河科大机械零件教案第11章 蜗杆传动

河北科技大学教案用纸PAGEPAGE6第20次课2学时上次课复习：齿轮强度计算本次课题（或教材章节题目）：第11章蜗杆传动§1～2类型等教学要求：1）掌握蜗杆传动组成、特点、应用；2）了解蜗杆传动类型；3）掌握蜗杆传动主要参数、变位。重点：蜗杆传动主要参数、变位难点：变位教学手段及教具：多媒体课堂讲授讲授内容及时间分配：1）蜗杆传动组成、特点、应用；20分钟 2）蜗杆传动类型；15分钟3）蜗杆传动主要参数、变位。55分钟课后作业参考资料《机械设计》谈家祯主编中国标准出版社《机械设计》董刚主编机械工业出版社注：本页为每次课教案首页第十一章蜗杆传动§11～1蜗杆传动的类型及特点组成：蜗杆与蜗轮组成。蜗杆传动：实现空间交错轴间的运动和动力的传递。应用：应用于机床、冶金、矿山、仪表等传动系统中。参数范围：P≤50kW；Vmax≤50m/s；i=8～15(约1000)一、蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动：普通圆柱蜗杆传动：阿基米德蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆锥面包络圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆传动：其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而的。环面蜗杆传动：其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；锥蜗杆传动：同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。二、蜗杆传动的特点优点：①单级传动比大、结构紧凑；②传动平稳、噪声和振动小；③适当条件，可以实现自锁。缺点：①传动效率低；②需用较贵重的有色金属。阿基米德蜗杆(ZA)：阿基米德蜗杆又称为轴向直齿廓蜗杆，刀具切削平面通过蜗杆轴线，切出的蜗杆齿廓在轴面内为直线；而在与轴线垂直的平面内，齿廓为阿基米德螺旋线。该类型蜗杆具有加工、测量简单、方便等优点；单齿面不便于磨削，不宜采用硬齿面，传动效率低，只是用于低速情在传动中。渐开线蜗杆(ZI)：刀具切削平面通过蜗杆基圆的相切。其齿廓在基圆的切平面内为直线，而齿廓与垂直于蜗杆轴线的平面交线为渐开线。这种蜗杆可用滚刀滚铣，也可进行磨削。因而，制造精度较高，也可采用硬齿面。适用于批量生产、大功率、高速传动的场合。法向直廓蜗杆（ZN)：切削时刀具的切削平面在垂直于齿槽中点螺旋线的法平面内，在法面内的齿形为直线。而在垂直于轴线平面内的齿形为延伸渐开线。这种蜗杆容易实现磨削，可采用硬齿面，精度和传动效率较高。适用于螺旋线数较多、导程较大的蜗杆传动。圆弧齿圆柱蜗杆（ZC）：圆弧齿圆柱蜗杆与上述蜗杆不同，其齿阔的形状为圆弧。蜗杆蜗轮时凹凸圆弧齿啮合传动，承载能力大、结构紧凑、传动效率高，是目前我国推广使用的一种蜗杆传动。§11-2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数及其选择⒈模数m、压力角amx1＝mt2＝m（中间平面）正确啮合条件：ax1=at2=a（中间平面）l=b⒉蜗杆分度圆直径ｄ１（标准值）便于刀具的设计、制造和标准化。国标规定对每一模数下的蜗杆直径制定了标准值，以限制刀具的数量。⒊蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2Z1：多则效率高、加工困难；少，则易实现自锁，效率低。Z2：z2＝iz1。为避免根切，理论上应使z2min≥17。实践证明，当z2＜26时，啮合区要显著减小，直接影响传动的平稳性，通常z2≥28；为使蜗杆有足够刚度，要求z2≤80。⒋蜗杆直径系数q和蜗杆分度圆导程角γ的计算蜗杆直径系数q：q=d1/md1=qm蜗杆分度圆导程角γ：5.传动比i和齿数比u6.中心距a的计算及荐用值二、蜗杆变位传动的特点1、蜗杆传动变为的目的①凑配中心距；②提高承载能力；③改变传动比。2、蜗杆传动的变为方法在切制蜗轮时，使刀具相对于加工标准蜗轮时的位置沿径向进行移位来实现。3、蜗杆传动变为前、后的变化蜗杆不变位，蜗轮变位；但是，蜗杆的节圆位置发生了变化，不再与分度圆重合；而蜗轮的节圆与分度圆始终保持重合。4、变为系数的确定①传动比保持不变，只凑配中心距时的变位系数确定标准蜗杆传动的中心距a为：变位后，蜗杆与蜗轮节圆直径分别为：中心距为：变为系数：②中心距不变，只改变传动比（蜗轮原齿数z2、变位后齿数z2′）时变位系数的确定变位后蜗杆与蜗轮的节圆直径分别为：中心距为：变换后：于是可得：三、几何计算普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算已在机械原理中作了讲述，并列在表11－3。第21次课2学时上次课复习：蜗杆传动主要参数本次课题（或教材章节题目）：§3～6蜗杆传动设计计算、结构及热平衡教学要求：1）掌握蜗杆传动主要失效形式、计算准则；2）掌握蜗杆传动设计计算；3）了解蜗杆传动结构；4）掌握蜗杆传动热平衡。重点：蜗杆传动主要失效形式、传动热平衡。难点：教学手段及教具：多媒体课堂讲授讲授内容及时间分配：1）蜗杆传动主要失效形式、计算准则；15分钟 2）蜗杆传动设计计算；45分钟3）蜗杆传动结构；15分钟4）蜗杆传动热平衡。15分钟课后作业11-1511-2511-28参考资料《机械设计》谈家祯主编中国标准出版社《机械设计》董刚主编机械工业出版社注：本页为每次课教案首页第十一章蜗杆传动§11-3蜗杆传动的承载能力计算一、蜗杆传动的常见失效形式及其特点1）闭式传动中主要的失效形式是：胶和、点蚀和磨损；2）开式传动的主要失效形式为磨料磨损；3）失效通常发生在蜗轮轮齿上；4）蜗轮轮齿发生轮齿折断的情况较少见，一般只在蜗轮齿数很多或开式传动中才时有发生。二、蜗杆传动的设计准则防止齿面过度磨损引起的失效：蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算防止蜗杆刚度不足引起的失效：蜗杆的刚度计算防止过热引起的失效：传动系统的热平衡计算对于闭式蜗杆传动，按齿面接触疲劳强度进行设计，并进行热平衡计算，必要时校核齿弯曲疲劳强度。对于开式蜗杆传动，一般只按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后将模数加大10%左右。三、蜗杆传动的常用材料基本要求：足够的强度、良好的抗胶合性能、耐磨、减磨性及跑和性能等。为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。四、蜗杆传动受力分析力的作用点：作用点处于中间平面的节点上力的方向：力的方向判断与斜齿圆柱齿轮相同，不同的是蜗杆与蜗轮各力之间的对应关系。五、蜗杆传动的承载能力计算1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算校核公式：设计公式：2.蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度取决为轮齿模数的大小，因其轮齿齿形比较复杂，且在距中间平面不同的平行平面上的齿后也不同，均相当于具有不同变为系数的正变位齿轮。距主平面越远，齿厚越大，变为系数也越大。因此，蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度难于精确计算，只能进行条件性的概略计算。§11-3蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率⒈蜗杆传动效率η1─计及啮合摩擦损耗的效率；η2─计及轴承摩擦损耗的效率；η3─计及溅油损耗的效率；Z1↑→γ↑→η↑⒉蜗杆传动的滑动速度滑动速度:二、蜗杆传动的润滑润滑的目的：1）减小摩擦、磨损；2）防止胶合。润滑方法：1）浸油润滑；2）喷油润滑。注意：1）根据滑动速度选择润滑方式；2）若采用喷油润滑，应使喷油嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。润滑油供油量：①蜗杆下置时，浸油深度应不超过一个齿高；②蜗杆上置时，蜗轮进入深度约为蜗轮外径的三分之一。三、蜗杆传动的热平衡计算⒈蜗杆传动热平衡计算的目的控制温升，防止产生胶合。⒉热平衡条件及其计算式系统因摩擦功耗产生的热量为：自然冷却从箱壁散去的热量为：在热平衡条件下可得：