0.5 1 2 3 4 20或20Cr滲碳、淬火，45鋼淬火，齒面硬度大于45HRC 灰鑄鐵HT150 206 166 150 127 95 - - 灰鑄鐵HT200 250 202 182 154 115 - - 鑄鋁鐵青銅ZCuAL10Fe3 - - 250 230

41、210 180 160 45鋼或Q 灰鑄鐵HT150 172 139 125 106 79 - - 灰鑄鐵HT200 208 168 152 128 96 - - 表5 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σH]/MPa 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面硬度 ≤45HRC >45HRC 鑄錫磷青銅ZCuSn10P1 砂模 金屬模 150 220 180 268 鑄錫鋅鉛青銅ZCuSnPb5Zn5 砂模 金屬模 113 128 135 140 表6 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]/MPa 蝸輪材料 鑄造方法 　 單

42、側(cè)工作[σ0F] 　 雙側(cè)工作[σ-1F] 鑄錫青銅ZCuSn10P1 砂模 金屬模 40 56 29 40 鑄錫鋅鉛青銅ZCuSnPb5Zn5 砂模 金屬模 26 32 22 26 Z鑄鋁鐵青銅ZCuAL10Fe3 砂模 金屬模 80 90 57 64 灰鑄鐵HT150 砂模 40 28 灰鑄鐵HT200 砂模 48 34 表7 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的vs、φv值 表7 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的vs、φv值 蝸輪齒圈材料 錫青銅 無(wú)錫青銅 灰鑄造 蝸桿齒面硬度 ≥45HRC 其它 ≥45HRC ≥45HRC 其它

43、滑動(dòng)速度vs(m/s) φv φv φv φv φv 1.0 235′ 309′ 400′ 400′ 509′ 1.5 217′ 252′ 343′ 343′ 434′ 2.0 200′ 235′ 309′ 309′ 400′ 2.5 143′ 217′ 252′ 　 3.0 136′ 200′ 235′ 　 4.0 122′ 147′ 217′ 　 5 116′ 140′ 200′ 　 8 102′ 129′ 143′ 　 10 055′ 122′ 　 　 15

44、 048′ 109′ 24 045′ 　 表8: 風(fēng)冷時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αd’ 蝸桿轉(zhuǎn)速/（r/min） 750 1000 1250 1550 αd’/[w/（m2.C] 27 31 35 38 表9 蝸桿傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑油 全損耗系統(tǒng)用有牌號(hào)L-AN 68 100 150 220 320 460 680 運(yùn)動(dòng)粘度 61.2～74.8 90 ～110 135 ～165 198～242 288 ～352 414～506 612～748 粘度指數(shù)　不小于 90 閃點(diǎn)（開(kāi)口）(℃)不低于

45、 180 200 220 傾點(diǎn)(℃)不高于 -8 -5 表10 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度薦用值及給油方法 蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度vs/(m/s) 0～1 0～2.5 0～5 >5～10 >10～15 >15～25 >25 載荷類型 重 重 中 （不限） （不限） （不限） （不限） 運(yùn)動(dòng)粘度 900 500 350 220 150 100 80 給油方法 油池潤(rùn)滑 噴油潤(rùn)滑或油池潤(rùn)滑 噴油潤(rùn)滑時(shí)的噴油壓力 /MPa 0.7 2 3 十四、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)線圖 圖1 圓柱蝸桿傳動(dòng)的接觸系數(shù)Zρ 圖2 蝸輪的齒形系數(shù)YFa2(α=20,ha*=1,ρa(bǔ)o=0.3mn)