《机械设计基础》教案——第十章 其他齿轮传动.docx

授课题目：第10章其它齿轮传动10.1圆锥齿轮传动授课方式（请打J）理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口课时安排2教学大纲要求：了解圆锥齿轮传动的特点和参数；掌握圆锥齿轮传动的基本尺寸计算和强度计算。教学目的、要求：了解圆锥齿轮传动的特点和应用；掌握圆锥齿轮传动的基本尺寸计算和设计计算。教学重点及难点:圆锥齿轮传动的参数和尺寸计算思考题和习题：一、判断题1、2、3、二、选择题2、3、4、5、6三、综合题1、5、6课后总结分析：圆锥齿轮传动的特点和当量齿轮；圆锥齿轮传动的参数；要求掌握圆锥齿轮传动的基本尺寸计算。备注教学内容10.1圆锥齿轮传动10.1.1概述圆锥齿轮传动用来传递两相交轴之间的运动和动力。圆锥齿轮传动分为：直齿圆锥齿轮传动、斜齿圆锥齿轮传动和曲齿圆锥齿轮传动，其中应用最广泛的是两轴交角=J1+J2=90°的直齿圆锥齿轮传动。与圆柱齿轮不同，圆锥齿轮的轮齿是沿圆锥面分布的，其轮齿尺寸朝锥顶方向逐渐缩小。圆锥齿轮的运动关系相当于一对节圆锥作纯滚动。与圆柱齿轮相似，圆锥齿轮也有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥、基圆锥。标准安装的圆锥齿轮机构，要求分度圆锥与节圆锥重合。图IO-I所示为一对标准直齿圆锥齿轮，其节圆锥与分度圆锥重合，必、为两轮的分度圆锥角，：为两分度圆锥几何轴线的夹角，4、4为大端节圆直径。当:=伪+&=90。时，其传动比(10-1),=以=%=三=tan2=CotBn1d1z1Sin凡10.1.2锥齿轮的齿廓曲线、背锥和当量齿轮如图10-2所示，当发生面A沿基圆锥作纯滚动时，平面上通过锥顶的直线OK将形成一渐开线曲面，即直齿圆锥齿轮的齿廓曲面。渐开线NK上各点与锥顶O的距离均相等，所以该渐开线必在一个以O为球心，OK为半径的球面上。但因球面渐开线无法在平面上展开，给设计和制造造成困难，故常用背锥上的齿廓曲线来代替球面渐开线。将背锥表面展开成一扇形平面，扇形的半径q就是背锥母线的长度，以q为分度圆半径，大端模数为标准模数，大端压力角为20。，按照圆柱齿轮的作图方法画出扇形齿轮的齿形。该齿廓即为圆锥齿轮大端的近似齿廓，扇形齿轮的齿数为圆锥齿轮的实际齿数。将扇形齿轮补足为完整的圆柱齿轮，这个圆柱齿轮称为圆锥齿轮的当量齿轮，当量齿轮的齿数ZV称为当量齿数。由图可见rmzT=vCOSS2cos5因=mzv2,所以ZZV=(10-2)COS因3总是大于零度，故Zv>Z,且往往不是整数。综上所述，一对圆锥齿轮的啮合相当于一对当量圆柱齿轮的啮合，因此可把圆柱齿轮的啮合原理运用到圆锥齿轮。当量齿数ZV是选择铳刀刀号、计算齿轮强度、确定不根切的最少齿数的依据。10.1. 3直齿圆锥齿轮基本参数和尺寸计算按GB123691990的规定，直齿圆锥齿轮的基本参数是以其大端为标准。当轴交角=90。时，标准直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算见表IO-Io表10-1标准直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算基本参数大端模数m按表10-2,取标准值大端压力角a取标准值a=20o齿数Z按规定选取齿顶高系数/la*取Aa*=l顶隙系数C*取c*=0.2几何尺寸分度圆锥角d邑=arctan,S1=90°S2zI分度圆直径dd-mz齿顶高laha-m齿根高hthf-1.2m全齿高hh-2.2m齿顶圆直径dada-d+2mcos齿根圆直径dtdt-d-2Amcos锥距R_rn_/722_4_>22«22sin12sin¾齿宽b反夕RR=(0.250.3)R齿顶角aa=arctan%R齿根角if=arctanR名称符号计算方式及说明例IOT一对标准直齿圆锥齿轮传动，已知M=5mm,z1=20,Z2=60,=90o0试求其主要几何尺寸。（计算过程见教材）10.1.4直齿圆锥齿轮的啮合传动一对直齿圆锥齿轮的啮合传动相当于其当量齿轮的啮合传动。一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是：两轮模数相等、压力角相等且等于标准值、轴交角Z=b+&=90。为保证一对直齿圆锥齿轮能够实现连续传动，其重合度也应大于等于1,其重合度即为当量齿轮传动的重合度，可用当量齿轮的参数按直齿圆柱齿轮重合度计算公式来计算。10.1. 5直齿圆锥齿轮的强度计算1 .直齿圆锥齿轮轮齿上的作用力图10-4直齿圆锥齿轮受力分析齿间的法向作用力用耳表示，尺可分解为三个分力：圆周力月、径向力4和轴向力尺。圆周力月的大小可根据齿轮的平衡条件求得，径向力4和轴向力用可通过图中的几何关系求得，即27FtdmFr=Fttanorsin:(10-3)F=FttanorcosJai-X式中dm小齿轮齿宽中点的分度圆直径，4n=4(10-5R)；圆周力耳和径向力Fr的方向判断与直齿圆柱齿轮相同。轴向力Fa的方向对两个齿轮都是背着锥顶。当两轴夹角=90。时，Frl=-Fa2；Fal=-Fr2；Gl=一"2°2 .直齿圆锥齿轮强度计算直齿圆锥齿轮传动的强度计算与直齿圆柱齿轮传动基本相同。由前述可知，直齿圆锥齿轮传动的强度可近似地按齿宽中部处的当量直齿圆柱齿轮的参数与公式进行计算。(I)齿面接触疲劳强度计算。校核公式=ZeZhr(1-075)2m<MPaS设计公式4与J再42mm(120.5R)Uch(2)齿根弯曲强度计算。校核公式4.7KT、/=/%jSacrFMPa-LOO201<1DaL1JR(I-0.5R)z1nt+1(10-6)设计公式、I47KT%、rn31f-mm(10-7)rZ；(1-0.5"r)2J/+1圆锥齿轮的制造工艺比较复杂，当尺寸大时，加工更为困难，因此在设计时应尽量减小尺寸。如在传动中，应尽可能将圆锥齿轮传动放在高速级。因为在相同的功率下，转速越高，齿轮所传递的转矩就越小，这样可使圆锥齿轮的尺寸减小。此外，为使大齿轮的尺寸不致过大，通常二15。10.1.6圆锥齿轮结构齿轮结构设计主要确定齿轮的轮缘、轮毂及腹板(轮辐)的结构形式和尺寸大小。结构设计通常要考虑齿轮的几何尺寸、材料、使用要求、工艺性及经济性等因素,确定适合的结构型式,再按设计手册推荐用的经验数据确定结构尺寸(可参考第9章第13节)及绘制齿轮的零件工作图等。齿轮结构形式有以下四种：1 .齿轮轴当齿轮的齿根圆到键槽底面的距离e很小，如圆锥齿轮的小端e1.6mm,为了保证轮毂键槽足够的强度，应将齿轮与轴作成一体，形成齿轮轴。2 .实心齿轮当齿顶圆直径4200mm或高速传动且要求低噪声时，可采用实心结构。实心齿轮和齿轮轴可以用热轧型材或锻造毛坯加工。3 .辐板式齿轮对于齿顶圆直径d,W5OOmm时，可采用辐板式结构，以减轻重量、节约材料。通常多选用锻造毛坯，也可用铸造毛坯及焊接结构。有时为了节省材料或解决工艺问题等，而采用组合装配式结构，如过盈组合和螺栓联结组合。4 .轮辐式齿轮对于齿顶圆直径d,N50（）mm时，采用轮辐式结构。受锻造设备的限制，轮辐式齿轮多为铸造齿轮。轮辐剖面形状可以采用椭圆形（轻载）、十字形（中载）、及工字形（重载）等。例10-2设计一闭式直齿圆锥齿轮传动。已知小齿轮传递功率尸=7.5kW,减速比，=2.5,小齿轮转速4=960rmin,电动机驱动，中等冲击，使用IO年，每年工作300天，单班制。（计算过程见教材）授课题目：第10章其它齿轮传动10.2蜗杆蜗轮传动授课方式（请打J）理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口课时安排2教学大纲要求：蜗杆传动的特点和应用；蜗杆传动的类型和参数；蜗杆传动的尺寸计算；蜗杆传动的手里分析和失效形式及计算准则；讲授蜗杆传动的材料选择原则；讲授蜗杆传动的强度计算；讲授蜗杆传动的效率和热平衡计算。教学目的、要求：掌握蜗杆传动的特点、应用和参数；掌握蜗杆传动的尺寸计算；了解蜗杆传动的失效形式和计算准则；熟悉蜗杆传动的材料选择原则；掌握蜗杆传动的受力分析；掌握蜗杆传动的强度计算及效率和热平衡计算；了解蜗杆传动的润滑和安装方法。教学重点及难点:重点：蜗杆传动的参数和几何尺寸计算；难点：蜗杆传动的受力分析及强度计算。思考题和习题：一、判断题4、5、6、7、8、二、选择题1、7、8、9、10、11、12、13、14、15三、综合题2、3、4、7、8课后总结分析：掌握蜗杆传动的特点和参数、几何尺寸计算；了解失效形式和计算准则;掌握蜗杆传动的强度计算及效率和热平衡计算；了解蜗杆传动的润滑和安装方法。教学内容备注10.2蜗杆蜗轮传动10.2.1蜗杆蜗轮传动的特点和应用蜗杆传动主要由蜗杆1和蜗轮2组成（图10-5）,用于传递空间交错成90°的两轴之间的运动和动力，通常蜗杆为主动件。蜗杆传动广泛用于各种机械和仪表中，常用作减速，仅少数机械用于增速。与其它机械传动比较，蜗杆传动具有如下特点：（1）传动比大，结构紧凑。一般在动力传动中，传动比为1080；在分度机构中，传动比可达1000。所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。（2）传动平稳，无噪音。因为蜗杆的轮齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮啮合时是连续不断的，蜗杆轮齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。（3）具有自锁性。当蜗杆的导程角很小时，蜗杆传动可实现自锁。(4)蜗杆传动效率低。蜗杆传动效率只有0.70.8,对具有自锁性的蜗杆传动，其效率低于0.5。(5)磨损较大，发热多，常采用减磨耐磨材料，所以成本较高。10.2.2蜗杆蜗轮传动的类型根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥面蜗杆传动等。圆柱蜗杆传动又包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。机械中常用的为普通圆柱蜗杆传动。根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆和锥面包络圆柱蜗杆等四种。(1)阿基米德蜗杆。这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓为直线，其齿形角为20。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角/W3。时)或双刀(当7>3。时)车削加工。阿基米德蜗杆的加工和测量比较方便，应用较多。(2)法向直廓蜗杆。这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法向齿廓为直线。这种蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工，但磨削比较困难。(3)渐开线蜗杆。这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相当于一个少齿数、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。渐开线蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。(4)锥面包络圆柱蜗杆。这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铳床上铳制并在磨床上磨削。加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。此时，铳刀回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面。这种蜗杆便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。根据蜗杆螺纹的旋向，可分为右旋蜗杆和左旋蜗杆两种。由于阿基米德蜗杆容易加工制造，应用最广，本章主要讨论这种蜗杆传动。