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* 两轴线平行 两轴线相交 两轴线交错 直齿 斜齿 人字齿 直齿 弧齿 螺旋齿 蜗杆 盘铣刀放置在蜗杆齿 槽的法向面内，各剖 面齿廓均为曲线 第四章 蜗杆传动设计 一、蜗杆传动的类型及其特点 (1) 普通圆柱蜗杆传动 用直母线刀刃加工 车刀切削平面通过蜗杆轴线、轴向剖面为直线齿廓 阿基米德蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆 1. 类型 用于不太重要场合 广泛应用 阿基米德蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆 (2) 圆弧圆柱蜗杆传动 圆弧车刀刀刃平面 通过蜗杆轴线 环面砂轮装置在蜗杆 螺旋线的法面内 中间平面上蜗杆齿廓凹弧形、蜗轮齿廓凸弧形 承载能力较普通型高50~150% 传动效率达90% 目前正推广 2. 特点 (1) 传动比大 i = 10~80 从运动关系看，蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动 (2) 传动平稳 (4) 摩擦发热大、传动效率低 (3) 有自锁性 ( 蜗杆升角 当量摩擦角 ) 二、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 (阿基米德蜗杆为例) 1. 中间平面内蜗杆啮合特点 在中间平面内，相当于斜齿条与斜齿轮的啮合 (1) 正确啮合条件 蜗杆轴面周节 ＝蜗轮端面周节 模数： (标准值) 压力角 ： (标准值) (2) 蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同 参数： 几何尺寸计算： 通过蜗杆轴线且垂直 与蜗轮轴线的平面 2. 主要参数 加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀 要减少滚刀数目、便于刀具标准化 交错角为900的螺旋齿轮传动： 大小相等、方向相同 (1) 模数 和压力角 (2) 蜗杆分度圆直径 则将 定为标准值并与 有一定的搭配关系 直径系数 (3) 蜗杆分度圆柱导程角 的蜗杆具有自锁性 故 与 导程 周节 螺纹副的受力分析 1.螺纹副的受力 拧紧螺母 螺栓上产生轴向力 螺纹副 力学模型 施加 螺母承受 等速上升 将 集中于小块A 螺旋沿中径 展开 小块A受力： 轴向力 可得 旋紧 圆周力 摩擦力 正压力 反作用力 2.螺纹副的效率 螺母转一圈所做总功 有用功 ( 无摩擦时的功 ) 效率 3.螺纹的自锁条件 力学模型：螺母等速下降 小块 A 受力 松开 为驱动力 为阻力 当 时， 要使螺母下降，必须改变 方向 否则螺母会在斜面任意位置停下 自锁条件 (4) 传动比 i 加工困难 1 实现大传动比或要求自锁 传动比 蜗杆头数 z1 = 2、4 要求效率 避免根切 避免蜗杆过长 引起刚度不足 蜗轮齿数 一般取 (5) 相对滑动速度 齿间的 摩擦发热 蜗轮变、蜗杆保持不变 蜗轮变位计算与齿轮相同 配凑中心距符合标准值 (6) 变位系数 未变位 变位后 凑传动比符合推荐值 (中心距保持不变) 蜗轮齿数 蜗轮轮齿顶变尖 蜗轮根切 变位系数 未变位 变位后 由 得变位系数 普通蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动 3. 几何尺寸计算 基本尺寸与齿轮传动类似 (1) 蜗轮3个圆 (2) 蜗轮轮缘宽度B (3) 蜗杆螺纹长度b1 齿根圆 喉圆(同齿轮齿顶圆) 顶圆 闭 式 传 动 开式 传动 失效形式 (发生在蜗轮上) 设计准则 三、蜗杆传动的失效形式和设计准则 轮和 齿胶 齿合 面 点 蚀 控制点蚀和胶合： 控制折断(Z2 80)： 齿面接触强度条件 轮齿弯曲强度条件 控制温升： 热平衡计算 轮齿 折断 控制折断： 轮齿弯曲强度条件 [注] 蜗杆主要是控制轴的变形 四、材料及许用应力 1. 材料及热处理 蜗杆蜗轮材料组合： 碳素钢： 45、… 合金钢： 40Cr、20Cr、20CrMnTi、… 热处理 调质： 减摩 耐磨 抗胶合 蜗杆 材料 45 调质 (硬度 ≤ 350HBS) 淬火： 40Cr表面淬火(45~55HRC) 20Cr渗碳淬火(58~63HRC) 蜗轮 容易产生胶合 灰铸铁 铝铁青铜 铸锡磷青铜 价廉 价昂 抗胶合差 强 按 选材 材料 2. 许用应力 (1) 许用接触应力 传动的承载能力取 决于蜗轮的接触强度 蜗轮为 的青铜时 寿命系数 应力循环次数 传动的承载能力取决 于蜗轮的抗胶合能力 蜗轮为铸铁或 的青铜时 与材料组合及 有关 (2) 许用弯曲应力 寿命系数 应力循环次数 五、普通圆柱蜗杆传动的强度条件 1. 受力分析 (1) 力的分解 以蜗杆为对象 (3) 力的方向 法面内： 圆周力 径向力 蜗杆上 与转向相反 蜗轮上 与转向相同 和 指向各自的轮心 切面内： 径向力 圆周力 轴向力 (2) 力的关系 同 直 齿 轮 轴向力： 左旋蜗杆用左手法则 右旋蜗杆用右手法则 蜗杆上 用左右手法则判定 (4) 力的大小 利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点 2．齿面接触疲劳强度