高職《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》蝸桿傳動(dòng)、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(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容第11章 蝸桿傳動(dòng)11.1 蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn) 11.2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 11.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和幾何參數(shù)；難點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)的受力分析。教學(xué)目的要求：1了解掌握蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和幾何參數(shù)；2掌握蝸桿傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算和熱平衡計(jì)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(dòng)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(dòng)11.1 蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)11.1.1 蝸桿傳動(dòng)的類型按蝸桿分度曲面的形狀不同，蝸桿傳動(dòng)可以分為：圓柱蝸桿傳動(dòng)（如圖a）、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（如圖b）、錐蝸桿傳動(dòng)（如圖c）三種類型。1、圓柱蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)可以分為普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)。（1）普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)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(shí)，梯形車刀切削刃的頂平面通過(guò)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(jiǎn)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(shí)，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(shí)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(jiǎn)單，常用作機(jī)床的多頭精密蝸桿傳動(dòng)。（2）圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿（zc蝸桿）傳動(dòng)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(dòng)特點(diǎn)

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(qiáng)度得以提高。b.瞬時(shí)嚙合時(shí)的接觸線方向與相對(duì)滑動(dòng)速度方向的夾角（潤(rùn)滑角）大，易于形成和保持共軛齒面間的動(dòng)壓油膜，使摩擦系數(shù)減小，齒面磨損小，傳動(dòng)效率可達(dá)95以上。c.在蝸桿強(qiáng)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(qiáng)度增大。d.傳動(dòng)比范圍大（最大可以達(dá)到100），制造工藝簡(jiǎn)單，重量輕。e.傳動(dòng)中心距難以調(diào)整，對(duì)中心距誤差的敏感性強(qiáng)。2環(huán)面蝸桿傳動(dòng)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(dòng)稱為環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（如圖11-4）。它又分為：直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（

5、俗稱球面蝸桿傳動(dòng)）；平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（又稱為一、二次包絡(luò)）；漸開線包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。下面我們看一下直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)。一個(gè)環(huán)面蝸桿，當(dāng)其軸向齒廓為直線時(shí)稱為直廓環(huán)面蝸桿，和相應(yīng)的渦輪組成的傳動(dòng)稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)，如圖11-4所示。這種蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)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(shí)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(duì)滑動(dòng)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(diǎn)

6、是：制造工藝復(fù)雜，不可展齒面難以實(shí)現(xiàn)磨削，故不宜獲得精度很高的傳動(dòng)。只有批量生產(chǎn)時(shí)，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(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)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(dòng)加工制造簡(jiǎn)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(dòng)。11.1.2 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)與齒輪傳動(dòng)相比較，蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大，在動(dòng)力傳遞中傳動(dòng)比在8100之間，在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可以達(dá)到1000；傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低；結(jié)構(gòu)緊湊；在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。但蝸桿傳動(dòng)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(diǎn)。11.2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算如圖71所示，在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動(dòng)就相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。故此，在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，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(dòng)的計(jì)算關(guān)系，其主要依據(jù)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb10087-88和gb1008888。圖7-1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇普通圓柱蝸桿傳動(dòng)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(jìn)行蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)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(dòng)的尺寸計(jì)算與齒輪傳動(dòng)一樣，也是以模數(shù)m作為計(jì)算的主要參數(shù)。在中間平面內(nèi)蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪和齒條傳動(dòng)，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(dòng)中，為了保證蝸桿與配對(duì)蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿相同尺寸的蝸輪滾刀來(lái)加工與其配對(duì)的渦輪。這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就需要一種對(duì)應(yīng)的渦輪滾刀。對(duì)于同一模數(shù)，可以有很多不同直徑的蝸桿，因而對(duì)每一模數(shù)就要配備很多蝸輪滾刀。顯然，這樣很不經(jīng)濟(jì)。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(duì)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(dòng)比和效率來(lái)選定。單頭蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)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(guò)多，又會(huì)給加工帶來(lái)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(shí)，q增大，則d1變大，蝸桿的剛度給強(qiáng)度

10、相應(yīng)提高，因此m較小時(shí)，q選較大值；又因?yàn)閝取小值時(shí)，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(dòng)比和齒數(shù)比u通常蝸桿為主動(dòng)件，蝸桿與蝸輪之間的傳動(dòng)比為其中：z2為蝸輪的齒數(shù)6、蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距設(shè)計(jì)普通圓柱蝸桿減速裝置時(shí)，在按接觸強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度確定了中心距之后，再進(jìn)行蝸桿蝸輪參數(shù)的配置。7、蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件從上述可知，蝸桿傳動(dòng)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(cuò)90時(shí)，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(shí)，主要考慮傳動(dòng)比、效率和制造三個(gè)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(dòng)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(dòng)比一定，z1較少，則z2也較少，這樣蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)就緊湊。因此，在選擇z1和z2時(shí)要全面分析上述因素。一般來(lái)說(shuō)，在動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)比較小時(shí)，宜采用多頭蝸桿，而在傳遞運(yùn)動(dòng)要求自鎖時(shí)，常選用單頭蝸桿。通常推薦采用值：當(dāng)814時(shí)，選z14；1628時(shí)，選z12；3080時(shí)，選z11；為了避免加工蝸輪時(shí)產(chǎn)生根切，當(dāng)z11時(shí)，選z217；當(dāng)z12時(shí)，選z227。對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，為保證傳

12、動(dòng)的平穩(wěn)性，選z228，一般取z23263為宜。蝸輪直徑越大，蝸桿越長(zhǎng)時(shí)，則蝸桿剛度小而易于變形，故z280為宜。對(duì)于分度機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)比和齒數(shù)不受此限制。必須指出：蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng)減速裝置的傳動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容第11章 蝸桿傳動(dòng)11.4 蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)11.7普通圓柱螺桿傳動(dòng)的精

13、度等級(jí)選擇及安裝和維護(hù)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和幾何參數(shù)；難點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)的受力分析。教學(xué)目的要求：1了解掌握蝸桿傳動(dòng)的嚙合特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和幾何參數(shù)；2掌握蝸桿傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算和熱平衡計(jì)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(dòng)11.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則11.3.1 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和齒輪傳動(dòng)一樣，蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要有：膠合、磨損、疲勞點(diǎn)蝕和輪齒折斷等。由于蝸桿傳動(dòng)嚙合面間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大，效率低，發(fā)熱量大，再潤(rùn)滑和散熱不良時(shí)，膠合和磨損為主要失效形式。11.

14、3.2 蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算準(zhǔn)則由于蝸輪無(wú)論在材料的強(qiáng)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(jì)時(shí)只需要對(duì)蝸輪進(jìn)行承載能力計(jì)算。由于目前對(duì)膠合與磨損的計(jì)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(dòng)中彎曲和接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：閉式蝸桿傳動(dòng)按蝸輪輪齒的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核，并進(jìn)行熱平衡驗(yàn)算；開式蝸桿傳動(dòng)，按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。11.4 蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)11.41 蝸桿傳動(dòng)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(qiáng)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(lái)說(shuō)：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(jià)格較高，用于滑動(dòng)速度大于3m/s的重要傳動(dòng)；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價(jià)格便宜，一般用于滑動(dòng)速度小于4m/s的傳動(dòng)；如果滑動(dòng)速度不高（小于2m/s），對(duì)效率要求也不高時(shí)，可以采用灰鑄鐵。為了防止變形，常對(duì)蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。相對(duì)滑動(dòng)速度為：11.4.2 蝸桿渦輪的結(jié)構(gòu)表11-1 蝸桿傳動(dòng)的典型結(jié)構(gòu)11.7 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)選擇及安