武理工机械设计基础教案07蜗杆传动

第十五次课蜗杆传动（一）教学内容1.蜗杆传动的类型及特点2.蜗杆传动的失效形式、材料和结构3.普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算4、蜗杆蜗轮的材料和结构教学目的1.了解蜗杆传动特点、类型及主要参数2.掌握蜗杆传动几何尺寸的计算3.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则4、了解蜗杆蜗轮的材料和结构教学的重点与难点重点：蜗杆传动的失效形式和设计准则。难点：蜗杆传动的主要参数。教学方法与手段采用多媒体教学（动画演示），结合动画讲解概念；在齿轮机构的基础上，进行类比，同时注意他们之间的区别。

教学过程组织：复习旧课：斜齿轮的主要参数及其计算，当量齿轮和齿数，斜齿轮的受力分析、锥齿轮的受力分析。引入新课：如果一个斜齿轮的螺旋角很大（接近90度），齿轮的直径较小，这样一个轮齿可以在圆柱面上绕几圈，仿佛一条螺纹线的缠绕，这样就成了蜗杆。蜗杆传动的类型和特点：1、蜗杆传动的类型蜗杆传动的蜗杆可分为：圆柱蜗杆、环面蜗杆和锥蜗杆。目前最为常用的是圆柱蜗杆传动。根据蜗杆螺旋面的形状不同(或者说切制方法的不同)，圆柱蜗杆又可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)和螺纹一样，蜗杆有左旋、右旋、单线和多线之分，右旋蜗杆使用较多。2、蜗杆传动的特点主要优点：传动比很大、传动平稳和噪声较小，具有自锁性能。传动比i通常为10～80。主要缺点：传动效率较低；为了减小摩擦、提高耐磨性，蜗轮齿圈常需用价格较贵的青铜制造。蜗杆传动的主要参数和几何尺寸的计算：在蜗杆传动中，规定通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面，称为中间平面。对于阿基米德蜗杆蜗轮，在主平面内蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。1、蜗杆传动的主要参数及其选择（1）蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i传动比i=n1／n2=z1／z2蜗杆头数z1=1、2、4、6（单头，i大，易自锁，效率低，但精度好；多头杆，η↑，但加工困难，精度↓）蜗轮齿数z2=iz1，Z2=27～80（2）蜗杆分度圆上的导程角tgγ=pz/πd1

=z1px/πd1=z1πm/πd1

=z1m/d1d1

=mz1/

tgγγ≤3°30’的蜗杆传动具有自锁性。（3）蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数q=z1/

tgγd1

=mq式中q=d1/m称为蜗杆直径系数。m一定：q↑→d1↑→蜗杆的刚度↑强度↑∴m较小时，q应取大值（4）标准中心距2、蜗杆传动的几何尺寸计算分度圆直径：

d1=mq,d2=mz2齿顶高：ha1=m,ha2=m齿根高:hf1=1.2m,hf2=1.2m顶圆直径:da1=d1+2ha1=d1+2m,da2=m(z2+2)根圆直径:df1=d1-2hf1=d1-2.4m,df2=m(z2-2)中心距:

a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)蜗杆轴向齿距(px1)蜗轮端面齿距(pt2):px1=pt2=mπ3、蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的失效形式和计算准则：1、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的滑动速度：蜗杆传动的失效形式：有齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和轮齿折断。2、设计准则主要失效形式有胶合、磨损、齿面点蚀和轮齿折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。在闭式蜗杆传动，失效多为胶合。在开式蜗杆传动，失效多为磨损。至今对胶合与磨损计算尚无成熟的方法，故只能参照圆柱齿轮齿面及齿根强度的计算，而在选择许用应力时，根据传动特点考虑胶合和磨损失效的影响。对于闭式蜗杆传动，目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度的计算。蜗杆传动的材料：1、蜗杆材料蜗杆多用碳钢或合金钢制造，如40、45、40Cr等。经热处理可提高齿面硬度，增加耐磨性。40、45，调质HBS220~300——低速，不太重要40、45、40Cr，表面淬火，HRC45~55——一般传动15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK渗碳淬火、HRC58~63——高速重载2、蜗轮蜗轮常用铸锡青铜ZQSnl0-1、ZQSn6-6-3和铝铁青铜ZQAl9-4；低速和不重要的传动可采用铸铁材料。铸铸青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5P65Zn5）——VS≥3m/s时，减摩性好，抗胶合性好，价贵，强度稍低。铸铝铁青铜（ZcuAl10Fe3）——VS≤4m/s，减摩性、抗胶合性稍差，但强度高，价兼铸铁：灰~；球墨~。——VS≤2m/s，要进行时效处理、防止变形。蜗杆和蜗轮的结构：1、蜗杆蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。（1）无退刀槽，铣刀铣制；（2）有退刀槽，车刀车、或铣2、蜗轮（1）齿圈式——齿圈与轮芯一般用H7/rb配合装配，并在配合面接缝上，加装4～6个紧定螺钉,图a）所示。（2）但为了节约贵重的有色金属，大尺寸的蜗轮通常采用组合式结构(下图b)（3）蜗轮齿圈与轮芯也可用铰制孔用螺栓来联接(下图c)。（4）拼铸式——铸铁轮芯上浇铸青铜齿圈，然后切齿，(下图d)。小结：1、蜗杆传动特点、类型及主要参数。2、蜗杆传动几何尺寸的计算。3、蜗杆传动的失效形式和设计准则。4、蜗杆蜗轮的材料和结构。作业：教材P165：7-1，7-2第十六次课蜗杆传动（二）教学内容1.蜗杆传动的受力分析

2.蜗轮强度的计算方法3.蜗杆传动的热平衡计算方法；

4.蜗杆传动的润滑及热平衡计算。教学要求1.掌握蜗杆蜗轮的受力分析，会判断蜗轮传动的转向；2.掌握斜齿轮的当量齿数及蜗杆传动的热平衡计算方法；3.会选择蜗杆传动的润滑方式。教学的重点与难点重点：蜗杆传动的受力分析。难点：蜗杆传动的强度计算。教学方法与手段采用多媒体教学（加动画演示），对蜗杆传动的受力进行分析，通过例题的讲解，加深对知识的掌握。

教学过程组织：复习旧课：蜗杆传动的参数，蜗杆传动几何尺寸的计算，失效形式和设计准则。引入新课：前面讲过蜗杆传动和斜齿轮很类似，但是又不完全一样，我们下面来看一下它的受力情况。蜗杆传动的受力分析：蜗杆主动，法向力Fn作用在垂直于蜗杆轮齿齿向的法平面内，法平面与轴面的夹角为，与水平面夹角为，法向力Fn可分解为三个相互垂直的分力Ft、,Fr和轴向力Fa。1、力的大小2、力的方向和蜗轮转向的判别Ft——"主反从同"，Fr——指向轴线Fa1——蜗杆左（右）手螺旋定则，根据蜗杆齿向伸左手或右手，握住蜗杆轴线，四指代表蜗杆转向，大拇指所指代表D蜗杆所受轴向力Fa1的方向，Ft2的方向与Fa1相反，Ft2的方向即为蜗轮的转向。蜗轮的转动方向判断流程：蜗杆的转向和旋向→(左右手定则)→Fa1→Ft2

→(主反从同)→蜗轮的转向例1：例2：试确定下面轮系中，蜗轮的转向。画出蜗杆传动中在接触点A点所受的各力的方向。例3：如图为齿轮一蜗杆传动装置，试判定：（1）重物是上升还是下降？（2）欲使Ⅱ轴上的轴向力最小，在图上画出两斜齿轮螺旋线的方向。（3）画出Ⅱ轴上蜗杆与斜齿轮轴向力方向和圆周力方向。蜗杆传动的设计计算：对于闭式蜗杆传动，仅按齿面接触疲劳强度进行设计，无需校核蜗轮轮齿弯曲疲劳强度。1、蜗轮齿面接触疲劳强度：蜗轮强度计算与斜齿轮相似，以蜗杆蜗轮在节点处啮合的相应参数代入斜齿轮公式，便可得到蜗轮强度计算公式：2、蜗杆传动的效率——功率损耗分三个部分

Z11，2，4，60.7，0.8，0.9，0.95普通蜗杆增大导程角γ可提高效率，故动力传动中常采用多头蜗杆。但导程角过大会引起加工困难，而且γ>27°时，效率提高也很少。蜗杆传动的润滑：目的：1）提高；2）降低温升，防止磨损和胶合由于摩擦损耗大，∴油温升比较高，润滑油的精度↓易胶合，所以，应采用较高粘度的润滑油。一般低速重载→用粘度高的润滑油；一般高速轻载→用粘度低的润滑油蜗杆传动的热平衡计算：∵蜗杆传动效率较低，摩擦发热较大，温升较高，过高的温度使润滑油稀释，粘度下降，啮合时从齿面间被稀释，会加剧磨损和胶合。∴要进行热平衡计算：∴蜗杆传动单位时间的发热量为H1H1=1000P（1-）W若以自然冷却方式，单位时间散热量为H2H2=KdS(t-t0)WK

d——箱体表面散热系数，S——箱体散热面积t——油的工作温度，一般应限制在60~70℃，最高不超过80℃，t

max≤80℃t0——环境温度，一般取t0=20℃达到热平衡时：1000P（1-）=K

d

S(t-t0)如t>80°时措施：1、​

加散热片以增大散热面积；——合理设计箱体结构，铸出或焊接上散