蝸桿傳動教案

1、課題名稱蝸桿傳動授課班級 授課時間課題序號17授課課時第47至IJ 50授課形式講授使用教具投影儀教學目的1、了解蝸桿傳動的原理；2、了解蝸桿傳動的組成；3、了解蝸桿的特點；4、掌握蝸桿傳動中蝸桿、蝸輪螺旋線方向的判斷及蝸輪回轉(zhuǎn)方向的判定。教學重點蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算教學難點蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算更新、補 充、刪減 內(nèi)容無課外作業(yè)授課主要內(nèi) 容或板書設 計第十章蝸桿傳動第一節(jié)蝸桿傳動的特點和類型一、蝸桿傳動的特點二、蝸桿傳動的類型三、蝸桿傳動的精度等級四、蝸桿的類型第二節(jié)圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸 一、圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)：二、圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算第三節(jié)蝸桿

2、傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 一、蝸桿傳動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)圓柱蝸桿傳動的強度計算一、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算二、蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算三、蝸桿的剛度計算第六節(jié)圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計 算一、蝸桿傳動的效率二、蝸桿傳動的潤滑三、蝸桿傳動的熱平衡計算教學后記本章內(nèi)容與上一章節(jié)齒輪類似，所以學生學習理解較容易，對本章教學內(nèi)容掌握較為理想。課堂教學安排主要教學內(nèi)容及步驟教學過程師 生活動設計 意圖等第十章蝸桿傳動第一節(jié)蝸桿傳動的特點和類型蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成的，用于傳遞空間交錯兩軸之間的運動和動力。交錯

3、角一般為90°。傳動中一般蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。一、蝸桿傳動的特點：1 .傳動比大，一般 i =1080,最大可達1000；2 .重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；3 .結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)反行程自鎖；4 .蝸桿傳動的主要缺點齒面的相對滑動速度大，效率低；5 .蝸輪的造價較高。主要用于中小功率，間斷工作的場合。廣泛用于機床、冶金、礦山及起重設備中。二、蝸桿傳動的類型本章主要介紹普通圓柱蝸桿及其設計。三、蝸桿傳動的精度等級分為12個精度等級，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、柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸一、圓柱蝸桿傳動的主要參數(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蝸桿傳動中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。在主平面內(nèi)，蝸輪蝸桿的傳動相當于齒輪齒條的嚙合傳動。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的標準值，見表12-1 ；壓力角標準值為 20°

5、 , ZA蝸桿取軸向壓力角為標準值， ZI蝸桿取法向壓力角為標準值。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。在兩軸交錯角為 90。的蝸桿傳動中，蝸桿分度圓柱上的導程角丫應與蝸輪分度圓上的螺旋角B大小相等旋向相同，即丫 二B2 . 傳動比i、蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2導入：通過減 速器減速裝置 導入?？床痖_的減 速器?麗 PPT 左右旋向與螺 紋旋向判定方 法相同。課前準備蝸桿 一根與蝸輪一 個，課堂演示 蝸輪與蝸桿傳 動過程。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、桿時刀具安 裝的不同。講解蝸桿主要 參數(shù)的時候要 與齒輪及螺紋 主要參數(shù)進行 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 傳動案例，說 明該傳動能應 用在較大傳動 比場合，是該 傳動的優(yōu)點。 讓學生分組討 論導程角對加 工制造與自鎖 的關系。講明判定傳動 轉(zhuǎn)向的方法， 舉例講解其應設蝸桿頭數(shù)為Z1,蝸輪齒數(shù)為Z2,當蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸輪轉(zhuǎn)過Z1個齒(Z1 / Z2周)。因此，其傳動比為ziTfgT-效率 y T,但加工困難。zij- 傳動比i T,但傳動效率刀,。(蝸桿頭數(shù)與傳動效率關系)常取，zi = 1, 2, 4, 6。可根據(jù)傳動比，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 家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑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：當模數(shù)m一定時，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 .齒面間滑動速

8、度 vs蝸桿傳動即使在節(jié)點C處嚙合，齒廓之間也有較大的相對滑動，滑動速度 vs沿蝸桿螺旋線方向。設蝸桿圓周速度為v 1、蝸輪圓周速度為 v 2 ,由圖可得滑動速度的大小，對齒面的潤滑情況、齒面失效形式、發(fā)熱以及傳動效率等都有很大 影響。5 . 中心距a當蝸桿節(jié)圓與分度圓重合時稱為標準傳動，其中心距計算式為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、圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算設計蝸桿傳動時，一般是先根據(jù)傳動的功用和傳動比的要求，選擇蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2,然后再按強度計算確定模數(shù) mB蝸桿分度圓直徑 d1(或q),

9、再根據(jù)表10-3計 算出蝸桿、蝸輪的幾何尺寸 (兩軸交錯角為90。、標準傳動)o表10-3 蝸桿傳動的幾何尺寸計算蝸輪的轉(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在帶傳動和蝸桿傳動組成的傳動系統(tǒng)中，初步計算后取蝸桿模數(shù)m=4mm頭數(shù)z 1=2、分度圓直徑d1 =40mm,蝸輪齒數(shù)z 2=39,試計算蝸桿直徑系數(shù) q、導程角丫及蝸 桿傳動中心距a 。解(1)蝸桿直徑系數(shù) 碑=40/4=10(2)導程角 由式(12-2)得 = =2/10=0.2 丫 =11.3099 ° (11 ° 18 '36 ")(3) 傳動中心距 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。由此引起的傳動比的變化可在傳動系統(tǒng)內(nèi)部作適當調(diào)整。用。對傳動失效形 式的掌握有例 于學生在今后 使用過程中合 理的保護蝸 輪、蝸桿，所 以要讓學生掌 握這部分內(nèi) 容。受力分析是教 學的難點，此 內(nèi)容不需要講 解過細，讓學 生大體了解。要求學生試著 查表找數(shù)據(jù)進 行，代入公式 進行強度驗 算。讓學生列舉蝸 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)又允許采用非標準中心距，就取a=98mm。 在不改變傳

11、動比的情況下，若想將中心距圓整為a=100mm,就只能采用變位傳動了。方法是在切制蝸輪時將滾刀外移2mm即將滾刀與被切蝸輪的中心距由98mm曾加到100mm有關變位蝸桿傳動的計算，參見機械設計手冊。第三節(jié)蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)一、蝸桿傳動的失效形式及材料選擇1 .主要失效形式：膠合、磨損、點蝕等。在潤滑良好的閉式傳動中，若不能及時散熱，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中，蝸輪輪齒的磨損尤其顯著。2 .設計準則3 .常用材料由于蝸桿傳動的特點，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強度，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整體（蝸桿軸），當蝸桿的直徑較大時， 可以將軸與蝸桿分開制作。無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銃制的辦法。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，當蝸輪直徑較大時，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)圓柱蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜

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、力的大小當兩軸交錯角為 90°時，各力大小為：式中：T2=Tii y , y為蝸桿傳動的 效率。二、力的方向當蝸桿主動時，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方向從動輪（蝸輪）：Ft2與Fa1反向，由此確定其轉(zhuǎn)向。例1 :標出各圖中未注明的蝸桿或蝸輪的轉(zhuǎn)動方向，繪出蝸桿和蝸輪在嚙合點處的各分力的方向（均為蝸桿主動）。例：傳動系統(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、標出各輪受力方向。蝸桿傳動的主要失效形式是膠合和磨損。但目前依據(jù)膠合和磨損的強度計算缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù)，因而通常沿用接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算蝸桿傳動的承載能力，而 在選用許用應力時適當考慮膠合和磨損失效因素的影響，故其強度計算公式是條件性的。由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋，其材料的強度又很高，因而失效總是出現(xiàn)在蝸輪上，所以蝸桿傳動只需對蝸輪輪

15、齒進行強度計算。第五節(jié)圓柱蝸桿傳動的強度計算一、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算目的：防止“點蝕”和“膠合”失效。強度條件：bHK （T H以蝸桿蝸輪節(jié)點為計算點，計算齒面接觸應力b H o校核公式：設計公式：上兩式 中KA為載荷系數(shù)，一般取KA=1.11.3。當載荷平穩(wěn)，蝸輪圓周速度 v2<3m/s 和7級精度以上時，取小值，否則取大值。當蝸輪材料為錫青銅時，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蝕，其承載能力取決于輪齒的接觸疲勞強度。因此，許用接觸應力與應力循環(huán)次數(shù)N、材料及相對滑動速度 v2有關。可按表12-4選擇。當蝸輪材料為無錫青銅、黃銅或鑄鐵時，材料的強度較高，抗點蝕

16、能力強，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，與應力循環(huán)次數(shù)無關，因此，許用 接觸應力可從表 12-5查取。二、蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算目的：防止“疲勞斷齒”。強度條件：bF< bF校核公式：設計公式：三、蝸桿的剛度計算：蝸桿較細長，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過大，則會影響正常的嚙合傳動。蝸 桿產(chǎn)生的撓度應小于許用撓度。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)圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算一、蝸桿傳動的效率與齒輪傳動類似，閉式蝸桿傳動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，當蝸桿主動時，嚙合效率可按螺旋傳動的效率公式求出。因此巧慮 刀2刀3后，蝸桿傳動的總效率為式中：y為蝸桿導程角；p '為當量摩擦角，p ' =arctg f '。當量摩擦系數(shù) f '主 要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑動速度等有關(見表10-7)。，、zm ,因為tan九=所以 zifYtdi估計蝸桿傳動的總效率時，可取下列數(shù)值：閉式傳動zi=124y =0.700.750.750.820.870.92開式傳動z1=1、2y =0.600.70二、蝸桿傳動的潤滑目的：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，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳動，由蝸輪帶油潤滑。潤滑方式的選擇：當vs< 5-10 m/s時，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vi> 4 m/s時，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。當vs > 10 15 m/s時，采用壓力噴油潤滑。三、蝸桿傳動的熱平衡計算由于蝸桿傳動效率低、發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)油溫升高、潤滑 失效，導致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動要進行熱 平衡計算。熱平衡：在單位時間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。在閉式傳動中，熱量系通過箱殼散逸，且要求箱體內(nèi)的油溫t(