机械设计基础课件 第14章 蜗杆传动
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大学机械设计基础教学课件-蜗杆传动
2、蜗杆分度圆直径、导程角
蜗杆分度圆柱上的导程角：
m
tan
zp 1x
zm 1
zm 1
z1m
d d d
1
1
1
z d m 1 mq
1 tan
d1 (分度圆周长)
蜗杆直径系数，q
z 1
tan
为了限制滚刀数目和便于标准化，规定每一模数,仅对应有限数
目的蜗杆分度圆直径d1。 蜗杆模数与分度圆直径
第四节 蜗杆传动的热平衡计算与润滑
一、蜗杆传动的热平衡计算
由于蜗杆传动时齿面间相对滑动速度大，发热量大，如果散热 条件不好会因温升过高使润滑油黏度降低，破坏润滑油膜，导 致轮齿胶合，所以对连续工作的闭式蜗杆传动进行热平衡计算
热平衡条件：
单位时间内发 热量H1=同时间 内的散热量H2
H1 1000 P1(1) H 2 Kd A(t t0 )
v
v2 v2
v 1
S
1 2 cos
d n
1 1
60 1000cos
v v
S
1
这是蜗杆传动效率低、发热量大的 根本原因。
分目录
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三、失效形式与设计准则
1、失效形式
（1）蜗杆:蜗杆轴强度、刚度不足 (蜗杆连续螺旋齿，强度高，很少失效)
（2）蜗轮:胶合、点蚀、磨损
2、设计准则
(1)闭式传动：按齿面接触疲劳强度设计，校核齿根弯曲疲劳强度 (2)开式传动： （磨损、断齿）按齿根弯曲疲劳强度设计 (3)按轴的计算方法计算蜗杆轴的强度和刚度 (4)系统过热：热平衡计算（闭式蜗杆）
蜗轮结构——整体式和组合式 螺栓联接式
整体式
分目录
机械设计基础之蜗杆传动
机械设计基础之蜗杆传动蜗杆传动是一种高效率的变速传动方式，广泛应用于机械制造、重工业、冶金工业、矿山机械等多个领域。
本文将由以下几个方面来谈论蜗杆传动的基本概念、工作原理以及应用。
一、蜗杆传动的基本概念蜗杆传动是由一对蜗杆与蜗轮组成，通过蜗杆扭转蜗轮的齿轮来实现工作的。
其中蜗轮的斜齿线与蜗杆的螺旋线成一定角度，因此蜗轮只能通过蜗杆旋转而不能回转，同时在传动过程中，蜗轮的速度是滞后于蜗杆的速度，因此能够实现较大的减速比。
蜗杆传动的减速比是由蜗杆设计参数所决定的，包括螺旋角、蜗杆齿数、蜗杆直径等，不同的传动比可以根据具体需要来进行设计。
通常情况下，蜗杆传动的减速比在5-100之间，但也有特殊情况下减速比高达1000以上。
二、蜗杆传动的工作原理蜗杆传动的工作原理是由蜗杆带动蜗轮来实现传动，蜗杆的螺旋线与蜗轮的斜线齿之间的紧密配合可以实现传动功能。
因为蜗杆的螺旋线的斜度比蜗轮的齿线的斜度小很多，所以在传动过程中，螺旋线的每次旋转只能推动蜗轮前进一颗齿，因此能实现大的减速比。
同时由于蜗杆传动的特有设计，使其具有良好的自锁性，可以起到防止倒车的作用。
这种自锁性的原理是钢制蜗杆和铜制蜗轮的制作材料不同，钢的硬度比铜高，蜗杆在向前旋转时，铜制蜗轮受力对硬度较小的钢制蜗杆产生摩擦，并将其牢固紧密地压在一起。
由于钢制蜗杆的硬度高于铜制蜗轮，所以传动的不平衡力可以被牢固地锁住，从而保证了高效稳定的传动效果。
三、蜗杆传动的应用蜗杆传动具有很多优点，如紧凑的结构、高效率、高扭矩、稳定性等。
同时也有一些缺点，如制造难度较大、制造成本高、传动效率低等。
因此，在选择使用蜗杆传动时，需要全面考虑其优缺点和应用情况。
一个常见的应用场景是纺织机械，在制造纤维纺纱机时，采用蜗杆传动来传递较大的扭矩，实现布带收卷以及其他布料加工链环中的转动。
同时，由于蜗杆传动的复杂性，目前也在工业机器人、汽车和液压泵等领域得到广泛应用，也可以用于电动自行车、自行车和其他迷你设备，因其噪声小，结构紧凑等特点。
机械设计基础-蜗杆传动的强度计算
高速（VS大）——喷油润滑；低速（VS小）——泄池润滑
润滑油量适当浸油深度 ；
1/3蜗轮外径——上置式蜗杆，润滑较差，但搅油损失小
i个蜗杆齿高——下（侧）置式蜗杆，润滑较好，但搅油损失大
3、蜗杆传动热平衡计算
蜗杆传动效率较低，摩擦发热较大，温升较高，过高的温度使润滑油稀释，粘度下降，啮合时从齿面间被稀释，会加剧磨损和胶合。所以蜗杆传动设计要进行热平衡计算。
教学后记：
教研室主任意见：
教学方法：采用多媒体教学（动画演示运动），结合教具，提高学生的学习兴趣。
课程作业或思考题：
1、蜗杆传动的润滑方法？2、蜗杆传动的涡轮转动方向的判断方式？3、蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
参考资料或常用网址：韩玉成.机械设计基础.北京.电子工业出版社；庄宿涛.成都.西南交通大学出版社；徐刚涛.北京.高等教育出版社；http//
抚州职业技术学院教案
课程名称：机械设计基础
任课老师（职称）：周晓良（副教授）
授课对象及时间：2014级综合班、2013五年制班
授课题目（章节）：蜗杆传动的强度计算
教具：多媒体
基本教材：陈立德《机械设计基础》（第四版）
课时安排：2
教学目的（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1.熟悉判断蜗轮传动的转向的方影响系数
——载荷系数KA——工况系数
——齿面载荷分布系数：载荷平稳时， ；载荷变化较大，或有冲击、振动时，
KV——动载荷系数 ——精制蜗杆
——一般蜗杆
设计公式
mm 定m,q，
——蜗轮齿面许用接触应力
3、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
弯曲疲劳强度校核公式：
2.了解蜗杆传动的润滑方式
3.掌握蜗轮强度计算方法及蜗杆传动的热平衡计算方法
润滑油量适当浸油深度 ；
1/3蜗轮外径——上置式蜗杆，润滑较差，但搅油损失小
i个蜗杆齿高——下（侧）置式蜗杆，润滑较好，但搅油损失大
3、蜗杆传动热平衡计算
蜗杆传动效率较低，摩擦发热较大，温升较高，过高的温度使润滑油稀释，粘度下降，啮合时从齿面间被稀释，会加剧磨损和胶合。所以蜗杆传动设计要进行热平衡计算。
教学后记：
教研室主任意见：
教学方法：采用多媒体教学（动画演示运动），结合教具，提高学生的学习兴趣。
课程作业或思考题：
1、蜗杆传动的润滑方法？2、蜗杆传动的涡轮转动方向的判断方式？3、蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？
参考资料或常用网址：韩玉成.机械设计基础.北京.电子工业出版社；庄宿涛.成都.西南交通大学出版社；徐刚涛.北京.高等教育出版社；http//
抚州职业技术学院教案
课程名称：机械设计基础
任课老师（职称）：周晓良（副教授）
授课对象及时间：2014级综合班、2013五年制班
授课题目（章节）：蜗杆传动的强度计算
教具：多媒体
基本教材：陈立德《机械设计基础》（第四版）
课时安排：2
教学目的（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1.熟悉判断蜗轮传动的转向的方影响系数
——载荷系数KA——工况系数
——齿面载荷分布系数：载荷平稳时， ；载荷变化较大，或有冲击、振动时，
KV——动载荷系数 ——精制蜗杆
——一般蜗杆
设计公式
mm 定m,q，
——蜗轮齿面许用接触应力
3、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
弯曲疲劳强度校核公式：
2.了解蜗杆传动的润滑方式
3.掌握蜗轮强度计算方法及蜗杆传动的热平衡计算方法
机械设计基础蜗杆传动
分度圆直径是蜗杆和蜗轮设计的重要参数，与传动比、中心距等密切相关。
类型与特点
圆柱蜗杆传动
圆柱蜗杆传动具有结构紧 凑、传动比大、工作平稳 、噪音小等优点。常用于 减速装置中。
环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特点是承 载能力高、传动效率高， 但制造和安装精度要求较 高。
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动具有较大的传 动比和较紧凑的结构，但 制造和安装精度也较高。
降低摩擦系数
加强冷却和润滑
通过采用先进的表面处理技术或添加减摩 剂等措施，降低蜗杆和蜗轮之间的摩擦系 数，从而减少摩擦损失。
采用有效的冷却和润滑措施，控制传动的工 作温度，以降低热损失和摩擦损失。
05
蜗杆传动的结构设计与制造工艺
结构设计要点
选择适当的蜗杆类型
根据传动要求选择合适的蜗杆类型，如圆柱 蜗杆、环面蜗杆等。
04
蜗杆传动的效率与润滑Biblioteka 效率分析1 2 3
蜗杆传动效率的计算公式
效率 = (输出功率 / 输入功率) × 100%。由于蜗 杆传动中存在滑动摩擦和滚动摩擦，因此其效率 通常低于齿轮传动。
影响蜗杆传动效率的因素
包括蜗杆头数、导程角、摩擦系数、中心距、传 动比等。其中，蜗杆头数和导程角对效率影响较 大。
首先根据蜗杆和蜗轮的相对位置及运动关系，确定作用在蜗杆和蜗轮上的外力 ；然后分析这些外力在蜗杆和蜗轮上产生的内力，包括弯矩、扭矩和轴向力等 。
蜗杆传动的受力特点
由于蜗杆和蜗轮的螺旋角不同，使得作用在蜗杆和蜗轮上的外力产生不同的分 力，这些分力在蜗杆和蜗轮上产生的内力也不同。因此，蜗杆传动的受力分析 较为复杂。
装配顺序与方法
按照先内后外、先难后易的原则进行 装配，注意保证蜗杆和蜗轮的正确啮 合。
类型与特点
圆柱蜗杆传动
圆柱蜗杆传动具有结构紧 凑、传动比大、工作平稳 、噪音小等优点。常用于 减速装置中。
环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特点是承 载能力高、传动效率高， 但制造和安装精度要求较 高。
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动具有较大的传 动比和较紧凑的结构，但 制造和安装精度也较高。
降低摩擦系数
加强冷却和润滑
通过采用先进的表面处理技术或添加减摩 剂等措施，降低蜗杆和蜗轮之间的摩擦系 数，从而减少摩擦损失。
采用有效的冷却和润滑措施，控制传动的工 作温度，以降低热损失和摩擦损失。
05
蜗杆传动的结构设计与制造工艺
结构设计要点
选择适当的蜗杆类型
根据传动要求选择合适的蜗杆类型，如圆柱 蜗杆、环面蜗杆等。
04
蜗杆传动的效率与润滑Biblioteka 效率分析1 2 3
蜗杆传动效率的计算公式
效率 = (输出功率 / 输入功率) × 100%。由于蜗 杆传动中存在滑动摩擦和滚动摩擦，因此其效率 通常低于齿轮传动。
影响蜗杆传动效率的因素
包括蜗杆头数、导程角、摩擦系数、中心距、传 动比等。其中，蜗杆头数和导程角对效率影响较 大。
首先根据蜗杆和蜗轮的相对位置及运动关系，确定作用在蜗杆和蜗轮上的外力 ；然后分析这些外力在蜗杆和蜗轮上产生的内力，包括弯矩、扭矩和轴向力等 。
蜗杆传动的受力特点
由于蜗杆和蜗轮的螺旋角不同，使得作用在蜗杆和蜗轮上的外力产生不同的分 力，这些分力在蜗杆和蜗轮上产生的内力也不同。因此，蜗杆传动的受力分析 较为复杂。
装配顺序与方法
按照先内后外、先难后易的原则进行 装配，注意保证蜗杆和蜗轮的正确啮 合。
蜗杆传动PPT课件
1.蜗轮材料的许用应力[sH]
蜗轮材料的许用应力[sH]由材料的抗失效能力决定。其计算公式为
2.蜗轮的许用弯曲应力[sF]
6.15.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
1、蜗杆传动效率
h1─计及啮合摩擦损耗的效率；
h2─计及轴承摩擦损耗的效率；
h3─计及溅油损耗的效率；
h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：
6.15.1 蜗杆传动的类型和特点
其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。
阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
普通圆柱蜗杆传动
圆弧圆柱蜗杆传动
其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形 的车刀切制而成的。
2、蜗杆传动的润滑
润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。
润滑油
润滑油粘度及给油方式
润滑油量
润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。
一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润 滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控 制一定的油压。
高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。
低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
6.15.4 蜗杆传动的材料和结构
二、 蜗杆、蜗轮的结构
1.蜗杆的结构
蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋 部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。
查表6.15，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为
蜗轮材料的许用应力[sH]由材料的抗失效能力决定。其计算公式为
2.蜗轮的许用弯曲应力[sF]
6.15.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
1、蜗杆传动效率
h1─计及啮合摩擦损耗的效率；
h2─计及轴承摩擦损耗的效率；
h3─计及溅油损耗的效率；
h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定：
6.15.1 蜗杆传动的类型和特点
其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。
阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
普通圆柱蜗杆传动
圆弧圆柱蜗杆传动
其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形 的车刀切制而成的。
2、蜗杆传动的润滑
润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。
润滑油
润滑油粘度及给油方式
润滑油量
润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。
一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润 滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控 制一定的油压。
高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。
低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
6.15.4 蜗杆传动的材料和结构
二、 蜗杆、蜗轮的结构
1.蜗杆的结构
蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋 部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。
查表6.15，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为
机械设计基础：蜗杆机构
一般在数十，甚至可达 数百
二、蜗杆蜗轮传动的方向判断
蜗轮的转向不仅与蜗杆的转向有关，而且与其螺旋线方向有关 蜗杆同螺旋相似，分为左旋和右旋。为了在车床上加工的方便， 尽可能使用右旋蜗杆。 顺时针旋转时旋入的螺纹，称为右旋螺纹； 逆时针旋转时旋入的螺纹，称为左旋螺纹。
右旋蜗杆
右手法则：四指弯曲方向同螺纹 转动方向一致，拇指 指向螺杆相对螺母的 运动方向。
机械设计基础
蜗杆机构
一、蜗轮蜗杆的形成
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴间的运动 和动力，通常蜗杆为主动。两轴线的交错角Σ可为任意值，一 般采用Σ=90°
圆弧圆柱蜗杆机构
ห้องสมุดไป่ตู้
蜗杆：
齿数z1特别少（一般 z1=1~4），它的齿可以 绕圆柱一周以上，变成 一个螺旋。
传动比：
i z2 z1
蜗轮回转方向
右旋蜗杆：
右手法则：书P75
左手法则：以左手握住蜗杆， 四指指向蜗杆的转向， 则拇指的指向为啮合 点处蜗轮的线速度方 向。
左旋蜗杆：
左手法则：书P75
右手法则：以右手握住蜗杆， 四指指向蜗杆的转向， 则拇指的指向为啮合 点处蜗轮的线速度方 向。
例题：P86 习题5-1
左旋蜗杆
左手法则：四指弯曲方向同螺纹 转动方向一致，拇指 指向螺杆相对螺母的 运动方向。
两类问题：
1. 已知蜗杆、蜗轮的轮齿旋向和二者之一的转向，确定另一个 的转向；
2. 已知蜗轮、蜗杆的转向，确定二者轮齿的转向。
蜗杆蜗轮机构转向的箭头标注
右旋蜗杆
蜗杆回转方向
蜗杆上一点 线速度方向
机构运 动简图
二、蜗杆蜗轮传动的方向判断
蜗轮的转向不仅与蜗杆的转向有关，而且与其螺旋线方向有关 蜗杆同螺旋相似，分为左旋和右旋。为了在车床上加工的方便， 尽可能使用右旋蜗杆。 顺时针旋转时旋入的螺纹，称为右旋螺纹； 逆时针旋转时旋入的螺纹，称为左旋螺纹。
右旋蜗杆
右手法则：四指弯曲方向同螺纹 转动方向一致，拇指 指向螺杆相对螺母的 运动方向。
机械设计基础
蜗杆机构
一、蜗轮蜗杆的形成
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴间的运动 和动力，通常蜗杆为主动。两轴线的交错角Σ可为任意值，一 般采用Σ=90°
圆弧圆柱蜗杆机构
ห้องสมุดไป่ตู้
蜗杆：
齿数z1特别少（一般 z1=1~4），它的齿可以 绕圆柱一周以上，变成 一个螺旋。
传动比：
i z2 z1
蜗轮回转方向
右旋蜗杆：
右手法则：书P75
左手法则：以左手握住蜗杆， 四指指向蜗杆的转向， 则拇指的指向为啮合 点处蜗轮的线速度方 向。
左旋蜗杆：
左手法则：书P75
右手法则：以右手握住蜗杆， 四指指向蜗杆的转向， 则拇指的指向为啮合 点处蜗轮的线速度方 向。
例题：P86 习题5-1
左旋蜗杆
左手法则：四指弯曲方向同螺纹 转动方向一致，拇指 指向螺杆相对螺母的 运动方向。
两类问题：
1. 已知蜗杆、蜗轮的轮齿旋向和二者之一的转向，确定另一个 的转向；
2. 已知蜗轮、蜗杆的转向，确定二者轮齿的转向。
蜗杆蜗轮机构转向的箭头标注
右旋蜗杆
蜗杆回转方向
蜗杆上一点 线速度方向
机构运 动简图
机械设计基础-蜗杆传动(PPT58页)
通常情况下取蜗轮齿数z2 =28~80。若z2 <28，会使传动 的平稳性降低，且易产生根切；若z2过大，蜗轮直径 增大，与之相应蜗杆的长度增加，刚度减小，从而影
响啮合的精度。z1、z2可根据传动比i按表10-1选取。
传动比i
7~13
14~27
28~40
>40
蜗杆头数z1
4
2
2,1
1
蜗轮齿数z2 28~52
第一节 概述
一、蜗杆传动的组成
螺杆与螺纹一样，有单头、多头之分，也有左旋、右 旋之分。蜗轮的形状像斜齿轮， 它的螺旋角的大小、方向和螺 杆螺旋升角的大小、方向相同， 为了改善蜗杆与蜗轮的啮合情 况，通常将蜗轮圆柱表面的母 线做成圆弧形，部分地包围着 蜗杆，故在轴向剖面中，蜗轮 轮齿沿齿宽方向是圆弧形。
通常λ=3.5°~27°，升角小时传动效率低，但可实现 自锁；升角大时传动效率高，但加工较困难。
3.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q 加工蜗杆时，蜗杆滚刀的参数应与相啮合的蜗杆完全 相同，几何尺寸基本相同。由
tan L d1z1 dm 1zd 1m 1
可得蜗杆的分度圆直径可写成
d1mtaz1n
第二节 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮 与齿条的啮合，因此，设计蜗杆传动时，其参数和尺 寸均在中间平面内确定，并沿用渐开线圆柱齿轮传动 的计算公式。
一、蜗杆传动的主要参数
1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2 蜗杆头数（齿数） z1即为蜗杆螺旋线的数目，蜗杆的 头数z1一般取1、2、4。当传动比大于40或要求蜗杆自 锁时，取z1 =1；当传递功率较大时，为提高传动效率 、减少能力损失，常取z1为2、4。蜗杆头数越多，加 工精度越难保证。
机械设计基础-蜗杆传动设计
蜗杆传动设计
2. 蜗杆传动的滑动速度 蜗杆蜗轮传动时,在蜗杆蜗轮的啮合面间会产生很大的 滑动速度 vs 。滑动速度 vs 的大小对齿面之间的润滑情况、 齿面的失效形式、发热以及传动效率等都有很大的影响。滑 动速度vs的方向沿蜗杆螺旋线方向,见图 5-6 ,其大小可用下 式计算
蜗杆传动设计
图 5-6 蜗杆传动的滑动速度
蜗杆传动设计
图 5-3 蜗杆蜗轮的螺旋方向
蜗杆传动设计
二、 蜗杆传动的基本参数 蜗杆传动的基本参数与基本尺寸计算是以中间平面上的
参数与尺寸为基准的。如图 5-4 所示,通过蜗杆的轴线,且垂 直于蜗轮的轴线的平面称为蜗杆传动的中间平面。
蜗杆传动设计
图 5-4 蜗杆传动的几何尺寸
蜗杆传动设计
1. 模数和压力角 与齿轮传动一样,蜗杆传动的几何尺寸计算也以模数 m 作为主要参数。我国规定的模数 m 的标准值见表 5-1 ,阿基 米德蜗杆蜗轮的压力角标准值为 α =20° 。
蜗杆传动设计
蜗杆传动设计
蜗杆传动设计
3 )蜗杆轴的刚度验算 蜗杆通常为细长轴,过大的弯曲变形将导致啮合区域接 触不良,因此当蜗杆轴的支承跨距较大时,应根据刚度计算准 则校核其刚度。
蜗杆传动设计
三、 蜗杆传动的效率、 润滑和热平衡计算 1. 蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率通常包括三部分:啮合齿面间摩
蜗杆传动设计 3. 蜗杆蜗轮的中心距 蜗杆传动的中心距是指蜗杆与蜗轮轴线之间的垂直距离。
标准蜗杆传动的中心距为
一般蜗杆传动的中心距 a 按表 5-5-中的数值选取。
蜗杆传动设计
蜗杆传动设计 4. 蜗杆蜗轮的传动比 设蜗杆的转速为 n1 ,蜗轮的转速为 n2 ,其传动比 i 为
机械设计基础 蜗杆传动
2013-7-13 20
山东农业大学机电学院
——蜗杆材料
若按材料分类，主要有碳钢和合金钢。若蜗轮直径很大，可采 用青铜蜗杆，同时蜗轮用铸铁。
若按热处理不同分：硬面蜗杆和调质蜗杆。 •首先应考虑选用硬面蜗杆。渗碳钢淬火或碳钢表面/整体淬火 ＋磨削；氮化钢渗氮处理＋抛光，用于要求持久性高的传动 中。 •只有在缺乏磨削设备时才选用调质蜗杆。受短时冲击的蜗杆， 不宜用渗碳钢淬火，最好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配 对时有利于提高传动的承载能力和滑动速度。
——凑中心距时变位蜗杆传动的中心距
(13.4)
a
1 d1 2xm d 2 2 a a x m
(13.5) (13.6)
由此可以求出变位系数
蜗轮变位系数的常用范围为-0.5 ≦ x ≦+0.5。为了有利于蜗 轮轮齿强度的提高，最好取 x 为正值。
2013-7-13
17
山东农业大学机电学院
12.2.4 蜗杆分度圆直径d1
亦称蜗杆中圆直径。为了蜗杆刀具规定尺寸的标准化、系列化，将 蜗杆分度圆直径d1 定为标准值。参看表12.1。
2013-7-13 12
山东农业大学机电学院
12.2.5 蜗杆直径系数q q d1 / m 12.2.6 蜗杆导程角γ
tan z1 p x z m zm z d 1 1 1 2 d1 d1 d1 q d1
按蜗杆头数 不同分类
单头
主要用于传动比较大的场合，要求自锁的传动必须采用单头。
多头
主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。
2013-7-13
9
山东农业大学机电学院
12.1.3 精度等级的选择
蜗杆的制造 蜗杆可以在车床上切制，也可在特种铣床上 用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。为了保证正确的啮合， 蜗轮要用与蜗杆同样大小的滚刀来切制。 蜗杆的等级选择 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传 动大，所以制造等级对它的影响比齿轮传动的更显著。 蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动要按照 6～9级精度制造。V<7.5m/s，7级精度；v<3m/s，8级精 度；v<1.5m/s,9级精度。 对于测量、分度等要求运动精度高的传动要按照5级或5 级以上的精度制造。
山东农业大学机电学院
——蜗杆材料
若按材料分类，主要有碳钢和合金钢。若蜗轮直径很大，可采 用青铜蜗杆，同时蜗轮用铸铁。
若按热处理不同分：硬面蜗杆和调质蜗杆。 •首先应考虑选用硬面蜗杆。渗碳钢淬火或碳钢表面/整体淬火 ＋磨削；氮化钢渗氮处理＋抛光，用于要求持久性高的传动 中。 •只有在缺乏磨削设备时才选用调质蜗杆。受短时冲击的蜗杆， 不宜用渗碳钢淬火，最好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配 对时有利于提高传动的承载能力和滑动速度。
——凑中心距时变位蜗杆传动的中心距
(13.4)
a
1 d1 2xm d 2 2 a a x m
(13.5) (13.6)
由此可以求出变位系数
蜗轮变位系数的常用范围为-0.5 ≦ x ≦+0.5。为了有利于蜗 轮轮齿强度的提高，最好取 x 为正值。
2013-7-13
17
山东农业大学机电学院
12.2.4 蜗杆分度圆直径d1
亦称蜗杆中圆直径。为了蜗杆刀具规定尺寸的标准化、系列化，将 蜗杆分度圆直径d1 定为标准值。参看表12.1。
2013-7-13 12
山东农业大学机电学院
12.2.5 蜗杆直径系数q q d1 / m 12.2.6 蜗杆导程角γ
tan z1 p x z m zm z d 1 1 1 2 d1 d1 d1 q d1
按蜗杆头数 不同分类
单头
主要用于传动比较大的场合，要求自锁的传动必须采用单头。
多头
主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。
2013-7-13
9
山东农业大学机电学院
12.1.3 精度等级的选择
蜗杆的制造 蜗杆可以在车床上切制，也可在特种铣床上 用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。为了保证正确的啮合， 蜗轮要用与蜗杆同样大小的滚刀来切制。 蜗杆的等级选择 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传 动大，所以制造等级对它的影响比齿轮传动的更显著。 蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动要按照 6～9级精度制造。V<7.5m/s，7级精度；v<3m/s，8级精 度；v<1.5m/s,9级精度。 对于测量、分度等要求运动精度高的传动要按照5级或5 级以上的精度制造。
机械设计基础 第十四章
图14-5 弹性套柱销联轴器
(3) 弹性柱销联轴器
如图14-6所示，弹性柱销联轴器(LX型，GB/T5014-2003， 附表5) 是用尼龙柱销将两个半联轴器连接起来。这种联轴器结 构简单，维修安装方便，具有吸振和补偿轴向位移及微量径向 位移和角位移的能力。允许径向位移为0.1~0.25 mm。
图14-6 弹性柱销联轴器
14.1 联轴器 14.1.1 联轴器的功能和分类
联轴器是机械传动中一种常用的轴系部件，它的基本功 用是连接两轴，有时也用于连接轴和其他回转零件，以传递 运动和转矩。有时也可作为一种安全装置用来防止被连接机 件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。
联轴器所连接的两轴，由于制造和安装的误差，承载后 的变形以及温度变化、轴承磨损等原因，都可能使被连接的 两轴相对位置发生变化，如图14-1所示。
14.3 制动器
制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的 装置。制动器通常装在机构中转速较高的轴上，这样所需制 动力矩和制动器尺寸可以小一些。
14.3.1 制动器的类型
制动器的分类有很多种，常见的有以下几种：
按照制动零件的结构特征，制动器可分为带 式、块式、盘式等形式的制动器。
按机构不工作时制动零件所处状态，制动器可 分为常闭式和常开式两种制动器。
图14-3 夹壳联轴器
2. 可移式联轴器
(1) 十字滑块联轴器
如图14-4所示，十字滑块联轴器是由两个端面带槽的半联 轴器1和3以及一个两面具有凸榫的浮动盘2所组成。浮动盘的 两凸榫互相垂直并分别嵌在两半联轴器的凹槽中，凸榫可在 半联轴器的凹槽中滑动。利用其相对滑动来补偿两轴之间的 偏移。
图14-4 十字滑块联轴器
图14-10 牙嵌式安全离合器
(3) 弹性柱销联轴器
如图14-6所示，弹性柱销联轴器(LX型，GB/T5014-2003， 附表5) 是用尼龙柱销将两个半联轴器连接起来。这种联轴器结 构简单，维修安装方便，具有吸振和补偿轴向位移及微量径向 位移和角位移的能力。允许径向位移为0.1~0.25 mm。
图14-6 弹性柱销联轴器
14.1 联轴器 14.1.1 联轴器的功能和分类
联轴器是机械传动中一种常用的轴系部件，它的基本功 用是连接两轴，有时也用于连接轴和其他回转零件，以传递 运动和转矩。有时也可作为一种安全装置用来防止被连接机 件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。
联轴器所连接的两轴，由于制造和安装的误差，承载后 的变形以及温度变化、轴承磨损等原因，都可能使被连接的 两轴相对位置发生变化，如图14-1所示。
14.3 制动器
制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的 装置。制动器通常装在机构中转速较高的轴上，这样所需制 动力矩和制动器尺寸可以小一些。
14.3.1 制动器的类型
制动器的分类有很多种，常见的有以下几种：
按照制动零件的结构特征，制动器可分为带 式、块式、盘式等形式的制动器。
按机构不工作时制动零件所处状态，制动器可 分为常闭式和常开式两种制动器。
图14-3 夹壳联轴器
2. 可移式联轴器
(1) 十字滑块联轴器
如图14-4所示，十字滑块联轴器是由两个端面带槽的半联 轴器1和3以及一个两面具有凸榫的浮动盘2所组成。浮动盘的 两凸榫互相垂直并分别嵌在两半联轴器的凹槽中，凸榫可在 半联轴器的凹槽中滑动。利用其相对滑动来补偿两轴之间的 偏移。
图14-4 十字滑块联轴器
图14-10 牙嵌式安全离合器
机械设计第章--蜗杆传动
1、蜗杆——一般与轴成一体
40
b1
2、蜗轮
轮齿部分——青铜
0.4m
0.4m C
b1
轮毂部分——钢
C
0.4m
齿圈式
螺栓联接式 整体浇铸式
拼铸式
§ 7-6 蜗杆传动的受力分析
力的大小
圆周力
Ft1
2T1 d1
Fa2
轴向力
Ft 2
2T2 d2
Fa1
径向力 Fr1 Fr2 Ft2tg
力的方向和蜗轮转向的判别
§7—5 普通圆柱蜗杆传动的精度选择、侧隙规 定、蜗杆和蜗轮的结构
一、普通圆柱蜗杆传动的精度选择、侧隙规定
GB10089-1998规定了12个精度等级： 1最高、12最低
最小法向侧隙分为8种：
a、b、c、d、e、f、g、h
a最大，h为零 侧隙种类与精度无关
C de2
d a1
C
df1 d1
de2
普通圆柱蜗杆、蜗轮的结构设计
O2
Z2改变
Z2 Z2 i12 Z 2 Z1 i12 Z 2 Z1
d2=d'2=mz2
O2
d1 d'1 a
a a' d'1 d1 a
分度线
节线 P
蜗杆中心线
P
蜗杆中心线
节线 分度线
(d)
(e)
三、蜗杆传动的几何尺寸计算 蜗轮喉圆直径da2、蜗轮顶圆直径de2，蜗轮齿宽B，
蜗轮齿宽角，蜗杆齿宽b1等
1）中心距改变 a a ，Z2不变，Z2 Z2 ，传动比i12不变
a
a
2=d'2=mz2
O2
分度线
P
节线
机械设计基础之蜗杆传动WormG
6.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
主要参数
蜗杆传动变位
几变应何力尺作寸用计下的算
失效特征
齿顶圆直径 节圆直径
分度（中）圆直径
齿根圆直径
啮合点
外圆 直径
齿顶圆 直径
中圆直 径
分度（节） 圆直径
齿根圆 直径
6.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
主要参数
蜗杆传动变位
几变应何力尺作寸用计下的算
在通过蜗轮中间平面所截的蜗杆轴向平面内可见，蜗杆传 动又可视为斜齿圆柱齿轮与齿条的啮合传动。
6.1概述
蜗变轮应失力蜗效作特 杆用征形下的成
蜗杆传动分类
蜗杆传动特点
蜗
蜗
杆
轮
加
加
工
工
为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合 ，要用与蜗杆尺寸相同的 蜗杆滚刀来加工蜗轮。
6.1概述
蜗轮蜗杆形成
蜗杆传动分类 蜗杆传动特点
滑动速度
效率与自锁
润滑
自锁条件： g e
啮合效率 3 tgg / tg(2g ) < 0.5
效率预估（也可以查表）：设计时，需要预估
方一： = (100 i / 2)%
方二： 查表：蜗杆传动设计时，可根据蜗杆头数估取
Z1 1(自锁)， 1（非自锁）， 2， 4， 6
效率 0.4， 0.7，
0.8， 0.9， 0.95
mx1 = mt2 = m
为了限制涡轮滚刀的数目，便于滚刀标准化，每一标准模数规定了一定数 量的蜗杆分度圆直径
4、蜗杆头数Z1蜗轮齿数Z2 Z1的选择:1大传动比、自锁（并且，g<=3.5o ） 2，4，6传动速度高、传动效率高
Z2的选择:28～70动力传动
蜗杆传动课件ppt课件
;.
15
任务实施
判断下列蜗轮的回转方向
右旋
左旋
16
任务实施
判断下列蜗轮的回转方向
右旋
左旋
17
任务评价
1、蜗杆传动由 2、本减速器中，
和 蜗杆 组成。
蜗轮
为主动件蜗，杆 为从动件。
蜗轮
3、蜗杆传动的工作原理。
4、蜗杆传动的特点。 5、蜗杆、蜗轮螺旋线方向的判断。 6、蜗轮回转方向的判断。
——右手法则
18
谢谢批评指正！
19
齿轮传动的类型有哪些？ 平行轴之间的传动：圆柱齿轮传动 相交轴之间的传动：圆锥齿轮传动 交错轴之间的运动用什么来传递运动和动力呢？
1
模块四 蜗杆传动
2
任务引入
任务1 分析蜗轮减速器的运动
1．认识蜗轮蜗杆传动 2．能够判断蜗杆、蜗轮螺旋线的方向 3．能够判断蜗轮的回转方向
3
任务一
认识蜗轮蜗杆传动
7
动画演示
蜗杆传动的特点 1、传动比大，结构紧凑。 2、传动平稳，噪声小。 3、有自锁性，可防止负载反转。
;.
8
任务二
蜗杆、蜗轮螺旋线方向的判断
右手法则：手心对着自己，四个手指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若螺 旋线方向与右手拇指指向一致，则为右旋，反之为左旋。
右旋
左旋
右旋 ;.
左旋 9
任务二 1、本小组蜗杆旋向为（左旋、右旋）。 2、本小组蜗轮旋向为（左旋、右旋）。 一对相啮合的蜗杆、蜗轮的旋向是相同的。
10
例1：请判断下列蜗杆和蜗轮的旋向。
右旋左旋Βιβλιοθήκη 11任务实施 二、判断下列蜗杆、蜗轮的螺旋线方向
右旋
左旋
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n2
Fr2 Ft1 Fr1
Fa2 Fa1
Ft1 γ
Fa1
T1 n1
n1
21
受力简图的平面图表示方法
Fn
αn
Fr1
αt γ
Fr2 Ft2 Ft1 Fr1 Fa2 Fa1 Fa2
Fr2
Ft1 Fa1 γ n1
Ft2 Fa1 Fr1 Ft1
右旋
22
课堂练习
在图示提升机构中,重物悬挂于钢丝绳上,卷筒直径D=100mm,卷筒与蜗轮联为一 体,转动手柄可提升重物。已知手柄长L=50mm, z1=20, z2=60,mn1=2, β1=9°4'7″,单头蜗杆，i34=50, m3=4, d3=40,蜗轮右旋；G=2kN, 总效率 η=0.4。 试求：(1)匀速提升重物时，加在手柄上的力需多大？ (2)若要求Ⅱ轴上的轴向力较小，斜齿轮2的螺旋方向应如何选择？ (3)标出啮合点处齿轮2和蜗杆3的受力。 左旋
第14章 蜗杆传动
14.1 蜗杆传动的特点和类型 14.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 14.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 14.4 圆柱蜗杆传动的强度计算 14.5 圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
1
14.1 蜗杆传动的特点和类型
组成和应用
• 通常二轴交错角＝90° • 蜗杆主动，蜗轮从动
Fn Ft1 Fa1 Fr1
Fn
αn
αt γ
力的方向判断方法 与斜齿轮传动相同
Ft1
Fr1
Fa1 γ
n1
20
14.4.1 蜗杆传动的受力分析
Fn Ft1 Fa1 Fr1
Fn T2
αn
Fr1
αt γ
Fa 2 Ft1 Ft 2 Fa1 Fr 2 Fr1
Ft2
蜗杆
特点
• 传动比大：一般传动 i=5~80; 分度机构可达1000 • 结构紧凑,传动平稳,噪声低, 可自锁。 • 效率低，滑动速度大，摩擦 与磨损严重。
蜗轮
2
14.1 蜗杆传动的特点和类型
按蜗杆外廓形状分： 圆柱蜗杆传动 圆弧面蜗杆传动 锥面蜗杆传动
3
圆柱蜗杆传动
1. 普通圆柱蜗杆 2. 圆弧圆柱蜗杆(ZC蜗杆) 普通圆柱蜗杆按螺旋面形状分： • 阿基米德蜗杆(ZA蜗杆) • 渐开线蜗杆(ZI蜗杆) • 法向直廓蜗杆(ZN蜗杆) • 锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)
d1 z1pa
pa
d1
13
z1pa
5. 中心距a
1 1 a ( d 1 d 2 ) ( q z 2 )m 2 2
ha df1 hf da1 d1 h 2
p
df 2 d
de2
d a2
2
B
a
14
4.齿面间相对滑动速度
v1 vs cos
相对滑动速度很大的利弊: 润滑、散热不良时： 易产生磨损、胶合 充分润滑时： 有利于油膜的形成，滑动速 度越大， 摩擦系数越小，提 高了传动效率
da1
p
df 2 d
da2
d a2
2
B
• 几何尺寸计算上，按主平面的参数仿照齿轮进行计算 • 受力上，与斜齿轮相似
8
a
14.2.1 圆柱蜗杆传动的主要参数
1. 模数m和压力角α
da1 ha p
df 2 d
2
hf
d a2
2
蜗轮齿数z2 3. 蜗杆直径系数q和导程角γ 4. 齿面滑动速度vs 5. 蜗杆传动中心距a
ha df1 hf da1 d1 h 2
p
df 2 d
d1 q m 蜗轮分度圆直径同齿轮 d2=mz2 d 1 mz 1 da2=d2+2ha2
da2
d a2
2
B
?
d 1 mq mz 1
12
a
导程角γ
z1 pa z1 m z1 pz tan d1 d1 qm q
1
Ⅰ
Ⅱ
3 Fa3
Fr3 Ft3
Fa1
Ft2 Fr2
Fa2
Ft4 2
Ⅲ
右旋
4
G
23
课堂练习
如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴上的 锥齿轮z4的转向n。（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试 确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向。（2）在图中标出各 轮轴向力的方向。
输出轴
2 Fa3
n4
正确啮合条件
b1
d a1
d f 1 d1
a
b2
d2
dc2
da2
df2
• 主平面(中间平面):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面 • 正确啮合条件：ma1 = mt2=m a1 = t2= 1= 2 • 蜗杆、蜗轮旋向相同
7
啮合特点
2
L ha df1 hf d1 h
• 从整体看，蜗杆蜗轮 齿面间的相对运动类 似于螺旋传动 • 从主平面看，蜗杆齿 形是标准齿条齿形， 蜗轮齿形是渐开线齿 轮齿形，啮合传动类 似于齿轮齿条运动
蜗轮的材料 (减摩、耐磨、抗胶合、抗点蚀)
• • • 铸锡青铜 ZCuSn10P1 — vs3m/s,重要传动 铸铝青铜 ZCuAl10Fe3 — vs4m/s ,价格便宜 灰铸铁 HT200 — vs<2m/s 低速,经济
16
失效形式及设计准则
(1) 失效形式
在蜗杆传动中，由于材料和结构的原因，蜗杆的强度总是 高于蜗轮的强度，故失效一般发生在蜗轮轮齿上
d1
v2 vs v1
15
14.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构
1. 蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
蜗杆、蜗轮的材料
材料要求：减摩、耐磨、抗胶合、强度
蜗杆的材料(高的强度、刚度及表面硬度)
• • 碳 钢 — 45号钢 调质后淬火 合金钢 — 20Cr、20CrMnTi(渗碳淬火)、40Cr (表面淬火)
1.53 KT2 YFa 2Y F 校核公式： F d1d 2 m cos
1.53KT2 YFa 2Y 设计公式： m d1 z2 cos F
2
26
4
阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)
端面上齿廓为阿基米 德螺旋线 中间平面齿廓为直线
刃面过轴面
2
轴面呈齿条（直廓） 阿基米德螺旋线
车刀切削平面通过蜗杆轴线 车削工艺好，精度低，中小载荷 使用逐渐减少，用于不太重要场合
5
加工工艺
• 蜗杆加工
• 蜗轮加工
6
14.2 圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸
10
2. 传动比i、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2
n1 z2 dd 2 i 2 n2 z1 dd 1 1
z1
= 1, 2, 4, 6 取小 z1， i ，, 自锁性好
z2 = i z1 具体选用z2, 表14-2
d1
11
3. 蜗杆直径系数q和导程角γ
d1：齿宽与齿槽宽 相等的圆柱 蜗杆分度圆标准化 ，以限制刀具数 d1与模数相匹配 引入蜗杆直径系数q 标准值见表14-1
齿面：点蚀、胶合、磨损 齿根：弯曲疲劳折断 (2) 设计准则 闭式传动： 按齿面接触疲劳强度设计 按齿根弯曲疲劳强度校核 必要时热平衡计算
开式传动：按齿根弯曲疲劳强度设计
17
2. 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
蜗杆轴
18
蜗轮
• 组合式
19
14.4 圆柱蜗杆传动的强度计算
14.4.1 蜗杆传动的受力分析
df1
9
d1
2. 传动比i、蜗杆头数z1、
h
1. 模数m和压力角
• 从主平面看，蜗杆 齿形是标准齿条齿 形，蜗轮齿形是渐 开线齿轮齿形 • 啮合传动类似于齿 轮齿条运动
d1
p
• ma1 = mt2=m , a1 = t2= • 具体见表11-2（GB/T 10085－88）P.245 • ZA：a = =20° • ZN、ZI、ZK： n=20°
P1 T2 T1i 9.55 10 n2
6
N mm
25
14.4.2 蜗杆传动强度计算
1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算
校核公式： H Z E Z
KT2 H 3 a
ZE Z 设计公式： a 3 KT2 H
2
2. 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
4
Ft1
Ft2 Fa1
Fa2 1
3
右旋
24
14.4.1 蜗杆传动的受力分析
Fn Ft1 Fa1 Fr1
力的大小:
2T1 Ft1 Fa 2 d1 2T2 Fa1 Ft 2 d2
Ft1 γ n1 Fr1 Fn
αn γ
Fa1
αt
Fr1 Fr2 Ft2 tg
2T2 Fa1 Ft 2 Fn cos cos n cos cos n d 2 cos cos n