2022年《机械设计基础》教案三十

1、浙江工业职业技术学院 日期： 2022.12 NO30 11.4 蜗杆、蜗轮的材料和结构课题 11.5 蜗杆的强度运算1、明白蜗杆传动的失效形式和设计准就；目的要求2、熟识常用蜗杆、蜗轮的材料；3、明白蜗杆、蜗轮常见的结构；4、熟识蜗杆传动的受力分析和强度运算；蜗杆、蜗轮的材料、蜗杆传动的受力分析和强度运算是本次课重点、难 点的重点,而蜗杆传动的受力分析和强度运算是学习的难点；1、蜗杆传动的失效形式有哪些？复习提问 要点：2、常用蜗杆、蜗轮的材料？3、蜗杆、蜗轮常见的结构有哪些？4、蜗杆传动中蜗杆、蜗轮的轴向力如何判定？5、蜗杆、蜗轮的安装调整要留意哪些问题？教具、实 验及教学 手段作业布置教

2、学反映教材、教案、教参等；老师讲解为主（举例、介绍体会） ,举一反三,课后小结,布置 作业；P238： 11.11、11.12上课和作业情形反映良好；本次课重点是蜗杆和蜗轮的材料及结构、蜗杆传动的受力分析、课后分析 强度运算和效率运算；另外,适当的明白蜗杆传动的安装和保护；复习提问：1、蜗杆传动类型、特点和应用 2、圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸运算 新课导入：蜗杆、蜗轮的材料、结构和精度；蜗杆传动的工作才能分析；蜗杆传动的安装和保护； 11.4蜗杆蜗轮的材料和结构一、蜗杆传动的失效形式和设计准就由于蜗杆传动的相对滑动速度大,摩擦和发热严峻, 因此其主要失效形式为轮齿的胶合、点蚀和磨损；由于蜗杆

3、齿为连续齿,且材料强度高于蜗轮材料强度,因而失 效总是发生在蜗轮轮齿上；对于胶合和磨损尚未建立起简明而有效的运算方法,面接触疲惫强度和齿根弯曲疲惫强度进行条件性运算；磨损的影响；因此蜗杆传动目前常只作齿 在选取许用应力时考虑胶合和对于闭式传动, 通常先按蜗轮齿面接触疲惫强度运算,必要时验算轮齿的弯曲疲劳强度,仍要进行热平稳运算；对于开式传动,只需进行齿根弯曲强度设计；二、蜗轮、蜗杆的材料蜗轮、蜗杆的材料不仅应具有足够的强度,而且仍要有良好的磨合性、 耐磨性和抗胶合才能；通常蜗杆副多采纳淬硬磨削的钢制蜗杆配青铜蜗轮齿圈；蜗杆般采纳碳钢或合金钢制造,如45、40Cr、38CrMoAl 、20Cr、

4、20CrMnTI等,为了提高其耐磨性和承载才能,多数蜗杆需经淬火并磨削和抛光；常用的蜗轮材料为铸锡青铜ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5、铸铝铁青铜 ZCuAll0Fe3及灰铁 HTl50 、HT200等；锡青铜耐磨性最好但价格较高,用于滑动速度 v 5ms 的重要传动；铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些,但价格较廉价,一般用于滑动速度vs5ms 的传动；要求不高时,vs2ms 的传动,可采纳灰口铸铁和球墨铸铁；三、蜗杆、蜗轮的结构蜗杆结构常做成一体；蜗轮结构分为整体式和结合式；铸铁蜗轮直径小于10mm 的青铜蜗轮做成整体式；大多数蜗轮做成组合结构,齿圈用青铜,而轮芯用铸铁或铸钢制造；齿

5、圈与轮芯的联接方式有压配式、螺栓联接式和组合浇注式三种；四、圆柱蜗杆、蜗轮精度蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12 个精度等级,动力蜗杆传动一般用6-8 级；蜗杆与配对蜗轮的精度等级一般应相同,动基本相同；蜗杆传动精度等级的标柱方法与齿轮传 11.5 蜗杆的强度运算一、受力分析传动时,蜗杆和蜗轮齿面上的法向力 F 和摩擦力 F 可分解为：切向力 F 、径向力 F 和轴向力 F ；其关系为：2 T 1F t 1 F x 2d 1F t 2 F x 1 2 T 2d 2F r 1 F r 2 F t 2 tan式中 F 、F x 1、F 分别为蜗杆的切向力、轴向力和径向力；图 30-1 蜗杆传动的受力分

6、析F 、F x 2、F r 2 分别为蜗轮的切向力、轴向力和径向力；d 、d 为蜗杆和蜗轮的分度圆直径；为轴向齿形角；T 1 和 T 分别为蜗杆和蜗轮的转矩,T =i T 1,为蜗杆传动的总效率；确定各分力的方向与斜齿轮相同；二、强度运算1、蜗轮齿面接触疲惫强度运算校核公式H500KT2Gd1d22H设计公式m2d1KT25002Gz2H2式中 K 为载荷系数,一般K =1.1-1.5；H2为蜗轮材料的许用接触应力；G 为承载才能系数；2、蜗轮轮齿弯曲疲惫强度运算 对于闭式传动,轮齿弯曲折断的发情形很少显现,通常仅在齿数较多（Z280-100）时才进行轮齿弯曲疲惫强度运算；对于开式传动,就按蜗

7、轮轮齿的弯 曲疲惫强度进行设计；三、效率运算1、滑动速度vs蜗杆传动时,蜗杆与蜗轮齿面相对滑动的速度；v = v 1 v 2 v 1 cos式中 v 、v 分别为蜗杆、蜗轮节点的速度；为导程角；滑动速度 v 对蜗杆传动有很大的影响； 当润滑条件差时, 滑动速度大, 会加快磨损,摩擦发热严峻而发生胶合；润滑条件好时,增大 反而下降,提高啮合效率和抗胶合才能；v ,有利于形成油膜,摩擦系数v 是挑选蜗轮材料和传动精度的重要依据；设计时按下式估算：1P 为蜗杆的功率（ kw）,v =0 . 025.0 033P 1n 12,n 为蜗杆的转速（r/min）；2、传动效率和自锁 闭式蜗杆传动的功率缺失： 啮合摩擦缺失、 轴承摩擦缺失和搅油缺失； 其效率为：为导程角；.0950 . 97tanvtanv为当量摩擦角；四、热平稳运算设蜗杆传动的输入功率为P ,传动效率为1；单位时间内产生的热量为自然冷却时散热量为Q2Q 11000P 1SAtta依据热平稳条件Q 1Q2得at 为环境温度,通常取t1000P 11taSAat =20 0；s为箱体传热系数；A 为箱体散热面积；油温应小于 75-