中科大机械制造与设计教案第57次课蜗杆传动

课时授课计划第57次课【教学课题】：§11-1蜗杆传动的特点和类型【教学目的】：掌握蜗杆传动的参数、几何尺寸，受力分析和转向的判断【教学重点及处理方法】：蜗杆传动的参数、几何尺寸，受力分析和转向的判断处理方法：详细讲解【教学难点及处理方法】：力分析和转向的判断处理方法：详细【教学方法】:讲授法【教具】：三角板【时间分配】：引入新课5min新课80min小结、作业5min第三次课【提示启发引出新课】蜗杆传动是由蜗杆蜗轮组成，通常蜗杆和蜗轮的轴线在空间交错成900，属于空间机构。一般情况下，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。【新课内容】§11-1蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的类型：根据分度曲面形状分类：蜗杆圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动分为：普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动分为：阿基米德蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆锥面包络蜗杆阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）：是用两刀刃夹角为40°的梯形车刀在车床上加工而成，加工时将车刀的刀刃放于水平位置，并与蜗杆轴线在同一水平面。车削简单，但当导程角大时，加工不便，且难于磨削，不易保证加工精度。一般用于低速、轻载或不太重要的传动。应用最广泛。渐开线蜗杆（ZI蜗杆）：将车刀的刀刃与蜗杆的基面圆柱相切，并与蜗杆轴线在同一水平面。可以磨削，易保证加工精度。加工工艺性好，精度较高。但需专用机床，成本高。一般用于蜗杆头数较多，转速较和较精密的传动。3、法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面N－N齿廓为直线。车削时车刀刀刃平面置于螺旋线的法面上。加工简单，可用砂轮磨削，常用于多头精密蜗杆传动。二、蜗杆传动的特点及应用特点：传动比大；分度系统中可达1000，在动力传动中一般为10～80结构紧凑；传动平稳、噪声低；在一定条件下可自锁；效率低；一般只有0.7～0.8，自锁时只有0.4齿面相对滑移速度大，易磨损和发热；成本高；应用：广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备等传动系统中，但不适于传递大功率。§11-2普通圆柱蜗杆主要参数和几何尺寸计算中间平面：通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面。对于阿基米德蜗杆传动，在中间平面上，相当于齿条与齿轮的啮合传动。在设计时常取此平面内的参数和尺寸作为计算基准。一、蜗杆传动的主要参数及选择：1、模数m和压力角模数及压力角均为标准值，标准模数可查相关资料，标准压力角为20°。2、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2式中：n1、n2—蜗杆、蜗轮的转速(r/min)Z1、Z2--蜗杆头数、蜗轮齿数Z1通常为1、2、4、6，Z2通常取28～80。3、蜗杆导程角式中：px1—蜗杆的轴向齿距(mm)d1—蜗杆分度圆直径(mm)4、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q蜗杆的分度圆直径d1和为标准值(参见教材或相关资料)直径系数q：蜗杆的分度圆直径d1与模数m的比值。5、标准中心距a§11-3蜗杆传动的失效形式、材料和结构一、齿面间滑动速度：蜗杆和蜗轮啮合时，相对滑动速度vs的大小及方向取决于蜗杆与蜗轮的圆周速度v1及v2：二、蜗杆传动的失效形式和计算准则：1.失效形式:胶合、磨损、点蚀（蜗轮轮齿上）、折断原因：相对滑动速度大2、设计准则：闭式传动：按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核并进行热平衡验算。开式传动：只按齿根弯曲疲劳强度设计。当蜗杆轴支承跨距较大时，应进行蜗杆轴刚度计算。三、蜗杆蜗轮常用材料：要求：1）足够的强度2）良好的减摩、耐磨性3）良好的抗胶合性蜗杆：一般用碳钢或合金钢，如40、45、40Cr、20CrMnTi等。蜗轮：常用青铜和铸铁，如铸造锡青铜(ZCuSn10Pb1)，铸造铝铁青铜(ZXuSn5Pb5Zn5)等。四、蜗杆和蜗轮的结构：蜗杆的结构:通常为整体式——蜗杆轴铣制蜗杆铣制蜗杆车制蜗杆车制蜗杆蜗轮的结构→通常为组合式齿圈压配式：用于尺寸不太大或工作温度变化较小的场合。螺栓联接式：用于尺寸较大或磨损后需更换蜗轮齿圈的场合。a)齿圈压配式b)螺栓联接式c)整体浇注式d)拼铸式整体浇注式：主要用于铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮。拼铸式：只用于成批制造的蜗轮。§11-4蜗杆传动的受力分析一、蜗轮旋转方向的判定：蜗轮放置方向，按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方向，应用“左、右”手定则来判定。“左、右”手定则：当蜗杆为右旋时使用右手；左旋时用左手。四个拇指顺蜗杆转向“握住”其轴线，则大拇指的反方向即为蜗轮的转向。右旋左旋二、轮齿上的作用力：法向力Fn可分解为三个相互垂直的分力：圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fx。式中：T1、T2—蜗杆、蜗轮上的转矩(Nmm(η为蜗杆传动效率)§11-5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率：闭式蜗杆传动总效率包括：考虑轮齿啮合齿面间摩擦损失时的效率；考虑轴承摩擦损失的效率；考虑浸入油池中的零件搅动润滑油及飞溅损失进和效率。蜗杆传动的总效率：式中：γ----蜗杆导程角；ρv----当量摩擦角，(其值参见教材P187表11-5)蜗杆传动自锁条件：二、蜗杆传动的润滑：目的：1）提高效率；2）降低温升，防止磨损和胶合闭式蜗杆传动润滑油粘度及给油方法：滑动速度Vs/(m.s-1)<1<2.5<5>5～10>10～15>15～25>25工作条件重载重载中载————粘度V40℃/(mm2.s-1)100060032022015010068润滑方式油浴油浴或喷油压力喷油润滑及其压力/(Nmm2)0.070.20.3开式蜗杆传动：常采用粘度较高的齿轮油或润滑指进行润滑。三、蜗杆传动的热平衡：如果工作温度超过许用温度，应采