《機械設(shè)計基礎(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蝸桿的強度計算目的要求了解蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則；熟悉常用蝸桿、蝸輪的材料；了解蝸桿、蝸輪常見的結(jié)構(gòu)；熟悉蝸桿傳動的受力分析和強度計算；重點、難點蝸桿、蝸輪的材料、蝸桿傳動的受力分析和強度計算是本次課的重點，而蝸桿傳動的受力分析和強度計算是學(xué)習(xí)的難點。復(fù)習(xí)提問要點：蝸桿傳動的失效形式有哪些？常用蝸桿、蝸輪的材料？蝸桿、蝸輪常見的結(jié)構(gòu)有哪些？蝸桿傳動中蝸桿、蝸輪的軸向力如何判斷？5、蝸桿、蝸輪的安裝調(diào)整要注意哪些問題？教具、實驗及教學(xué)手段教材、教案、教參等。老師講解為主（舉例、介紹經(jīng)驗），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是蝸桿和蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)、蝸桿傳動的受力分析、強度計算和效率計算。另外，適當(dāng)?shù)牧私馕仐U傳動的安裝和維護。復(fù)習(xí)提問：1、蝸桿傳動類型、特點和應(yīng)用2、圓柱蝸桿傳動的參數(shù)和幾何尺寸計算新課導(dǎo)入：蝸桿、蝸輪的材料、結(jié)構(gòu)和精度；蝸桿傳動的工作能力分析；蝸桿傳動的安裝和維護。§11.4蝸桿蝸輪的材料和結(jié)構(gòu)一、蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則由于蝸桿傳動的相對滑動速度大，摩擦和發(fā)熱嚴(yán)重，因此其主要失效形式為輪齒的膠合、點蝕和磨損。由于蝸桿齒為連續(xù)齒，且材料強度高于蝸輪材料強度，因而失效總是發(fā)生在蝸輪輪齒上。對于膠合和磨損尚未建立起簡明而有效的計算方法，因此蝸桿傳動目前常只作齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度進行條件性計算。在選取許用應(yīng)力時考慮膠合和磨損的影響。對于閉式傳動，通常先按蝸輪齒面接觸疲勞強度計算，必要時驗算輪齒的彎曲疲勞強度，還要進行熱平衡計算。對于開式傳動，只需進行齒根彎曲強度設(shè)計。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．但價格較高，用于滑動速度>5m／s的重要傳動；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價格較便宜，一般用于滑動速度5m／s的傳動；要求不高時，2m／s的傳動，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、蝸輪和蝸桿傳動規(guī)定了12個精度等級，動力蝸桿傳動一般用6-8級。蝸桿與配對蝸輪的精度等級一般應(yīng)相同，蝸桿傳動精度等級的標(biāo)柱方法與齒輪傳動基本相同。§11.5蝸桿的強度計算一、受力分析傳動時，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，=，為蝸桿傳動的總效率。確定各分力的方向與斜齒輪相同。二、強度計算1、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算校核公式設(shè)計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度計算對于閉式傳動，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）時才進行輪齒彎曲疲勞強度計算。對于開式傳動，則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度進行設(shè)計。三、效率計算1、滑動速度蝸桿傳動時，蝸桿與蝸輪齒面相對滑動的速度。=式中 、分別為蝸桿、蝸輪節(jié)點的速度；為導(dǎo)程角?；瑒铀俣葘ξ仐U傳動有很大的影響。當(dāng)潤滑條件差時，滑動速度大，會加快磨損，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重而發(fā)生膠合；潤滑條件好時，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精度的重要依據(jù)。設(shè)計時按下式估算：=，為蝸桿的功率（kw），為蝸桿的轉(zhuǎn)速（）。2、傳動效率和自鎖閉式蝸桿傳動的功率損失：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、熱平衡計算設(shè)蝸桿傳動的輸入功率為，傳動效率為。單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為自然冷卻時散熱量為根據(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