《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教案三十

浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院日期：2009.12NO30課題§11.4蝸桿、蝸輪的材料和結(jié)構(gòu)§11.5蝸桿的強(qiáng)度計(jì)算目的要求了解蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；熟悉常用蝸桿、蝸輪的材料；了解蝸桿、蝸輪常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)；熟悉蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算；重點(diǎn)、難點(diǎn)蝸桿、蝸輪的材料、蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算是本次課的重點(diǎn)，而蝸桿傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。復(fù)習(xí)提問(wèn)要點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)的失效形式有哪些？常用蝸桿、蝸輪的材料？蝸桿、蝸輪常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有哪些？蝸桿傳動(dòng)中蝸桿、蝸輪的軸向力如何判斷？5、蝸桿、蝸輪的安裝調(diào)整要注意哪些問(wèn)題？教具、實(shí)驗(yàn)及教學(xué)手段教材、教案、教參等。老師講解為主（舉例、介紹經(jīng)驗(yàn)），舉一反三，課后小結(jié)，布置作業(yè)。作業(yè)布置P238：11.11、11.12教學(xué)反映上課和作業(yè)情況反映良好。課后分析本次課重點(diǎn)是蝸桿和蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)、蝸桿傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算和效率計(jì)算。另外，適當(dāng)?shù)牧私馕仐U傳動(dòng)的安裝和維護(hù)。復(fù)習(xí)提問(wèn)：1、蝸桿傳動(dòng)類型、特點(diǎn)和應(yīng)用2、圓柱蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算新課導(dǎo)入：蝸桿、蝸輪的材料、結(jié)構(gòu)和精度；蝸桿傳動(dòng)的工作能力分析；蝸桿傳動(dòng)的安裝和維護(hù)?！?1.4蝸桿蝸輪的材料和結(jié)構(gòu)一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則由于蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦和發(fā)熱嚴(yán)重，因此其主要失效形式為輪齒的膠合、點(diǎn)蝕和磨損。由于蝸桿齒為連續(xù)齒，且材料強(qiáng)度高于蝸輪材料強(qiáng)度，因而失效總是發(fā)生在蝸輪輪齒上。對(duì)于膠合和磨損尚未建立起簡(jiǎn)明而有效的計(jì)算方法，因此蝸桿傳動(dòng)目前常只作齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行條件性計(jì)算。在選取許用應(yīng)力時(shí)考慮膠合和磨損的影響。對(duì)于閉式傳動(dòng)，通常先按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，必要時(shí)驗(yàn)算輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度，還要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，只需進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。二、蝸輪、蝸桿的材料蝸輪、蝸桿的材料不僅應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，而且還要有良好的磨合性、耐磨性和抗膠合能力。通常蝸桿副多采用淬硬磨削的鋼制蝸桿配青銅蝸輪齒圈。蝸桿—般采用碳鋼或合金鋼制造，如45、40Cr、38CrMoAl、20Cr、20CrMnTI等，為了提高其耐磨性和承載能力，多數(shù)蝸桿需經(jīng)淬火并磨削和拋光。常用的蝸輪材料為鑄錫青銅、鑄鋁鐵青銅(ZCuAll0Fe3)及灰鐵(HTl50、HT200)等。錫青銅耐磨性最好．但價(jià)格較高，用于滑動(dòng)速度>5m／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)格較便宜，一般用于滑動(dòng)速度5m／s的傳動(dòng)；要求不高時(shí)，2m／s的傳動(dòng)，可采用灰口鑄鐵和球墨鑄鐵。三、蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿結(jié)構(gòu)常做成一體。蝸輪結(jié)構(gòu)分為整體式和結(jié)合式。鑄鐵蝸輪直徑小于10mm的青銅蝸輪做成整體式。大多數(shù)蝸輪做成組合結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，而輪芯用鑄鐵或鑄鋼制造。齒圈與輪芯的聯(lián)接方式有壓配式、螺栓聯(lián)接式和組合澆注式三種。四、圓柱蝸桿、蝸輪精度蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，動(dòng)力蝸桿傳動(dòng)一般用6-8級(jí)。蝸桿與配對(duì)蝸輪的精度等級(jí)一般應(yīng)相同，蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)的標(biāo)柱方法與齒輪傳動(dòng)基本相同?！?1.5蝸桿的強(qiáng)度計(jì)算一、受力分析傳動(dòng)時(shí)，蝸桿和蝸輪齒面上的法向力和摩擦力可分解為：切向力、徑向力和軸向力。其關(guān)系為：式中、、分別為蝸桿的切向力、軸向力和徑向力；圖30-1蝸桿傳動(dòng)的受力分析、、分別為蝸輪的切向力、軸向力和徑向力；、為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑；為軸向齒形角； 和分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)矩，=，為蝸桿傳動(dòng)的總效率。確定各分力的方向與斜齒輪相同。二、強(qiáng)度計(jì)算1、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式設(shè)計(jì)公式式中為載荷系數(shù)，一般=1.1-1.5。為蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力；為承載能力系數(shù)。2、蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于閉式傳動(dòng)，輪齒彎曲折斷的發(fā)情況很少出現(xiàn)，通常僅在齒數(shù)較多（Z2>80-100）時(shí)才進(jìn)行輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。三、效率計(jì)算1、滑動(dòng)速度蝸桿傳動(dòng)時(shí)，蝸桿與蝸輪齒面相對(duì)滑動(dòng)的速度。=式中 、分別為蝸桿、蝸輪節(jié)點(diǎn)的速度；為導(dǎo)程角?；瑒?dòng)速度對(duì)蝸桿傳動(dòng)有很大的影響。當(dāng)潤(rùn)滑條件差時(shí)，滑動(dòng)速度大，會(huì)加快磨損，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重而發(fā)生膠合；潤(rùn)滑條件好時(shí)，增大，有利于形成油膜，摩擦系數(shù)反而下降，提高嚙合效率和抗膠合能力。是選擇蝸輪材料和傳動(dòng)精度的重要依據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)按下式估算：=，為蝸桿的功率（kw），為蝸桿的轉(zhuǎn)速（）。2、傳動(dòng)效率和自鎖閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損失：嚙合摩擦損失、軸承摩擦損失和攪油損失。其效率為：為導(dǎo)程角；為當(dāng)量摩擦角。四、熱平衡計(jì)算設(shè)蝸桿傳動(dòng)的輸入功率為，傳動(dòng)效率為。單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為自然冷卻時(shí)散熱量為根據(jù)熱平衡條件得 為環(huán)境溫度，通常取=200；為箱體傳熱系數(shù)；為箱體散熱面積。油溫應(yīng)小于