高職《機械設(shè)計基礎(chǔ)》蝸桿傳動、教案

1、.*職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 21 次課教學(xué)課型：理論課 實驗課 習(xí)題課 實踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容第11章 蝸桿傳動11.1 蝸桿傳動的類型和特點 11.2 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算 11.3 蝸桿傳動的失效形式和計算準(zhǔn)則重點、難點重點：普通圓柱蝸桿傳動的嚙合特點、運動關(guān)系和幾何參數(shù)；難點：蝸桿傳動的受力分析。教學(xué)目的要求：1了解掌握蝸桿傳動的嚙合特點、運動關(guān)系和幾何參數(shù)；2掌握蝸桿傳動的受力分析、強度計算和熱平衡計算方法；教學(xué)方法和教學(xué)手段：多媒體講授討論、思考題、作業(yè)：1. 為什么蝸桿傳動比只能以i=z2/z1表示，而不能以i=d2/d1表示？參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡(luò)資料講

2、稿 內(nèi) 容備注第11章 蝸桿傳動11.1 蝸桿傳動的類型和特點11.1.1 蝸桿傳動的類型按蝸桿分度曲面的形狀不同，蝸桿傳動可以分為：圓柱蝸桿傳動（如圖a）、環(huán)面蝸桿傳動（如圖b）、錐蝸桿傳動（如圖c）三種類型。1、圓柱蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動可以分為普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動。（1）普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動主要分為如圖111所示的三種。a.阿基米德圓柱蝸桿（za蝸桿）如圖74所示，其齒面為阿基米德螺旋面。加工時，梯形車刀切削刃的頂平面通過蝸桿軸線，在軸向剖面i-i具有直線齒廓，法向剖面n-n上齒廓為外凸線，端面上齒廓為阿基米德螺線。這種蝸桿切制簡單，但難以用砂輪磨削出精確齒形，精

3、度較低。圖11-1圖11-2b.漸開線圓柱蝸桿（zi蝸桿）如圖11-1b所示。加工時，車刀刀刃平面與基圓或上或下相切，被切出的蝸桿齒面是漸開線螺旋面，端面上齒廓為漸開線。這種蝸桿可以磨削，易保證加工精度。c.法向直廓圓柱蝸桿（zn蝸桿）又稱延伸漸開線蝸桿，如圖11-1c所示。車制時刀刃頂面置于螺旋線的法面上，蝸桿在法向剖面上具有直線齒廓，在端面上為延伸漸開線齒廓。這種蝸桿可用砂輪磨齒，加工較簡單，常用作機床的多頭精密蝸桿傳動。（2）圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿（zc蝸桿）傳動是一種非直紋面圓柱蝸桿，在中間平面上蝸桿的齒廓為凹圓弧，與之相配的渦輪齒廓為凸圓弧，如圖11-3所示。這種蝸桿的傳動特點

4、是：圖11-3a.蝸桿與渦輪兩共軛齒面是凹凸嚙合，增大了綜合曲率半徑，因而單位齒面接觸應(yīng)力減小，接觸強度得以提高。b.瞬時嚙合時的接觸線方向與相對滑動速度方向的夾角（潤滑角）大，易于形成和保持共軛齒面間的動壓油膜，使摩擦系數(shù)減小，齒面磨損小，傳動效率可達95以上。c.在蝸桿強度不削弱的情況下，能增大渦輪的齒根厚度，使渦輪輪齒的彎曲強度增大。d.傳動比范圍大（最大可以達到100），制造工藝簡單，重量輕。e.傳動中心距難以調(diào)整，對中心距誤差的敏感性強。2環(huán)面蝸桿傳動圖11-4蝸桿分度曲面是圓環(huán)面的蝸桿稱為環(huán)面蝸桿，和相應(yīng)的渦輪組成的傳動稱為環(huán)面蝸桿傳動（如圖11-4）。它又分為：直廓環(huán)面蝸桿傳動（

5、俗稱球面蝸桿傳動）；平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動（又稱為一、二次包絡(luò)）；漸開線包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動和錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動。下面我們看一下直廓環(huán)面蝸桿傳動的特點。一個環(huán)面蝸桿，當(dāng)其軸向齒廓為直線時稱為直廓環(huán)面蝸桿，和相應(yīng)的渦輪組成的傳動稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動，如圖11-4所示。這種蝸桿傳動的特點是：由于其蝸桿和渦輪的外形都是環(huán)面回轉(zhuǎn)體，可以互相包容，實現(xiàn)多齒接觸和雙接觸線接觸，接觸面積大；又由于接觸線與相對滑動速度之間的夾角約為90，易于形成油膜，齒面間綜合曲率半徑也增大等。因此，在相同的尺寸下，其承載能力可提高1.53倍（小值適于小中心距，大值適于大中心距）；若傳遞同樣的功率，中心距可減小2040。它的缺點

6、是：制造工藝復(fù)雜，不可展齒面難以實現(xiàn)磨削，故不宜獲得精度很高的傳動。只有批量生產(chǎn)時，才能發(fā)揮其優(yōu)越性，其應(yīng)用現(xiàn)在已日益增加。3錐蝸桿傳動錐蝸桿傳動中的蝸桿為一等導(dǎo)程的錐形螺旋，渦輪則與一曲線齒圓錐齒輪相似。由于普通圓柱蝸桿傳動加工制造簡單，用的最為廣泛，所以我們主要介紹以阿基米德蝸桿為代表的普通圓柱蝸桿傳動。11.1.2 蝸桿傳動的特點與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動具有傳動比大，在動力傳遞中傳動比在8100之間，在分度機構(gòu)中傳動比可以達到1000；傳動平穩(wěn)、噪聲低；結(jié)構(gòu)緊湊；在一定條件下可以實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點而得到廣泛使用。但蝸桿傳動有效率低、發(fā)熱量大和磨損嚴(yán)重，渦輪齒圈部分經(jīng)常用減磨性能好的有色金屬

7、（如青銅）制造，成本高等缺點。11.2 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算如圖71所示，在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動就相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動。故此，在設(shè)計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數(shù)（如模數(shù)、壓力角）和尺寸（如齒頂圓、分度圓等）為基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動的計算關(guān)系，其主要依據(jù)是國家標(biāo)準(zhǔn)gb10087-88和gb1008888。圖7-1普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及選擇普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)有：模數(shù)m、壓力角、蝸桿頭數(shù)z1和渦輪齒數(shù)z2及蝸桿的直徑d1 等。進行蝸桿傳動設(shè)計時，首先要正確地選擇參數(shù)。這些參數(shù)之間是相互聯(lián)系地，不能孤立地去確定，而應(yīng)該根據(jù)蝸桿傳動地工作條件和加工條件，考慮參數(shù)

8、之間地相互影響，綜合分析，合理選定。1、模數(shù)m和壓力角蝸桿傳動的尺寸計算與齒輪傳動一樣，也是以模數(shù)m作為計算的主要參數(shù)。在中間平面內(nèi)蝸桿傳動相當(dāng)于齒輪和齒條傳動，蝸桿的軸向模數(shù)和軸向壓力角分別與渦輪的端面模數(shù)和端面壓力角相等，為此將此平面內(nèi)的模數(shù)和壓力角規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)見書中所附表格，標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20 。2、蝸桿的分度圓直徑d1在蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與配對蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿相同尺寸的蝸輪滾刀來加工與其配對的渦輪。這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就需要一種對應(yīng)的渦輪滾刀。對于同一模數(shù)，可以有很多不同直徑的蝸桿，因而對每一模數(shù)就要配備很多蝸輪滾刀。顯然，這樣很不經(jīng)濟。為了限制渦輪滾刀

9、的數(shù)目及便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，就對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1 ，而把比值稱為蝸桿直徑系數(shù)。由于d1與m均已取為標(biāo)準(zhǔn)值，故q就不是整數(shù)，見表格所示。3、蝸桿頭數(shù)z1蝸桿頭數(shù)z1可根據(jù)要求的傳動比和效率來選定。單頭蝸桿傳動的傳動比可以較大，但效率較低。如果要提高效率，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過多，又會給加工帶來困難。所以，通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。4、導(dǎo)程角蝸桿的直徑系數(shù)q和蝸桿頭數(shù)z1選定之后，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角也就確定了，如圖78所示。圖7-8顯然有： 其中：為蝸桿的導(dǎo)程，為蝸桿的軸向齒距（周節(jié)）。由上面的公式可知，當(dāng)m一定時，q增大，則d1變大，蝸桿的剛度給強度

10、相應(yīng)提高，因此m較小時，q選較大值；又因為q取小值時，增大，效率隨之提高，故在蝸桿剛度允許的情況下，應(yīng)盡可能選小的q值。5、傳動比和齒數(shù)比u通常蝸桿為主動件，蝸桿與蝸輪之間的傳動比為其中：z2為蝸輪的齒數(shù)6、蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距設(shè)計普通圓柱蝸桿減速裝置時，在按接觸強度或彎曲強度確定了中心距之后，再進行蝸桿蝸輪參數(shù)的配置。7、蝸桿傳動的正確嚙合條件從上述可知，蝸桿傳動的正確嚙合條件為：蝸桿的軸向模數(shù)與蝸輪的端面模數(shù)必須相等；蝸桿的軸向壓力角與蝸輪的端面壓力角必須相等；兩軸線交錯90時，蝸桿分度圓柱的導(dǎo)程角與蝸輪分度圓柱螺旋角等值且方向相同。選擇蝸桿頭數(shù)z1時，主要考慮傳動比、效率和制造三個方面。

11、從制造方面看，頭數(shù)越多，蝸桿的制造精度要求越高；從提高效率方面看，頭數(shù)越多，效率越高；若要求自鎖，應(yīng)選擇單頭；從提高傳動效比出發(fā)，也應(yīng)該選擇較少的頭數(shù)。換言之，如果要求傳動比一定，z1較少，則z2也較少，這樣蝸桿傳動結(jié)構(gòu)就緊湊。因此，在選擇z1和z2時要全面分析上述因素。一般來說，在動力傳動中，在考慮結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，應(yīng)很好的考慮提高效率。所以，當(dāng)傳動比較小時，宜采用多頭蝸桿，而在傳遞運動要求自鎖時，常選用單頭蝸桿。通常推薦采用值：當(dāng)814時，選z14；1628時，選z12；3080時，選z11；為了避免加工蝸輪時產(chǎn)生根切，當(dāng)z11時，選z217；當(dāng)z12時，選z227。對于動力傳動，為保證傳

12、動的平穩(wěn)性，選z228，一般取z23263為宜。蝸輪直徑越大，蝸桿越長時，則蝸桿剛度小而易于變形，故z280為宜。對于分度機構(gòu)，傳動比和齒數(shù)不受此限制。必須指出：蝸桿傳動的傳動比不等于蝸輪蝸桿的直徑之比，也不等于蝸桿與蝸輪的分度圓直徑之比。一般圓柱蝸桿傳動減速裝置的傳動比的公稱值按下列選擇：5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40和80為基本傳動比，應(yīng)優(yōu)先選用。*職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 第 3 次課教學(xué)課型：理論課 實驗課 習(xí)題課 實踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容第11章 蝸桿傳動11.4 蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu)11.7普通圓柱螺桿傳動的精

13、度等級選擇及安裝和維護重點、難點重點：普通圓柱蝸桿傳動的嚙合特點、運動關(guān)系和幾何參數(shù)；難點：蝸桿傳動的受力分析。教學(xué)目的要求：1了解掌握蝸桿傳動的嚙合特點、運動關(guān)系和幾何參數(shù)；2掌握蝸桿傳動的受力分析、強度計算和熱平衡計算方法；教學(xué)方法和教學(xué)手段：多媒體講授討論、思考題、作業(yè)：參考資料：多媒體材料，網(wǎng)絡(luò)資料講 稿 內(nèi) 容備注第11章 蝸桿傳動11.3 蝸桿傳動的失效形式和計算準(zhǔn)則11.3.1 蝸桿傳動的失效形式和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的失效形式主要有：膠合、磨損、疲勞點蝕和輪齒折斷等。由于蝸桿傳動嚙合面間的相對滑動速度較大，效率低，發(fā)熱量大，再潤滑和散熱不良時，膠合和磨損為主要失效形式。11.

14、3.2 蝸桿傳動的計算準(zhǔn)則由于蝸輪無論在材料的強度和結(jié)構(gòu)方面均較蝸桿弱，所以失效多發(fā)生在蝸輪輪齒上，設(shè)計時只需要對蝸輪進行承載能力計算。由于目前對膠合與磨損的計算還缺乏適當(dāng)?shù)姆椒ê蛿?shù)據(jù)，因而還是按照齒輪傳動中彎曲和接觸疲勞強度進行。蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則為：閉式蝸桿傳動按蝸輪輪齒的齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計計算，按齒根彎曲疲勞強度校核，并進行熱平衡驗算；開式蝸桿傳動，按保證齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。11.4 蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu)11.41 蝸桿傳動的材料由失效形式知道，蝸桿、蝸輪的材料不僅要求有足夠的強度，更重要的是具有良好的磨合（跑合）、減磨性、耐磨性和抗膠合能力等。常用的材料可以看書上表中給出的

15、材料。一般來說：蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用15cr或20cr、20crmnti等，并經(jīng)滲碳淬火；也可以40、45或40cr并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為4055hrc，經(jīng)氮化處理后的硬度為55 62hrc。一般不太重要的低速中載的蝸桿，可采用40、45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為220300hbs。常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅（zcusn10p1,zcusn5pb5zn5），鑄造鋁鐵青銅（zcual1010fe3）及灰鑄鐵（ht150、ht200）等。錫青銅耐磨性最好，但價格較高，用于滑動速度大于3m/s的重要傳動；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價格便宜，一般用于滑動速度小于4m/s的傳動；如果滑動速度不高（小于2m/s），對效率要求也不高時，可以采用灰鑄鐵。為了防止變形，常對蝸輪進行時效處理。相對滑動速度為：11.4.2 蝸桿渦輪的結(jié)構(gòu)表11-1 蝸桿傳動的典型結(jié)構(gòu)11.7 普通圓柱蝸桿傳動的精度等級選擇及安