見下圖。蝸桿傳動(dòng)的受力分析和斜齒輪相似,輪齒所受法向力
仍可分解為三個(gè)相互垂直的分力:圓周力、徑向力和軸向力。由于蝸桿軸和蝸輪軸交錯(cuò)成90°,故蝸桿圓周力等于蝸輪軸向力,蝸桿軸向力等于蝸輪圓周力,蝸桿徑向力等于蝸輪徑向力。即
其中,
= 20°,為蝸桿傳動(dòng)的效率。
蝸桿傳動(dòng)受力分析
2 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和材料的選擇
1.失效形式
蝸桿傳動(dòng)的失效形式有疲勞點(diǎn)蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等。在一般情況下,蝸桿的強(qiáng)度總要高于蝸輪的輪齒強(qiáng)度,因此失效總是在蝸輪上發(fā)生。由于在傳動(dòng)中,蝸桿和蝸輪之間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大,更容易產(chǎn)生膠合和磨損。
2.材料選擇
基于蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn),蝸桿副的材料首先應(yīng)具有良好的減摩耐磨性能和抗膠合的能力;同時(shí)還要有足夠的強(qiáng)度。因此,常采用青銅材料制作蝸輪的齒冠,并與淬硬磨削的鋼制蝸桿相匹配。
蝸桿大多采用碳素鋼或合金鋼制造,經(jīng)淬火處理后可提高表面硬度,增強(qiáng)齒面的抗磨損、抗膠合的能力。蝸輪常用材料是錫青銅ZCuSn10P1,它具有較好的減摩性、抗膠合性和耐磨性,允許的滑動(dòng)速度可達(dá)25 m/s,且易于切削加工,但價(jià)格較昂貴,所以主要用于重要的高速蝸桿傳動(dòng)。在滑動(dòng)速度較小的傳動(dòng)中,可用鑄鐵或球墨鑄鐵制作蝸輪。
3 強(qiáng)度計(jì)算
在中間平面內(nèi),蝸桿與蝸輪的嚙合相當(dāng)于齒條與斜齒輪嚙合,因此蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算方法與齒輪傳動(dòng)相似。
鋼制蝸桿與青銅或鑄鐵制造的蝸輪配對(duì),其蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核公式為
(MPa)
設(shè)計(jì)公式:
式中 K——載荷系數(shù),考慮載荷性質(zhì)、載荷集中以及動(dòng)載荷的影響,一般取K = 1.1~1.3;
T2——蝸輪上的轉(zhuǎn)矩,N×mm;
z2——蝸輪齒數(shù);
——蝸輪許用接觸應(yīng)力