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蝸桿傳動強度計算方法

發(fā)布時間：2016/6/2 15:19:17 來源：海洋傳動

蝸桿減速箱蝸桿變速器傳動中，在蝸桿與蝸輪的嚙合點C上，作用著大小相等、方向相反的法向力Fn。這法向力Fn可以分解成三個互相垂直的分力：切向力Ft、軸向力Fx及徑向力Fr。由于蝸桿軸與蝸輪軸交錯成90°，故蝸桿切向力Ft1等于蝸輪軸向力Fx2，蝸桿軸向力Fx1等于蝸輪切向力Ft2，蝸桿徑向力Fr1等于蝸輪徑向力Fr2。它們分別是一對作用力與反作用力。

（一）受力分析

　　如圖3－57所示的蝸桿傳動中，在蝸桿與蝸輪的嚙合點C上，作用著大小相等、方向相反的法向力F_n。這法向力F_n可以分解成三個互相垂直的分力：切向力F_t、軸向力F_x及徑向力F_r。由于蝸桿軸與蝸輪軸交錯成90°，故蝸桿切向力F_t1等于蝸輪軸向力F_x2，蝸桿軸向力F_x1等于蝸輪切向力F_t2，蝸桿徑向力F_r1等于蝸輪徑向力F_r2。它們分別是一對作用力與反作用力。即：

F_t1=F_x2=2T₁/d₁　　　　　(3-66)

F_t2=F_x2=2T₁/d₂　　　　　(3-67)

F_r2=F_r1=F_t2tga 　　　　 (3-68)

　　式中 T₁、T₂--分別為作用在蝸桿與蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，T₂=iT₁；
　　　　　i--蝸桿傳動的傳動比；
　　　　　h--蝸桿傳動效率；
　　　　　d₁、d₂--分別為蝸桿與蝸輪的分度圓直徑；
　　　　　a--壓力角，通常 a=20°。

（二）齒面接觸強度計算

　　蝸桿一般為鋼制，其強度較高，通常不損壞，故一般不進(jìn)行強度計算。

　　蝸輪多數(shù)由青銅制造，青銅的強度與硬度比鋼差。蝸輪輪齒損壞形式與齒輪相似，有齒面磨損、膠合、點蝕及齒根折斷。其中膠合及磨損破壞較為常見。

　　膠合，磨損隨滑動速度及接觸應(yīng)力的增大而加劇，為此，除選用減摩性材料和保證良好潤滑外，還必須限制接觸應(yīng)力。因此，蝸輪齒面接觸強度計算是蝸桿傳動的重要部分。它的設(shè)計公式為

　　（3－69）

　　式中　T₂--作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，N·mm；
　　　　　K--載荷系數(shù)，K＝1～1.4。當(dāng)載荷平穩(wěn)，滑動速度 v_s小于等于3m/s及精度較高時，取低值。
　　　　　[s]_H--蝸輪的許用接觸應(yīng)力，MPa，見表3－24。

表3－24 蝸輪的許用接觸應(yīng)力[s]_H MPa

灰鑄鐵或強度極限 s_b≥300MPa的青銅蝸輪
配對材料		滑動速度(m/s)
蝸桿	蝸輪	0.25	0.5	1	2	3	4
20鋼、20Cr滲碳45鋼淬火	HT150	166	150	127	95	-	-
	HT200	202	182	154	115	-	-
	ZCuA110Fe3	190	180	173	163	154	149
45鋼調(diào)質(zhì)	HT150	139	125	106	79	-	-
45鋼調(diào)質(zhì)	HT200	168	152	128	96	-	-

強度極限 s_b<300MPa的青銅蝸輪
蝸輪材料	鑄造方法	蝸桿齒面硬度
蝸輪材料	鑄造方法	≤45HRC	>45HRC
ZCuSn5Pb1	砂模鑄造	150	180
ZCuSn5Pb1	金屬模鑄造	220	268
ZCuSn5Pb5Zn5	砂模鑄造	113	135
	金屬模鑄造	128	140
	離心鑄造	158	183