蝸桿傳動

蝸桿傳動

蝸桿傳動指的是以蝸桿為主動作減速傳動,當反行程不自鎖時,也可以蝸輪為主動作增速傳動。傳動功率一般應在50kW以下(最大可達到1000kW左右),齒面間相對滑動速度應在15m/s以下(最高可達35m/s)。

基本信息

簡介

蝸桿傳動 蝸桿傳動

蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成,一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右鏇和左鏇之分,分別稱為右鏇蝸桿和左鏇蝸桿 。

結構

蝸桿傳動 蝸桿傳動

一般蝸桿與軸製成一體,稱為蝸桿軸。蝸輪的結構型式可分為3種形式。

①整體式:用於鑄鐵和直徑很小的青銅蝸輪。

②齒圈壓配式:輪轂為鑄鐵或鑄鋼,輪緣為青銅。

③螺栓聯接式:輪緣和輪轂採用鉸制孔,用螺栓聯接,這種結構裝拆方便 。

4.鑄造式

特點

1.傳動比大,結構緊湊。蝸桿頭數用Z1表示(一般Z1=1~4),蝸輪齒數用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出,當Z1=1,即蝸桿為單頭,蝸桿須轉Z2轉蝸輪才轉一轉,因而可得到很大傳動比,一般在動力傳動中,取傳動比I=10-80;在分度機構中,I可達1000。這樣大的傳動比如用齒輪傳動,則需要採取多級傳動才行,所以蝸桿傳動結構緊湊,體積小、重量輕。

蝸桿傳動 蝸桿傳動

2. 傳動平穩,無噪音。因為蝸桿齒是連續不間斷的螺鏇齒,它與蝸輪齒嚙合時是連續不斷的,蝸桿齒沒有進入和退出嚙合的過程,因此工作平穩,衝擊、震動、噪音都比較小。

3. 具有自鎖性。蝸桿的螺鏇升角很小時,蝸桿只能帶動蝸輪傳動,而蝸輪不能帶動蝸桿轉動。

4. 蝸桿傳動效率低,一般認為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動,其效率在0.5以下,一般效率只有0.7~0.9。

5. 發熱量大,齒面容易磨損,成本高 。

傳動類型

按蝸桿形狀的不同可分:

1.圓柱蝸桿傳動;

2.環面蝸桿傳動;

3.錐蝸桿傳動 。

圓柱蝸桿

蝸桿傳動 蝸桿傳動

圓柱蝸桿傳動是蝸桿分度曲面為圓柱面的蝸桿傳動。其中常用的有阿基米德圓柱蝸桿傳動和圓弧齒圓柱蝸桿傳動。

①阿基米德蝸桿的端面齒廓為阿基米德螺鏇線,其軸面齒廓為直線。阿基米德蝸桿可以在車床上用梯形車刀加工,所以製造簡單,但難以磨削,故精度不高。在阿基米德圓柱蝸桿傳動中,蝸桿與蝸輪齒面的接觸線與相對滑動速度之間的夾角很小,不易形成潤滑油膜,故承載能力較低。

②弧齒圓柱蝸桿傳動是一種蝸桿軸面(或法面)齒廓為凹圓弧和蝸輪齒廓為凸圓弧的蝸桿傳動。在這種傳動中,接觸線與相對滑動速度之間的夾角較大,故易於形成潤滑油膜,而且凸凹齒廓相嚙合,接觸線上齒廓當量曲率半徑較大,接觸應力較低,因而其承載能力和效率均較其他圓柱蝸桿傳動為高 。

主要參數

蝸桿傳動 蝸桿傳動

各類 圓柱蝸桿傳動的參數和幾何尺寸基本相同。為阿基米德圓柱蝸桿傳動的主要參數。通過蝸桿軸線並垂直於蝸輪軸線的平面,稱為中間平面。在中間平面上,蝸桿的齒廓為直線,蝸輪的齒廓為漸開線,蝸桿和蝸輪的嚙合相當於齒條和漸開線齒輪的嚙合。因此,蝸桿傳動的參數和幾何尺寸計算大致與齒輪傳動相同,並且在設計和製造中皆以中間平面上的參數和尺寸為基準。

蝸桿的軸向齒距 pX應與蝸輪的端面周節 pt相等,因此蝸桿的軸向模數應與蝸輪的端面模數相等,以 m表示, m應取為標準值。蝸桿的軸向壓力角應等於蝸輪的端面壓力角,以 α表示,通常標準壓力角 α=20°。

蝸桿相當於螺鏇,其螺鏇線也分為左鏇和右鏇、單頭和多頭。通常蝸桿的頭數 Z1=1~4,頭數越多效率越高;但頭數太多,如 Z1>4,分度誤差會增大,且不易加工。蝸輪的齒數 Z= iZ, i為蝸桿傳動的傳動比, i= n1/ n2= Z2/ Z1。對於一般傳遞動力的蝸桿傳動, Z2=27~80。當 Z2<27時,蝸輪齒易發生根切;而 Z2太大時,可能導致蝸輪齒彎曲強度不夠。以 d1表示蝸桿分度圓直徑,則蝸桿分度圓柱上的螺鏇升角 λ可按下式求出 在上式中引入 q= Z1/tg λ,則可求得蝸桿的分度圓直徑為 d1= qm。式中 q稱為蝸桿特性係數。為了限制滾刀的數目,標準中規定了與每個模數搭配的 q值。通常 q=6~17。蝸輪分度圓直徑 d2= Z2 m 。

失效形式

在蝸桿傳動中,蝸輪輪齒的失效形式有點蝕、磨損、膠合和輪齒彎曲折斷。但一般蝸桿傳動效率較低,滑動速度較大,容易發熱等,故膠合和磨損破壞更為常見。

蝸桿傳動 蝸桿傳動

為了避免膠合和減緩磨損,蝸桿傳動的材料必須具備減摩、耐磨和抗膠合的性能。一般蝸桿用碳鋼或合金鋼製成,螺鏇表面應經熱處理(如淬火和滲碳),以便達到高的硬度(HRC45~63),然後經過磨削或珩磨以提高傳動的承載能力。蝸輪多數用青銅製造,對低速不重要的傳動,有時也用黃銅或鑄鐵。為了防止膠合和減緩磨損,應選擇良好的潤滑方式,選用含有抗膠合添加劑的潤滑油。對於蝸桿傳動的膠合和磨損,還沒有成熟的計算方法。齒面接觸應力是引起齒面膠合和磨損的重要因素,因此仍以齒面接觸強度計算為蝸桿傳動的基本計算。此外,有時還應驗算輪齒的彎曲強度。一般蝸桿齒不易損壞,故通常不必進行齒的強度計算,但必要時應驗算蝸桿軸的強度和剛度。對閉式傳動還應進行熱平衡計算。如果熱平衡計算不能滿足要求,則在箱體外側加設散熱片或採用強制冷卻裝置 。

傳動套用

蝸桿傳動 蝸桿傳動

蝸桿傳動常用於兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當要求傳遞較大功率時,為提高傳動效率,常取Z1=2~4。此外,由於當γ1較小時傳動具有自鎖性,故常用在卷揚機等起重機械中,起安全保護作用。它還廣泛套用在工具機、汽車、儀器、冶金機械及其它機器或設備中,其原因是因為使用輪軸運動可以減少力的消耗,從而大力推廣 。

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