武汉理工大学机械设计基础学习教案

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1、会计学1武汉理工大学机械设计基础武汉理工大学机械设计基础(jch)第一页，共28页。2一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点(tdin)蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力运动和动力(dngl)，一般两轴间的交错角，一般两轴间的交错角=90。蜗杆传动是在齿轮传动的基础上，为了获得蜗杆传动是在齿轮传动的基础上，为了获得(hud)较大的较大的传动比而发展起来的。传动比而发展起来的。第1页/共27页第二页，共28页。3它具有齿轮传动的某些特点，即在中间平面或称主平面它具有齿轮传动的某些特点，即在中间平面或称主平面（通过（通过

2、蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内的啮合情况与齿轮和齿条啮蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内的啮合情况与齿轮和齿条啮合情况相似；又有区别于齿轮传动的特性，即其运动特性相当于螺合情况相似；又有区别于齿轮传动的特性，即其运动特性相当于螺旋副的工况。蜗杆相当于一个单头或多头螺杆，蜗轮相当于一个旋副的工况。蜗杆相当于一个单头或多头螺杆，蜗轮相当于一个“不完整的螺母不完整的螺母”。蜗杆转动。蜗杆转动(zhun dng)一周，蜗轮相应转过一一周，蜗轮相应转过一个或多个齿。个或多个齿。第2页/共27页第三页，共28页。4二、正确啮合二、正确啮合(nih)条件条件如前述，在中间平面，蜗杆传动如前述，在中间平面

3、，蜗杆传动相当于齿条（蜗杆）与齿轮（蜗相当于齿条（蜗杆）与齿轮（蜗轮）的啮合轮）的啮合(nih)，故其正确啮合，故其正确啮合(nih)条件条件和齿轮传动相仿。为增加接触线和齿轮传动相仿。为增加接触线长度，将蜗轮齿面做成圆弧形，长度，将蜗轮齿面做成圆弧形，包在蜗杆上。包在蜗杆上。蜗杆传动正确啮合蜗杆传动正确啮合(nih)条件：条件：1 1、在中间平面内，蜗杆的轴向模数、在中间平面内，蜗杆的轴向模数mx1mx1和压力角和压力角x1x1与蜗轮的端面与蜗轮的端面(dunmin)(dunmin)模数模数mt2mt2和压力角和压力角t2t2分别相等。分别相等。即即mx1=mt2=m mx1=mt2=m x

4、1=t2=20 x1=t2=202 2、蜗杆分度圆柱导程角、蜗杆分度圆柱导程角 与蜗轮分度圆柱螺旋角与蜗轮分度圆柱螺旋角等值等值同向。即同向。即 = = 第3页/共27页第四页，共28页。5螺旋线方向实例：螺旋线方向实例： 蜗杆与蜗轮的螺旋方向应相同，而斜齿轮传动中两蜗杆与蜗轮的螺旋方向应相同，而斜齿轮传动中两齿轮的螺旋方向相反。在蜗杆蜗轮的螺旋方向上，同学齿轮的螺旋方向相反。在蜗杆蜗轮的螺旋方向上，同学们常出现一左一右的错误概念。在实际生产中就发生过们常出现一左一右的错误概念。在实际生产中就发生过类似事情：某厂技术员设计蜗杆减速器时，就采用类似事情：某厂技术员设计蜗杆减速器时，就采用(ciy

5、ng)了蜗了蜗杆右旋、蜗轮左旋，制造好后，安装时才发现安装不进杆右旋、蜗轮左旋，制造好后，安装时才发现安装不进去，因而造成废品和返工，在这方面要特别注意。去，因而造成废品和返工，在这方面要特别注意。第4页/共27页第五页，共28页。6三、传动三、传动(chundng)类型类型按蜗杆形状按蜗杆形状(xngzhun)分分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动按蜗杆螺旋面形状分阿基米德按蜗杆螺旋面形状分阿基米德( j m d)、渐开线、延伸渐开线、渐开线、延伸渐开线蜗杆传动。蜗杆传动。环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动第5页/共27页第六页，共28页。7阿基米德蜗杆的加工阿基米德蜗杆的加工(ji gng

6、)方法方法第6页/共27页第七页，共28页。8)(1111111mdZdmZdPZtga蜗杆传动主要参数有：模数蜗杆传动主要参数有：模数m m、压力角、压力角、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径(zhjng)d1(zhjng)d1、直径、直径(zhjng)(zhjng)系数系数q q、蜗杆头数、蜗杆头数Z1Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z2Z2。这些参数不仅影响结构这些参数不仅影响结构(jigu)(jigu)尺寸，也影响传动性能，尺寸，也影响传动性能，它们相互联系，不应孤立确定。它们相互联系，不应孤立确定。一、模数一、模数m m和压力角和压力角同齿轮传动一样，模数也作为主要计算参数。标准见表同齿轮传动一

7、样，模数也作为主要计算参数。标准见表6-16-1二、蜗杆分度圆直径二、蜗杆分度圆直径d1d1、导程角、导程角 和直径系数和直径系数q q由右图：由右图：令令q = d1/mq = d1/m称为直径系数，称为直径系数，即即 d1 = mq tgd1 = mq tg = z1/q = z1/q第7页/共27页第八页，共28页。912122121/1ddzzzznni讨论讨论(toln)：（1）d1为什么要取标准值？为什么要取标准值？这是因为切制蜗轮所用滚刀的几何这是因为切制蜗轮所用滚刀的几何(jh)参数必须与该蜗轮相啮合的参数必须与该蜗轮相啮合的蜗杆相同，即对于每种不同直径的蜗杆在切制蜗轮时都要准

8、备一把蜗杆相同，即对于每种不同直径的蜗杆在切制蜗轮时都要准备一把滚刀，这样准备的刀具就太多了，故为了减少刀具型号，便于刀具滚刀，这样准备的刀具就太多了，故为了减少刀具型号，便于刀具的标准化就制定了的标准化就制定了d1标准系列。标准系列。（2）q与蜗杆刚度与蜗杆刚度(nd)关系关系d1=mq,故当故当m一定一定,qd1,所以所以q取大值可提高蜗杆刚度。取大值可提高蜗杆刚度。（3）q与效率关系与效率关系tg =z1/q故当故当Z1一定，一定，q 下降，所以下降，所以q取大值会降低效率。取大值会降低效率。三、传动比三、传动比i，蜗杆头数，蜗杆头数Z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数Z21、传动比、传动比i 第8

9、页/共27页第九页，共28页。102 2、Z1Z1的选择的选择(xunz)(xunz)主要考虑传动比、效率及制造主要考虑传动比、效率及制造(zhzo)(zhzo)三个方面。三个方面。从传动比看，从传动比看， i i 一定，一定，Z1Z2Z1Z2，故紧凑。，故紧凑。从效率看，从效率看，Z1Z1效率效率,故自锁应选单头。故自锁应选单头。从制造从制造(zhzo)(zhzo)看，看，Z1( Z1( ) , ) , 难制造难制造(zhzo)(zhzo)。一般：一般： Z1=1-4 Z1=1-43 3、Z2Z2的选择的选择(xunz)(xunz)为避免发生根切和保证传动平稳，为避免发生根切和保证传动平稳，

10、Z Z2 2有最小值要求，为有最小值要求，为保证蜗杆刚度，保证蜗杆刚度，Z Z2 2有最大值要求有最大值要求(Z(Z2 2最好不大于最好不大于8080）。）。 推荐：推荐： Z Z1 1=1=1时，时，Z Z2 217 Z17 Z1 1=2=2时，时，Z Z2 22727 动力传动，动力传动，Z Z2 2不应少于不应少于2828，一般选，一般选Z Z2 2=32-63=32-63为宜。为宜。a =(d1 + d2)/2 =m(q + Z2)/2四、几何尺寸计算，见表四、几何尺寸计算，见表6-26-2第9页/共27页第十页，共28页。11自锁实例：自锁实例： 蜗杆传动的自锁性能在实际蜗杆传动的自

11、锁性能在实际(shj)中应用中应用很广。例如船用很广。例如船用电动舵机采用蜗杆传动具有自锁性能，在风浪电动舵机采用蜗杆传动具有自锁性能，在风浪中使得舵中使得舵叶的角度保持不变。起重机的升降机中，由于叶的角度保持不变。起重机的升降机中，由于蜗杆传动蜗杆传动具有自锁性能，使得变幅动力失灵时重物不致具有自锁性能，使得变幅动力失灵时重物不致掉落下来掉落下来造成事故，起锚机也同样。造成事故，起锚机也同样。第10页/共27页第十一页，共28页。12一、受力分析一、受力分析(fnx)作用于工作面上法向力作用于工作面上法向力F Fn n可分解为圆周力可分解为圆周力F Ft t，径向力，径向力F Fr r和轴向

12、力和轴向力F Fa a。如图：如图：由于由于=90=90，三力大小：，三力大小：F Ft1t1= - F= - Fa2a2=2000T=2000T1 1/d/d1 1F Ft2t2= - F= - Fa1a1=2000T=2000T2 2/d/d2 2F Fr2r2= - F= - Ft2t2tgtg 1 1第11页/共27页第十二页，共28页。13F Ft2t2蜗 轮 转 向蜗 轮 转 向(zhunxi(zhunxing)ng)各力方向各力方向(fngxing)(fngxing)：圆周力圆周力FtFt主反从同主反从同径向力径向力FrFr指向轮心指向轮心轴向力轴向力FaFa主动轮按左、右手定则

13、主动轮按左、右手定则运用运用(ynyng)：Fa1（左、（左、右手定则）右手定则）例：指出图中的蜗杆或蜗轮例：指出图中的蜗杆或蜗轮的螺旋线方向及转向，绘出的螺旋线方向及转向，绘出蜗杆和蜗轮啮合点处三力蜗杆和蜗轮啮合点处三力（FaFa、FtFt、FrFr）的方向。）的方向。（未指明时，（未指明时， 蜗杆为主动）蜗杆为主动）蜗杆传动的计算载荷蜗杆传动的计算载荷 : Fnc = KFn K=1.0-1.4: Fnc = KFn K=1.0-1.4 T T2 2=iT=iT1 1 第12页/共27页第十三页，共28页。14rVVVVscos12221二、滑动二、滑动(hudng)速度和失效形式速度和失

14、效形式1 1、滑动、滑动(hudng)(hudng)速度速度VSVS设蜗杆的圆周速度为设蜗杆的圆周速度为V1V1，蜗轮的圆周，蜗轮的圆周速度为速度为V2V2，V1V1与与V2V2呈呈9090角，则齿廓角，则齿廓间产生间产生(chnshng)(chnshng)的相对滑动速度的相对滑动速度由于由于V VS S比蜗杆圆周速度还大，比蜗杆圆周速度还大，故引起较严重的磨损和发热。故引起较严重的磨损和发热。第13页/共27页第十四页，共28页。15在闭式蜗杆传动，失效多为点蚀和胶合在闭式蜗杆传动，失效多为点蚀和胶合在开式蜗杆传动，失效多为磨损和断齿。在开式蜗杆传动，失效多为磨损和断齿。目前工程上主要是针对

15、蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯曲目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯曲(wnq)(wnq)强度的计算。强度的计算。2 2、失效、失效(sh (sh xio)xio)形式形式主要失效形式有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿主要失效形式有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿(ln (ln ch)ch)折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。第14页/共27页第十五页，共28页。16MPaYzdmkTFPFaF21221560322121560mmzYkTdmFPFaMPadmkTzHPH122215000322212)15000(mmkTzdmHP校核校核(x

16、ioh)式：式：设计设计(shj)(shj)式：式：校核校核(xioh)式：式：设计式：设计式：三、强度计算三、强度计算蜗轮近似地看作斜齿圆柱齿轮，考虑到蜗杆传动的特点，蜗轮近似地看作斜齿圆柱齿轮，考虑到蜗杆传动的特点，由赫兹和刘易斯公式为基础，并作一定假设（如由赫兹和刘易斯公式为基础，并作一定假设（如 =5-25=5-25，=20=20）得强度计算公式。）得强度计算公式。设计式算得设计式算得m m2 2d d1 1后，可按表后，可按表6-16-1确定相应的确定相应的m m和和d d1 1的标准值。的标准值。接触强度：（青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆）接触强度：（青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆）弯曲强度：弯曲

17、强度：第15页/共27页第十六页，共28页。17)(1tgtg2. 2. 轴承轴承(zhuchng)(zhuchng)摩擦效率摩擦效率22，0.98-0.98-0.990.993. 3. 浸入油中的零件浸入油中的零件(ln jin)(ln jin)搅油效率搅油效率33，0.94-0.94-0.990.99一、蜗杆传动的润滑一、蜗杆传动的润滑由于蜗杆传动相对滑动速度由于蜗杆传动相对滑动速度V VS S大，效率低，发热量大，故润大，效率低，发热量大，故润滑特别重要。滑特别重要。开式蜗杆传动，采用粘度较高的润滑油或润滑脂。开式蜗杆传动，采用粘度较高的润滑油或润滑脂。闭式蜗杆传动，根据工作条件及闭式蜗

18、杆传动，根据工作条件及V VS S，参考表，参考表6-46-4选定润滑油粘度及选定润滑油粘度及给油方法。当采用油池润滑时，蜗杆下置，浸油深度为蜗杆给油方法。当采用油池润滑时，蜗杆下置，浸油深度为蜗杆一个齿高；蜗杆上置，浸油深度约为蜗轮外径的一个齿高；蜗杆上置，浸油深度约为蜗轮外径的1/31/3。二、蜗杆传动的效率二、蜗杆传动的效率闭式蜗杆传动的总效率闭式蜗杆传动的总效率包括：包括：1. 1. 轮齿啮合效率轮齿啮合效率1 1第16页/共27页第十七页，共28页。18=1 12 23 3初步计算，可由蜗杆头数近似初步计算，可由蜗杆头数近似(jn s)(jn s)取值。取值。闭式传动闭式传动Z1=1

19、Z1=1=0.7-0.75=0.7-0.75自锁时自锁时0.5=单位时间发热量单位时间发热量第17页/共27页第十八页，共28页。19t=t-t0, t=t-t0, 油温与室温之差，油温与室温之差， toto室温，常温取室温，常温取2020。tt温升许用值，一般为温升许用值，一般为60-7060-70由于由于t=t+t0t=t+t0，故油温许用值应小于，故油温许用值应小于80-9080-90，若计算，若计算(j sun)(j sun)或或实测油温实测油温t90t90时，应采取冷却散热措施。时，应采取冷却散热措施。AA散热面积散热面积(min j)(min j)即即1000P11000P1（1-

20、1-）=ktAt=ktAtktkt散热系数，一般散热系数，一般(ybn)(ybn)取取10-17 w/m2 ,10-17 w/m2 ,通风好取大通风好取大值。值。（1 1）增加散热面积（）增加散热面积（A A值），如合值），如合 理设计箱体结构，铸出或焊上理设计箱体结构，铸出或焊上 散热片。散热片。第18页/共27页第十九页，共28页。20（2 2）提高散热系数（）提高散热系数（ktkt值），如在蜗杆轴端装风扇值），如在蜗杆轴端装风扇(fngshn)(fngshn)，这，这 时时ktkt可达可达2020以上，或在箱体装设蛇形冷却水管，或以上，或在箱体装设蛇形冷却水管，或 采用压力喷油循环冷却润

21、滑。采用压力喷油循环冷却润滑。 第19页/共27页第二十页，共28页。21散热措施实例：散热措施实例： 蜗杆传动效率低，易发热，所以蜗杆减速器常采用蜗杆传动效率低，易发热，所以蜗杆减速器常采用散热片和风扇冷却。此时，风扇应装在蜗杆轴上，而不散热片和风扇冷却。此时，风扇应装在蜗杆轴上，而不应装在蜗轮轴上，因为蜗杆转速高、蜗轮转速低，装风应装在蜗轮轴上，因为蜗杆转速高、蜗轮转速低，装风扇时还要注意方向，使冷风对准减速器吹。我校以前有扇时还要注意方向，使冷风对准减速器吹。我校以前有个学生毕业分配在上海船厂工作，刚进厂下车间劳动期个学生毕业分配在上海船厂工作，刚进厂下车间劳动期间，曾经发生因装错风扇，

22、使冷风吹人而不吹减速器的间，曾经发生因装错风扇，使冷风吹人而不吹减速器的笑话，后又拆下来重装。这说明大学生应该具备一定的笑话，后又拆下来重装。这说明大学生应该具备一定的实践知识。关于箱体上设置散热片，也有个方向问题，实践知识。关于箱体上设置散热片，也有个方向问题，一般来讲，散热片应沿上下方向布置，因为热空气是从一般来讲，散热片应沿上下方向布置，因为热空气是从下往上对流。但若是水平蜗杆端部装有冷却风扇时，则下往上对流。但若是水平蜗杆端部装有冷却风扇时，则靠近蜗杆轴附近的散热片方向应沿水平布置，以便靠近蜗杆轴附近的散热片方向应沿水平布置，以便(ybin)冷风冷风从散热片之间过，达到冷却和散热效果。

23、从散热片之间过，达到冷却和散热效果。第20页/共27页第二十一页，共28页。22蜗杆传动蜗杆传动worm gearing , worm driveworm gearing , worm drive单头蜗杆单头蜗杆 single-threaded worm single-threaded worm圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆蜗杆 cylindrical worm cylindrical worm阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆 Archimedes worm (ZA-worm) Archimedes worm (ZA-worm)渐开线蜗杆渐开线蜗杆 involute helicoid wor

24、m (ZI-worm) involute helicoid worm (ZI-worm)法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆 straight sided normal worm (ZN-worm) straight sided normal worm (ZN-worm)圆弧圆柱圆弧圆柱(yunzh)(yunzh)蜗杆蜗杆 arc-contact worm (ZC-worm) arc-contact worm (ZC-worm)环面蜗杆环面蜗杆 enveloping worm enveloping worm锥蜗杆锥蜗杆 spiroid spiroid蜗轮滚刀蜗轮滚刀 worm gear hob worm

25、gear hob 导程角导程角 lead angle lead angle直径系数直径系数 diametral quotient diametral quotient左旋蜗杆左旋蜗杆 left-handed worm left-handed worm右旋蜗杆右旋蜗杆 right-handed worm right-handed worm蜗杆的头数蜗杆的头数 number of starts (number of threads) number of starts (number of threads)第21页/共27页第二十二页，共28页。23本章本章(bn zhn)小结小结内容内容(nirn

26、g)归归纳纳第22页/共27页第二十三页，共28页。24 重点学习内容重点学习内容1.1.了解蜗杆传动的啮合特点、运动关系和几何参数。了解蜗杆传动的啮合特点、运动关系和几何参数。2.2.掌握蜗杆传动的受力分析掌握蜗杆传动的受力分析(fnx)(fnx)、强度计算和热平衡、强度计算和热平衡计算计算 方法。方法。本章本章(bn zhn)小结小结第23页/共27页第二十四页，共28页。25例例1 1：图中蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆（或蜗轮的螺：图中蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆（或蜗轮的螺旋线方向及转向旋线方向及转向(zhunxing)(zhunxing)，并在图中绘出蜗杆、蜗，并在图中绘出蜗杆、蜗轮

27、啮合点处作用力的方向（用三个分力：圆周力轮啮合点处作用力的方向（用三个分力：圆周力FtFt、径、径向力向力FrFr、轴向力、轴向力FaFa表示）表示）第24页/共27页第二十五页，共28页。26例例2 2：在图示传动系统中，：在图示传动系统中，1 1为蜗杆，为蜗杆，2 2为蜗轮，为蜗轮，3 3和和4 4为斜齿圆为斜齿圆柱齿轮，柱齿轮，5 5和和6 6为直齿锥齿轮。若蜗杆主动，要求输出为直齿锥齿轮。若蜗杆主动，要求输出(shch)(shch)齿轮齿轮6 6的的回转方向如图所示。试决定（在图中标示）：回转方向如图所示。试决定（在图中标示）：1 1）若要使）若要使、轴上所受轴向力互相抵消一部分，蜗杆

28、、蜗轴上所受轴向力互相抵消一部分，蜗杆、蜗轮及斜齿轮轮及斜齿轮3 3和和4 4的螺旋线方向的螺旋线方向(fngxing)(fngxing)及及、 、轴的回转方向轴的回转方向(fngxing)(fngxing)；2 2） 、轴上各轮啮合轴上各轮啮合(nih)(nih)点处受力方向（点处受力方向（FtFt、FrFr、FaFa）第25页/共27页第二十六页，共28页。27第26页/共27页第二十七页，共28页。NoImage内容(nirng)总结会计学。蜗杆相当于一个单头或多头螺杆，蜗轮相当于一个“不完整的螺母”。轮）的啮合，故其正确啮合条件。2、蜗杆分度圆柱导程角与蜗轮分度圆柱螺旋角等值同向。从效率看，Z1效率,故自锁应选单头。保证蜗杆刚度，Z2有最大值要求(Z2最好不大于80）。可分解为圆周力Ft，径向力Fr。目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。2. 轴承(zhuchng)摩擦效率2，0.98-0.99。27第二十八页，共28页。