河科大機械零件教案第11章 蝸桿傳動

河北科技大學教案用紙PAGEPAGE6第20次課2學時上次課復習：齒輪強度計算本次課題（或教材章節題目）：第11章蝸桿傳動§1～2類型等教學要求：1）掌握蝸桿傳動組成、特點、應用；2）了解蝸桿傳動類型；3）掌握蝸桿傳動主要參數、變位。重點：蝸桿傳動主要參數、變位難點：變位教學手段及教具：多媒體課堂講授講授內容及時間分配：1）蝸桿傳動組成、特點、應用；20分鐘 2）蝸桿傳動類型；15分鐘3）蝸桿傳動主要參數、變位。55分鐘課后作業參考資料《機械設計》談家禎主編中國標準出版社《機械設計》董剛主編機械工業出版社注：本頁為每次課教案首頁第十一章蝸桿傳動§11～1蝸桿傳動的類型及特點組成：蝸桿與蝸輪組成。蝸桿傳動：實現空間交錯軸間的運動和動力的傳遞。應用：應用于機床、冶金、礦山、儀表等傳動系統中。參數范圍：P≤50kW；Vmax≤50m/s；i=8～15(約1000)一、蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動：普通圓柱蝸桿傳動：阿基米德蝸桿漸開線蝸桿法向直廓蝸桿錐面包絡圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿傳動：其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而的。環面蝸桿傳動：其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉曲面，這種蝸桿同時嚙合齒數多，傳動平穩；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；錐蝸桿傳動：同時嚙合齒數多，重合度大；傳動比范圍大(10~360)；承載能力和效率較高；可節約有色金屬。二、蝸桿傳動的特點優點：①單級傳動比大、結構緊湊；②傳動平穩、噪聲和振動小；③適當條件，可以實現自鎖。缺點：①傳動效率低；②需用較貴重的有色金屬。阿基米德蝸桿(ZA)：阿基米德蝸桿又稱為軸向直齒廓蝸桿，刀具切削平面通過蝸桿軸線，切出的蝸桿齒廓在軸面內為直線；而在與軸線垂直的平面內，齒廓為阿基米德螺旋線。該類型蝸桿具有加工、測量簡單、方便等優點；單齒面不便于磨削，不宜采用硬齒面，傳動效率低，只是用于低速情在傳動中。漸開線蝸桿(ZI)：刀具切削平面通過蝸桿基圓的相切。其齒廓在基圓的切平面內為直線，而齒廓與垂直于蝸桿軸線的平面交線為漸開線。這種蝸桿可用滾刀滾銑，也可進行磨削。因而，制造精度較高，也可采用硬齒面。適用于批量生產、大功率、高速傳動的場合。法向直廓蝸桿（ZN)：切削時刀具的切削平面在垂直于齒槽中點螺旋線的法平面內，在法面內的齒形為直線。而在垂直于軸線平面內的齒形為延伸漸開線。這種蝸桿容易實現磨削，可采用硬齒面，精度和傳動效率較高。適用于螺旋線數較多、導程較大的蝸桿傳動。圓弧齒圓柱蝸桿（ZC）：圓弧齒圓柱蝸桿與上述蝸桿不同，其齒闊的形狀為圓弧。蝸桿蝸輪時凹凸圓弧齒嚙合傳動，承載能力大、結構緊湊、傳動效率高，是目前我國推廣使用的一種蝸桿傳動。§11-2圓柱蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸計算一、主要參數及其選擇⒈模數m、壓力角amx1＝mt2＝m（中間平面）正確嚙合條件：ax1=at2=a（中間平面）l=b⒉蝸桿分度圓直徑ｄ１（標準值）便于刀具的設計、制造和標準化。國標規定對每一模數下的蝸桿直徑制定了標準值，以限制刀具的數量。⒊蝸桿頭數z1、蝸輪齒數z2Z1：多則效率高、加工困難；少，則易實現自鎖，效率低。Z2：z2＝iz1。為避免根切，理論上應使z2min≥17。實踐證明，當z2＜26時，嚙合區要顯著減小，直接影響傳動的平穩性，通常z2≥28；為使蝸桿有足夠剛度，要求z2≤80。⒋蝸桿直徑系數q和蝸桿分度圓導程角γ的計算蝸桿直徑系數q：q=d1/md1=qm蝸桿分度圓導程角γ：5.傳動比i和齒數比u6.中心距a的計算及薦用值二、蝸桿變位傳動的特點1、蝸桿傳動變為的目的①湊配中心距；②提高承載能力；③改變傳動比。2、蝸桿傳動的變為方法在切制蝸輪時，使刀具相對于加工標準蝸輪時的位置沿徑向進行移位來實現。3、蝸桿傳動變為前、后的變化蝸桿不變位，蝸輪變位；但是，蝸桿的節圓位置發生了變化，不再與分度圓重合；而蝸輪的節圓與分度圓始終保持重合。4、變為系數的確定①傳動比保持不變，只湊配中心距時的變位系數確定標準蝸桿傳動的中心距a為：變位后，蝸桿與蝸輪節圓直徑分別為：中心距為：變為系數：②中心距不變，只改變傳動比（蝸輪原齒數z2、變位后齒數z2′）時變位系數的確定變位后蝸桿與蝸輪的節圓直徑分別為：中心距為：變換后：于是可得：三、幾何計算普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算已在機械原理中作了講述，并列在表11－3。第21次課2學時上次課復習：蝸桿傳動主要參數本次課題（或教材章節題目）：§3～6蝸桿傳動設計計算、結構及熱平衡教學要求：1）掌握蝸桿傳動主要失效形式、計算準則；2）掌握蝸桿傳動設計計算；3）了解蝸桿傳動結構；4）掌握蝸桿傳動熱平衡。重點：蝸桿傳動主要失效形式、傳動熱平衡。難點：教學手段及教具：多媒體課堂講授講授內容及時間分配：1）蝸桿傳動主要失效形式、計算準則；15分鐘 2）蝸桿傳動設計計算；45分鐘3）蝸桿傳動結構；15分鐘4）蝸桿傳動熱平衡。15分鐘課后作業11-1511-2511-28參考資料《機械設計》談家禎主編中國標準出版社《機械設計》董剛主編機械工業出版社注：本頁為每次課教案首頁第十一章蝸桿傳動§11-3蝸桿傳動的承載能力計算一、蝸桿傳動的常見失效形式及其特點1）閉式傳動中主要的失效形式是：膠和、點蝕和磨損；2）開式傳動的主要失效形式為磨料磨損；3）失效通常發生在蝸輪輪齒上；4）蝸輪輪齒發生輪齒折斷的情況較少見，一般只在蝸輪齒數很多或開式傳動中才時有發生。二、蝸桿傳動的設計準則防止齒面過度磨損引起的失效：蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算防止蝸桿剛度不足引起的失效：蝸桿的剛度計算防止過熱引起的失效：傳動系統的熱平衡計算對于閉式蝸桿傳動，按齒面接觸疲勞強度進行設計，并進行熱平衡計算，必要時校核齒彎曲疲勞強度。對于開式蝸桿傳動，一般只按齒根彎曲疲勞強度進行設計，然后將模數加大10%左右。三、蝸桿傳動的常用材料基本要求：足夠的強度、良好的抗膠合性能、耐磨、減磨性及跑和性能等。為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。低速中輕載的蝸桿可用45鋼調質。蝸輪常用材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。四、蝸桿傳動受力分析力的作用點：作用點處于中間平面的節點上力的方向：力的方向判斷與斜齒圓柱齒輪相同，不同的是蝸桿與蝸輪各力之間的對應關系。五、蝸桿傳動的承載能力計算1.蝸輪齒面接觸疲勞強度計算校核公式：設計公式：2.蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度計算蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度取決為輪齒模數的大小，因其輪齒齒形比較復雜，且在距中間平面不同的平行平面上的齒后也不同，均相當于具有不同變為系數的正變位齒輪。距主平面越遠，齒厚越大，變為系數也越大。因此，蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度難于精確計算，只能進行條件性的概略計算。§11-3蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率⒈蝸桿傳動效率η1─計及嚙合摩擦損耗的效率；η2─計及軸承摩擦損耗的效率；η3─計及濺油損耗的效率；Z1↑→γ↑→η↑⒉蝸桿傳動的滑動速度滑動速度:二、蝸桿傳動的潤滑潤滑的目的：1）減小摩擦、磨損；2）防止膠合。潤滑方法：1）浸油潤滑；2）噴油潤滑。注意：1）根據滑動速度選擇潤滑方式；2）若采用噴油潤滑，應使噴油嘴對準蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉時兩邊都要裝噴油嘴。潤滑油供油量：①蝸桿下置時，浸油深度應不超過一個齒高；②蝸桿上置時，蝸輪進入深度約為蝸輪外徑的三分之一。三、蝸桿傳動的熱平衡計算⒈蝸桿傳動熱平衡計算的目的控制溫升，防止產生膠合。⒉熱平衡條件及其計算式系統因摩擦功耗產生的熱量為：自然冷卻從箱壁散去的熱量為：在熱平衡條件下可得：