蝸桿傳動(dòng)教案.doc

.課題名稱(chēng)蝸桿傳動(dòng)授課班級(jí)授課時(shí)間 課題序號(hào)17授課課時(shí)第47 到 50授課形式講授使用教具投影儀教學(xué)目的1、了解蝸桿傳動(dòng)的原理；2、了解蝸桿傳動(dòng)的組成；3、了解蝸桿的特點(diǎn)；4、掌握蝸桿傳動(dòng)中蝸桿、蝸輪螺旋線方向的判斷及蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判定。教學(xué)重點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算更新、補(bǔ)充、刪減內(nèi)容無(wú)課外作業(yè) 授課主要內(nèi)容或板書(shū)設(shè)計(jì)第十章 蝸桿傳動(dòng)第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)四、蝸桿的類(lèi)型第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù):二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析一、力的大小二、力的方向第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、蝸桿的剛度計(jì)算第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的效率二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算教學(xué)后記本章內(nèi)容與上一章節(jié)齒輪類(lèi)似，所以學(xué)生學(xué)習(xí)理解較容易，對(duì)本章教學(xué)內(nèi)容掌握較為理想。.課 堂 教 學(xué) 安 排主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟教學(xué)過(guò)程 師生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖等第十章 蝸桿傳動(dòng)第一節(jié) 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成的，用于傳遞空間交錯(cuò)兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為90。傳動(dòng)中一般蝸桿是主動(dòng)件，蝸輪是從動(dòng)件。一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：1傳動(dòng)比大，一般 i =1080，最大可達(dá)1000；2重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；3結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖；4 蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率低；5. 蝸輪的造價(jià)較高。 主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。 廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。二、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設(shè)計(jì)。三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)分為12個(gè)精度等級(jí)，常用59級(jí)。蝸桿分左旋和右旋。 左旋 右旋蝸桿還有單頭和多頭之分。四、蝸桿的類(lèi)型 后兩種蝸桿的加工，刀具安裝較困難，生產(chǎn)率低，故常用阿基米德蝸桿。第二節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸一、圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù):1. 模數(shù)m和壓力角中間平面：通過(guò)蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在中間平面（主平面）內(nèi)確定。由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀，按范成原理切制輪齒，所以ZA蝸桿傳動(dòng)中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當(dāng)于漸開(kāi)線齒輪與齒條的嚙合。在主平面內(nèi)，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)。蝸輪蝸桿正確嚙合條件是：蝸桿的軸面模數(shù) ma1和軸面壓力角a1應(yīng)分別等于蝸輪的端面模數(shù)mt2和端面壓力角t2，即 ma1 =mt2 =m a1=t2= 模數(shù)m的標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表12-1；壓力角標(biāo)準(zhǔn)值為20，ZA蝸桿取軸向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，ZI蝸桿取法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。如圖上圖所示，齒厚與齒槽寬相等的圓柱稱(chēng)為蝸桿分度圓柱(或稱(chēng)為中圓柱)。蝸桿分度圓(中圓)直徑用d1表示，其值見(jiàn)表10-1。蝸輪分度圓直徑以d2表示。在兩軸交錯(cuò)角為90的蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角應(yīng)與蝸輪分度圓上的螺旋角大小相等旋向相同，即 =2. 傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2設(shè)蝸桿頭數(shù)為z1，蝸輪齒數(shù)為z2，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn)過(guò) z1 個(gè)齒( z1 / z2周)。因此，其傳動(dòng)比為 z1g效率 ，但加工困難。z1 傳動(dòng)比 i，但傳動(dòng)效率 。(蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān)系)常取，z11，2，4，6。 可根據(jù)傳動(dòng)比，參考表 10-2中的薦用值選取。z2= i z1 。 如 z2太小，將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。如 z2太大，蝸輪直徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。一般取 z23280。（Z1與Z2的薦用值表：12-2）3. 蝸桿直徑系數(shù)q和導(dǎo)程角由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1（參見(jiàn)表12-1）。直徑d1與模數(shù)m的比值稱(chēng)為蝸桿的直徑系數(shù)q。即：當(dāng)模數(shù)m一定時(shí)，q值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，對(duì)于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛度。 如圖所示蝸桿螺旋面與分度圓柱的交線為螺旋線。4.齒面間滑動(dòng)速度vs蝸桿傳動(dòng)即使在節(jié)點(diǎn)C處嚙合，齒廓之間也有較大的相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)速度vs 沿蝸桿螺旋線方向。設(shè)蝸桿圓周速度為v l、蝸輪圓周速度為v 2 ，由圖可得滑動(dòng)速度的大小，對(duì)齒面的潤(rùn)滑情況、齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動(dòng)效率等都有很大影響。5. 中心距a當(dāng)蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時(shí)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其中心距計(jì)算式為 a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2) 注意： a0.5m(z1+z2) 。中心距的常用值見(jiàn)表10-3注。二、圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，一般是先根據(jù)傳動(dòng)的功用和傳動(dòng)比的要求，選擇蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2，然后再按強(qiáng)度計(jì)算確定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1(或q)，再根據(jù)表10-3計(jì)算出蝸桿、蝸輪的幾何尺寸(兩軸交錯(cuò)角為90、標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng))。表10-3 蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算蝸輪的轉(zhuǎn)向左右手法：左旋左手，右旋右手，四指轉(zhuǎn)向w1，拇指反向；即為v2。例10-1 在帶傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)中，初步計(jì)算后取蝸桿模數(shù) m=4mm、頭數(shù) z1=2、分度圓直徑d1 =40mm，蝸輪齒數(shù) z2=39，試計(jì)算蝸桿直徑系數(shù)q、導(dǎo)程角及蝸桿傳動(dòng)中心距 a 。解(1) 蝸桿直徑系數(shù)=40/4=10(2) 導(dǎo)程角 由式（12-2）得=2/10=0.2 =11.3099(111836“)(3) 傳動(dòng)中心距 a =0.5(q + z2 )=0.54(10+39)=98mm討論 也可將蝸輪齒數(shù)改為z2=40，即中心距圓整為 a =0.54(10+40)=100mm。由此引起的傳動(dòng)比的變化可在傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部作適當(dāng)調(diào)整。 如果是單件生產(chǎn)又允許采用非標(biāo)準(zhǔn)中心距，就取 a=98mm。 在不改變傳動(dòng)比的情況下，若想將中心距圓整為 a=100mm，就只能采用變位傳動(dòng)了。方法是在切制蝸輪時(shí)將滾刀外移2mm，即將滾刀與被切蝸輪的中心距由98mm增加到100mm。有關(guān)變位蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算，參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。第三節(jié)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇1. 主要失效形式：膠合、磨損、點(diǎn)蝕等。在潤(rùn)滑良好的閉式傳動(dòng)中，若不能及時(shí)散熱，膠合是其主要的失效形式。在開(kāi)式和潤(rùn)滑密封不良的閉式傳動(dòng)中，蝸輪輪齒的磨損尤其顯著。2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3.常用材料由于蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強(qiáng)度，更重要的是具有良好的減摩耐磨和抗膠合性能。為此常采用青銅作蝸輪齒圈，并與淬硬磨削的鋼制蝸桿相匹配。蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼。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(diào)質(zhì)。精度要求高的蝸桿需經(jīng)磨削。二、蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿軸），當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開(kāi)制作。無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。有退刀槽，螺旋部分可用車(chē)制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下：第四節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒所受法向力Fn可分解為：徑向力Fr、周向力Ft、軸向力Fa。一、力的大小當(dāng)兩軸交錯(cuò)角為90時(shí)，各力大小為：式中：T2=T1i，為蝸桿傳動(dòng)的效率。二、力的方向 當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，各力方向判斷如下： 蝸桿上的圓周力 Ft1的方向與蝸桿轉(zhuǎn)向相反。 蝸桿上的軸向力 Fa1的方向可以根據(jù)蝸桿的螺旋線旋向和蝸桿轉(zhuǎn)向，用（左）右手定則判斷。 蝸輪上的圓周力 Ft2 的方向與蝸輪的轉(zhuǎn)向相同（與蝸桿上的軸向力 Fa1的方向相反）。 蝸輪上的軸向力 Fa2 的方向與蝸桿上的圓周力 Ft1的方向相反。 蝸桿和蝸輪上的徑向力 Fr1 、Fr2的方向分別指向各自的軸心。主動(dòng)輪（ 蝸桿） ：左旋用左手右旋用右手四指-w方向拇指-Fa1方向從動(dòng)輪（ 蝸輪） ： Ft2與Fa1反向，由此確定其轉(zhuǎn)向。例1：標(biāo)出各圖中未注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，繪出蝸桿和蝸輪在嚙合點(diǎn)處的各分力的方向（均為蝸桿主動(dòng)）。例：傳動(dòng)系統(tǒng)如圖，已知輪4為輸出輪，轉(zhuǎn)向如圖，試：1、合理確定蝸桿、蝸輪的旋向；2、標(biāo)出各輪受力方向。蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是膠合和磨損。但目前依據(jù)膠合和磨損的強(qiáng)度計(jì)算缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù)，因而通常沿用接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力，而在選用許用應(yīng)力時(shí)適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因素的影響，故其強(qiáng)度計(jì)算公式是條件性的。由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋，其材料的強(qiáng)度又很高，因而失效總是出現(xiàn)在蝸輪上，所以蝸桿傳動(dòng)只需對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。第五節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“點(diǎn)蝕”和“膠合”失效。強(qiáng)度條件：HH以蝸桿蝸輪節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 H 。校核公式:設(shè)計(jì)公式：上兩式 中KA 為載荷系數(shù)，一般取KA=1.11.3。當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸輪圓周速度 v23m/s和 7級(jí)精度以上時(shí)，取小值，否則取大值。當(dāng)蝸輪材料為錫青銅時(shí)，其材料具有良好的抗膠合能力,蝸輪的損壞形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，其承載能力取決于輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度。因此，許用接觸應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、材料及相對(duì)滑動(dòng)速度v2有關(guān)?？砂幢?2-4 選擇。當(dāng)蝸輪材料為無(wú)錫青銅、黃銅或鑄鐵時(shí)，材料的強(qiáng)度較高，抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，蝸輪的損壞形式主要是膠合，其承載能力取決于其抗膠合能力，與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無(wú)關(guān)，因此，許用接觸應(yīng)力可從表12-5查取。 二、蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“疲勞斷齒”。強(qiáng)度條件：FF校核公式：設(shè)計(jì)公式：三、蝸桿的剛度計(jì)算:蝸桿較細(xì)長(zhǎng)，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過(guò)大，則會(huì)影響正常的嚙合傳動(dòng)。蝸桿產(chǎn)生的撓度應(yīng)小于許用撓度。由切向力和徑向力產(chǎn)生的撓度分別為：合成總撓度為：第六節(jié)圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的效率與齒輪傳動(dòng)類(lèi)似，閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損耗包括三部分：輪齒嚙合摩擦損耗，軸承中摩擦損耗以及攪動(dòng)箱體內(nèi)潤(rùn)滑油的油阻損耗。其總效率為 =123其中最主要的是嚙合效率，當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，嚙合效率可按螺旋傳動(dòng)的效率公式求出。因此考慮 23后，蝸桿傳動(dòng)的總效率為式中：為蝸桿導(dǎo)程角；為當(dāng)量摩擦角，=arctgf。當(dāng)量摩擦系數(shù) f主要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑動(dòng)速度等有關(guān)(見(jiàn)表10-7)。所以 z1估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率時(shí)，可取下列數(shù)值：閉式傳動(dòng) z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92 開(kāi)式傳動(dòng) z1=1 、2 =0.600.70 二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑目的：減摩、散熱。潤(rùn)滑油的粘度和給油方法可參照表10-5選取。一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)滑油的粘度和給油方法。為減小攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。蝸桿線速度v24m/s時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳動(dòng)，由蝸輪帶油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑方式的選擇：當(dāng)vs 510 m/s時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。當(dāng)v1 4 m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。當(dāng)vs 1015 m/s時(shí)，采用壓力噴油潤(rùn)滑。三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算由于蝸桿傳動(dòng)效率低、發(fā)熱量大，若不及時(shí)散熱，會(huì)引起箱體內(nèi)油溫升高、潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡：在單位時(shí)間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。在閉式傳動(dòng)中，熱量系通過(guò)箱殼散逸，且要求箱體內(nèi)的油溫t() 和周?chē)諝鉁囟?t0() 之差不超過(guò)允許值式中：t溫度差， t=t-t0;P1蝸桿傳遞功率，單位為 kW;t表面散熱系數(shù)，根據(jù)箱體周?chē)L(fēng)條件，一般取 t =1017W/(m2)；A散熱面積，單位為 m2 ，指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積，對(duì)于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計(jì)算；t溫差允許值，一般為 6070。并應(yīng)使油溫 t (=t0 +t) 小于 90 。如果超過(guò)溫差允許值，可采用下述冷卻措施： 增加散熱面積 合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊上散熱片。提高表面散熱系數(shù) 在蝸桿軸上裝置風(fēng)扇或在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇形冷卻水管或用循環(huán)油冷卻。導(dǎo)入：通過(guò)減速器減速裝置導(dǎo)入?？床痖_(kāi)的減速器演示PPT左右旋向與螺紋旋向判定方法相同。課前準(zhǔn)備蝸桿一根與蝸輪一個(gè)，課堂演示蝸輪與蝸桿傳動(dòng)過(guò)程。 對(duì)比阿基米德蝸桿與漸開(kāi)線螺桿的區(qū)別，主要