高職-機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)課件第10章

第10章蝸桿傳動(dòng)（時(shí)間：1次課，2學(xué)時(shí)）第10章蝸桿傳動(dòng)教學(xué)目標(biāo)：

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)、類(lèi)型和應(yīng)用情況；掌握蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸的計(jì)算方法；明確蝸桿傳動(dòng)的失效形式及蝸桿傳動(dòng)的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；同時(shí)了解蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及蝸桿傳動(dòng)的效率與熱平衡方面的知識(shí)。第10章蝸桿傳動(dòng)重點(diǎn)與難點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型、特點(diǎn)和應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的效率和熱平衡第10章蝸桿傳動(dòng)案例導(dǎo)入：

為某用于運(yùn)送沙、石傾斜上傳8°的帶式運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)一減速器。要求為一級(jí)閉式，負(fù)載功率P2≈3kW，輸出端轉(zhuǎn)速n2≈50r/min，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，預(yù)期壽命10年。通常選用同步轉(zhuǎn)速為1000~1500r/min的異步電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力裝置，則需要的傳動(dòng)比為20～30，所傳遞功率也不大，單向傾斜上傳需要防止負(fù)載反傳。以前所學(xué)習(xí)過(guò)的傳動(dòng)方式很難滿足要求，本章介紹的蝸桿傳動(dòng)，可以傳遞空間兩交錯(cuò)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，解決大傳動(dòng)比、小功率、連續(xù)單向平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)等工況，還可防止負(fù)載反傳。10.1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型、特點(diǎn)和應(yīng)用10.2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算10.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)﹡10.4蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算﹡10.5蝸桿傳動(dòng)的效率和熱平衡計(jì)算10.6習(xí)題與練習(xí)第10章蝸桿傳動(dòng)10.1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型、特點(diǎn)和應(yīng)用10.1.1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型10.1.2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)10.1.3蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用10.1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型、特點(diǎn)和應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成，用來(lái)傳遞空間交叉兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。兩軸線交錯(cuò)的夾角可為任意值，最常見(jiàn)的是交叉成直角，一般蝸桿為主動(dòng)件。蝸桿傳動(dòng)廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備和儀表中。10.1.1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型按蝸桿分度圓曲面形狀的不同，蝸桿傳動(dòng)可分為圓柱面蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐面蝸桿傳動(dòng)三種，如圖10.1、10.2、10.3所示。

圖10.1圓柱面蝸桿傳動(dòng)

圖10.2環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

10.1.1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型圖10.3錐面蝸桿傳動(dòng)

10.1.2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大一般蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i=5～80，若只傳遞運(yùn)動(dòng)(如分度運(yùn)動(dòng))，傳動(dòng)比可達(dá)1000。因而它能實(shí)現(xiàn)輸入小力矩獲得大力矩輸出，減小零件數(shù)目，結(jié)構(gòu)緊湊。2.工作平穩(wěn)在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。3.自鎖性當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)便具有自鎖性。自鎖性蝸桿常用于需要反向自鎖的起重設(shè)備，以保證安全生產(chǎn)，如手動(dòng)葫蘆。10.1.2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)4.效率低蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪齒沿蝸桿齒的螺旋線方向滑動(dòng)速度大，工作條件不夠好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過(guò)分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低，一般為0.7～0.8；而具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右。5.制造成本高為減少蝸桿傳動(dòng)的摩擦，提高齒面的減摩性和耐磨性，通常蝸輪齒圈用貴重的青銅等材料制造，蝸桿通常需淬硬后進(jìn)行磨削，因此制造成本較高。

10.1.3蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)適用于傳動(dòng)比大、傳遞功率不大(通常不超過(guò)50kW)、作間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械上。

10.2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

10.2.1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)10.2.2圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算10.2.1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)

在蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，是以中間平面為基準(zhǔn)表征蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)和幾何尺寸關(guān)系的。所謂中間平面就是在一對(duì)相互嚙合的蝸桿蝸輪中，垂直于蝸輪軸線且通過(guò)蝸桿軸線的平面，如圖10.7所示。其原因在中間平面上，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。因此在設(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)、壓力角等)和尺寸(如齒頂圓、分度圓等)為基準(zhǔn)。10.2.2圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算

蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸可按表10.3計(jì)算，表中符號(hào)的含義可參考圖10.7。10.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)10.3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則10.3.2蝸桿、蝸輪常用材料10.3.3蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)10.3.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)相似，其失效形式主要有點(diǎn)蝕、輪齒折斷、齒面膠合及磨損等。由于蝸輪材料的強(qiáng)度、硬度比蝸桿材料的強(qiáng)度、硬度低，所以失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上。由于蝸桿傳動(dòng)在齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)速度，容易產(chǎn)生磨損和發(fā)熱，在潤(rùn)滑不良時(shí)易發(fā)生膠合。實(shí)踐證明，在閉式傳動(dòng)中，蝸輪的失效形式主要是齒面點(diǎn)蝕和膠合；在開(kāi)式傳動(dòng)中，其失效形式主要是磨損，只有當(dāng)過(guò)載時(shí)，才發(fā)生輪齒折斷現(xiàn)象。10.3.2蝸桿、蝸輪常用材料根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的失效形式，為了保證其安全工作，蝸桿和蝸輪的材料不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要有良好的減摩性、耐磨性和抗膠合能力。蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制造。高速重載傳動(dòng)蝸桿常用低碳合金鋼，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火，使表面硬度達(dá)到55～62HRC，并應(yīng)磨削。中速中載傳動(dòng)蝸桿材料可用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，如45、45Cr等，經(jīng)表面淬火，使表面硬度達(dá)到45～55HRC，也需磨削。對(duì)于低速或不太重要的傳動(dòng)，可用40或45鋼，調(diào)質(zhì)處理至220～300HBS。10.3.3蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿一般與軸制成一體，稱(chēng)為蝸桿軸，如圖10.8所示。按蝸桿螺旋部分加工方法不同可分為車(chē)制蝸桿和銑制蝸桿。圖10.9(a)車(chē)制蝸桿軸直徑d＝df-(2～4)mm，削弱了蝸桿剛度。圖10.9(b)銑制蝸桿無(wú)退刀槽，因而剛度好。只有當(dāng)df1＞1.7d時(shí)，才采用蝸桿齒圈套裝在軸上的形式。圖10.8蝸輪軸的結(jié)構(gòu)

﹡10.4蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算10.4.1蝸桿傳動(dòng)的受力分析10.4.2蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算10.4.1蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)時(shí)，輪齒上的作用力與斜齒輪傳動(dòng)相似，如圖10.10所示，以右旋蝸桿為主動(dòng)件，沿圖示的方向旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)分析其受力情況。設(shè)Fn為集中作用于節(jié)點(diǎn)P處的法向載荷，它可分解為三個(gè)互相垂直的分力，即圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。由于蝸桿與蝸輪軸線在空間交錯(cuò)垂直，根據(jù)作用力與反作用力定理，在蝸桿與蝸輪間，相互作用著Ft1與Fa2、Fr1與Fr2、Fa1與Ft2這三對(duì)大小相等、方向相反的力。

10.4.1蝸桿傳動(dòng)的受力分析圖10.10蝸桿傳動(dòng)的受力分析

10.4.2蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算在一般情況下，蝸桿傳動(dòng)的失效多發(fā)生在蝸輪的輪齒上，故蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算主要是針對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行的。﹡10.5蝸桿傳動(dòng)的效率和熱平衡計(jì)算10.5.1蝸桿傳動(dòng)的效率10.5.2蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算10.5.1蝸桿傳動(dòng)的效率10.5.2蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。對(duì)于連續(xù)傳動(dòng)的閉式傳動(dòng)，如果不能及時(shí)散熱，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂專(zhuān)瑥亩龃竽Σ翐p失，甚至發(fā)生齒面膠合。因此對(duì)于連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算。10.6習(xí)題與練習(xí)1.簡(jiǎn)答題(1)蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及使用條件是什么？(2)蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比如何計(jì)算？能否用分度圓直徑表示傳動(dòng)比？(3)蝸軒傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)在哪個(gè)平面上？正確嚙合的條件是什么?(4)蝸軒傳動(dòng)為什么有較大的滑動(dòng)速度?對(duì)傳動(dòng)性能產(chǎn)生什么影響?(5)蝸桿傳動(dòng)的失效形式有哪幾種？(6)蝸桿和蝸輪的常用材料有哪些?選用時(shí)應(yīng)考慮哪些因素?(7)設(shè)計(jì)閉式蝸軒傳動(dòng)時(shí)，除強(qiáng)度計(jì)算外，為什么還要進(jìn)行熱平衡計(jì)算？若工作溫度過(guò)高應(yīng)采取哪些措施?10.6習(xí)題與練習(xí)2.實(shí)作題(1)蝸桿傳動(dòng)中，已知蝸桿頭數(shù)z1＝2，轉(zhuǎn)速n1＝970r/min，模數(shù)m＝10mm，分度圓直徑da1＝90mm，要求蝸桿的轉(zhuǎn)速n2＝50r/min，試計(jì)算