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蝸輪蝸桿減速機傳動原理詳解

2018/07/18

蝸桿傳動:
  蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動,兩軸線間的夾角可為任意值,常用的為90°。蝸桿傳動用于在交錯軸間傳遞運動和動力。


  1.簡介
  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旋和左旋之分蝸桿傳動,分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿,即蝸桿轉一周,渦輪轉過一齒,若蝸桿上有兩條螺旋線,就稱為雙頭蝸桿,即蝸桿轉一周,渦輪轉過兩齒。


  2.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,則需要采取多級傳動才行,所以蝸桿傳動結構緊湊,體積小、重量輕。


   (2)傳動平穩,無噪音。因為蝸桿齒是連續不間斷的螺旋齒,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,沖擊、震動、噪音都比較小。


   (3)具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時,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。

            

                 
 3.圓柱蝸桿

   圓柱蝸桿傳動是蝸桿分度曲面為圓柱面的蝸桿傳動。


  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旋線,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,所以制造簡單,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,故易于形成潤滑油膜,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。



  4.主要參數
    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。通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面,稱為中間平面。在中間平面上,蝸桿的[1]齒廓為直線,蝸輪的齒廓為漸開線,蝸桿和蝸輪的嚙合相當于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,并且在設計和制造中皆以中間平面上的參數和尺寸為基準。


  5.蝸桿傳動
  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于蝸輪的端面壓力角,以α表示,通常標準壓力角α=20°。


   蝸桿相當于螺旋,其螺旋線也分為左旋和右旋、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Z2=iZ1,i為蝸桿傳動的傳動比,i=n1/n2=Z2/Z1。對于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旋升角λ可按下式求出 在上式中引入q=Z1/tgλ,則可求得蝸桿的分度圓直徑為d1=qm。式中q稱為蝸桿特性系數。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=Z2m。



  6.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制成,螺旋表面應經熱處理(如淬火和滲碳),以便達到高的硬度(HRC45~63),然后經過磨削或珩磨以提高傳動的承載能力。蝸輪多數用青銅制造,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。對于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采用強制冷卻裝置。


  7.結構簡介

  一般蝸桿與軸制成一體,稱為蝸桿軸。蝸輪的結構型式可分為蝸桿傳動3種形式。①整體式:用于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:輪緣和輪轂采用鉸制孔,用螺栓聯接,這種結構裝拆方便。


  8.傳動應用

  蝸桿傳動常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。


  蝸桿傳動當要求傳遞較大功率時,為提高傳動效率,常取Z1=2~4。此外,由于當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。它還廣泛應用在機床、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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