蝸桿傳動(dòng)教案

1、課題名稱蝸桿傳動(dòng)授課班級 授課時(shí)間課題序號(hào)17授課課時(shí)第47至IJ 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)容無課外作業(yè)授課主要內(nèi) 容或板書設(shè) 計(jì)第十章蝸桿傳動(dòng)第一節(jié)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的類型三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級四、蝸桿的類型第二節(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

2、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)齒輪類似，所以學(xué)生學(xué)習(xí)理解較容易，對本章教學(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)

3、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)的精度等級分為12個(gè)精度等級，常用 59級。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

4、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a中間平卸：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平卸。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在中間平卸（壬平卸）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)mW和軸面壓力角a a1應(yīng)分力1J等于蝸輪的端面模數(shù)mt2和端面壓力角 at 2,即mOI = mt2 = ma a1= a t 2= a模數(shù)m的標(biāo)準(zhǔn)值，見表12-1 ；壓力角標(biāo)準(zhǔn)值為 20°

5、 , 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為蝸桿分度圓柱（或稱為中圓柱）。蝸桿分度圓（中圓）直徑用d1表示，其值見表10-1 o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)程角丫應(yīng)與蝸輪分度圓上的螺旋角B大小相等旋向相同，即丫 二B2 . 傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2導(dǎo)入：通過減 速器減速裝置 導(dǎo)入。看拆開的減 速器?麗 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)過程。對比阿基米德 蝸桿與漸開線 螺桿的區(qū)別， 主要分析加工 蝸

6、桿時(shí)刀具安 裝的不同。講解蝸桿主要 參數(shù)的時(shí)候要 與齒輪及螺紋 主要參數(shù)進(jìn)行 對比。其中有 很多相通的地 方，如模數(shù)、 壓力角。列舉蝸桿蝸輪 傳動(dòng)案例，說 明該傳動(dòng)能應(yīng) 用在較大傳動(dòng) 比場合，是該 傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。 讓學(xué)生分組討 論導(dǎo)程角對加 工制造與自鎖 的關(guān)系。講明判定傳動(dòng) 轉(zhuǎn)向的方法， 舉例講解其應(yīng)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Z1個(gè)齒(Z1 / Z2周)。因此，其傳動(dòng)比為ziTfgT-效率 y T,但加工困難。zij- 傳動(dòng)比i T,但傳動(dòng)效率刀,。(蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率關(guān)系)常取，zi = 1, 2, 4, 6?？筛鶕?jù)傳動(dòng)比，參考表 10-2中的薦用值選取。Z2

7、= i Zl O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Z2 = 3280。(乙與Z2的薦用值表：12-2)3 .蝸桿直徑系數(shù)q和導(dǎo)程角丫由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國 家標(biāo)準(zhǔn)對每一標(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di (參見表12-1 )。直徑d1與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(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

8、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 1、蝸輪圓周速度為 v 2 ,由圖可得滑動(dòng)速度的大小，對齒面的潤滑情況、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)稱為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，其中心距計(jì)算式為a=0.5( d1+d2)=0.5 m(q+z2)注意：aw 0.5 n(Z1+Z2)。中心距的常用值見表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) mB蝸桿分度圓直徑 d1(或q),

9、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))o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?,拇指反向；即為 丫2。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)z 1=2、分度圓直徑d1 =40mm,蝸輪齒數(shù)z 2=39,試計(jì)算蝸桿直徑系數(shù) q、導(dǎo)程角丫及蝸 桿傳動(dòng)中心距a 。解(1)蝸桿直徑系數(shù) 碑=40/4=10(2)導(dǎo)程角 由式(12-2)得 = =2/10=0.2 丫 =11.3099 ° (11 ° 18 '36 ")(3) 傳動(dòng)中心距 a

10、 =0.5(q + z2 尸0.5 X 4X (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 =0.5x 4X (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。用。對傳動(dòng)失效形 式的掌握有例 于學(xué)生在今后 使用過程中合 理的保護(hù)蝸 輪、蝸桿，所 以要讓學(xué)生掌 握這部分內(nèi) 容。受力分析是教 學(xué)的難點(diǎn)，此 內(nèi)容不需要講 解過細(xì)，讓學(xué) 生大體了解。要求學(xué)生試著 查表找數(shù)據(jù)進(jìn) 行，代入公式 進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn) 算。讓學(xué)生列舉蝸 桿的潤滑方 式。并分組討 論在不同場合 用不同潤滑方 式。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

11、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曾加到100mm有關(guān)變位蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算，參見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。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。在開式和潤 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

12、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制作。無退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銃制的辦法。有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銃制加工，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

13、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=Tii y , y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 Fai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Fai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主動(dòng)輪（蝸桿）：左旋用左手右旋用右手四指,彷

14、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)只需對蝸輪輪

15、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：bHK （T H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b H o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 v2<3m/s 和7級精度以上時(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、材料及相對滑動(dòng)速度 v2有關(guān)?？砂幢?2-4選擇。當(dāng)蝸輪材料為無錫青銅、黃銅或鑄鐵時(shí)，材料的強(qiáng)度較高，抗點(diǎn)蝕

16、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：bF< bF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，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過大，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、潤滑和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的效率與齒輪傳動(dòng)類似，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)潤滑油的油阻損耗。其總效率為刀二刀1刀2刀3

17、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。因此巧慮 刀2刀3后，蝸桿傳動(dòng)的總效率為式中：y為蝸桿導(dǎo)程角；p '為當(dāng)量摩擦角，p ' =arctg f '。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)(見表10-7)。，、zm ,因?yàn)閠an九=所以 zifYtdi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)zi=124y =0.700.750.750.820.870.92開式傳動(dòng)z1=1、2y =0.600.70二、蝸桿傳動(dòng)的潤滑目的：減摩、散熱。潤滑油的粘度和給油方法可參照表10-5選取。一般根據(jù)相對滑動(dòng)速

18、度選擇潤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深。蝸桿線速度V2>4m/s時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳動(dòng)，由蝸輪帶油潤滑。潤滑方式的選擇：當(dāng)vs< 5-10 m/s時(shí)，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深。當(dāng)vi> 4 m/s時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。當(dāng)vs > 10 15 m/s時(shí)，采用壓力噴油潤滑。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、潤滑 失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對連續(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，熱量系通過箱殼散逸，且要求箱體內(nèi)的油溫t(