第九章蜗轮蜗杆
蜗轮蜗杆文档
蜗轮蜗杆简介蜗轮蜗杆是一种常见的机械传动装置，由蜗轮和蜗杆两部分组成。
它可以将一个旋转运动转换为另一个旋转运动，同时可以改变旋转方向和减小速度。
由于其简单可靠的结构和高传动比的特点，蜗轮蜗杆广泛应用于各个领域，如机械工程、自动化等。
结构和工作原理蜗轮蜗杆由蜗轮和蜗杆两部分组成。
蜗轮是一种螺旋状的圆盘，上面有一定数量的蜗牙。
蜗杆是一种带有螺纹的圆柱体，蜗轮与蜗杆的螺纹咬合，形成一种斜面摩擦传动。
当蜗轮转动时，蜗牙与蜗杆的螺纹相互作用，使蜗杆沿着螺纹方向移动。
由于蜗杆的螺纹形状，蜗轮每转动一周，蜗杆只会沿着轴向移动一定距离，这导致了蜗轮蜗杆的传动比不等于1。
优点蜗轮蜗杆传动具有以下优点：1.高传动比：蜗轮蜗杆传动的传动比通常在5:1至100:1之间，可以实现大速比变换。
2.大承载能力：由于封闭式传动，蜗轮和蜗杆可以承受较大的负载。
3.平稳传动：蜗轮蜗杆传动具有平稳的传动特性，运行平稳无冲击。
4.自锁：由于蜗轮蜗杆的摩擦传动原理，当负载作用于输出端时，蜗轮蜗杆传动会自动锁止，不会产生后退运动。
应用领域蜗轮蜗杆传动在各个领域都有着广泛的应用，下面将列举几个常见的应用领域：1.机械工程：蜗轮蜗杆传动广泛应用于各种机械设备中，如机床、起重机械等。
由于其平稳传动和大承载能力的特点，能够满足复杂工况下的传动需求。
2.汽车工业：蜗轮蜗杆传动被应用于汽车变速器中，用于改变引擎输出的转速和转矩，实现不同速度的行驶。
3.制造业：蜗轮蜗杆传动广泛应用于各种生产线中，用于传动输送设备、液压机械等，实现自动化生产和工艺控制。
4.化工工业：蜗轮蜗杆传动被应用于化工设备中，如搅拌机、搅拌釜等，用于实现液体混合和搅拌的目的。
技术要点蜗轮蜗杆传动的技术要点包括以下几个方面：1.极限传动比：蜗轮蜗杆传动的最大传动比应根据具体应用需求来确定，一般不应超过传动装置的额定传动比。
2.功率损失：蜗轮蜗杆传动在传动过程中会产生一定的功率损失，主要由于摩擦损失和蜗杆的离合效应引起。
蜗轮和蜗杆设计详解PPT课件
t1
t0－环境温度(℃)。 可用于系统热平衡验算，一般t1≤70~90℃
1000(1h)P1 KsA(t1 t0 ) 可用于结构设计
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11.6 蜗杆传动的强度计算
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11.7 蜗杆传动的精度等级选择及其安装维 护蜗杆传动的精度选择
GB 10089-88对普通圆柱蜗杆传动规定了1~12个精度等 级➢1级精度最高，其余等级依次降低，12级为最低，6~9级精度应用最多 ➢6级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度v2≥5m/s ➢7级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速度v2≥7.5m/s ➢8级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v2≥3m/s ➢9级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构
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11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择
1.蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2和传动比 i 较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效
率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通 常蜗杆头数取为1、2、4、6。
环面蜗杆传动
其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲 面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑 油膜形成，传动效率较高；
锥蜗杆传动
同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承 载能力和效率较高；可节约有色金属。
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11.1 蜗杆传动的类型和特点
11.1.2 蜗轮传动的特点
计算寿命系数
K KHN
FN
KHN
8
107 N
8
107 5.22107
蜗轮蜗杆的原理及应用
蜗轮蜗杆的原理及应用蜗轮蜗杆是一种传动装置，其主要原理是利用蜗杆和蜗轮的齿轮副传动，是一种具有较大传动比的传动装置。
下面将从原理和应用两个方面进行详细阐述。
一、原理：1. 蜗杆的原理：蜗杆是一种带有斜拦齿的圆柱形螺旋齿轮。
其工作原理是通过蜗杆的旋转运动，使蜗杆周围的蜗轮做回转运动。
由于蜗杆的齿数较小，与蜗轮的齿数成比例，因此蜗轮的转速较蜗杆的转速明显降低，实现了较大的传动比。
蜗杆的斜拦齿使其具有自锁功能，可以防止传动系统的逆转。
2. 蜗轮的原理：蜗轮是一种带有蜗杆齿的轮形零件，与蜗杆配合使用。
蜗轮的齿数一般较大，与蜗杆的齿数成比例。
当蜗杆旋转时，由于蜗杆齿与蜗轮齿的啮合，使蜗轮做回转运动。
由于蜗轮的大齿数，因此蜗轮的转速很低。
同时，蜗轮与蜗杆的配合精度要求较高，以确保传动的可靠性和稳定性。
3. 蜗轮蜗杆的原理：蜗轮和蜗杆之间的齿轮传动原理使得蜗杆的转速大大降低，同时转矩升高。
蜗杆的斜拦齿具有自锁功能，可以防止传动系统的逆转。
由于蜗杆蜗轮的传动比一般较大（通常为1:40-1:300），因此蜗轮蜗杆传动被广泛应用于需要大传动比的场合。
二、应用：1. 工业领域：蜗轮蜗杆传动广泛应用于工业生产中的各种机械设备，如输送机、搅拌机、搅拌桨、起重机、冷冻机等。
这些设备一般需要大传动比，并且需要稳定的传动和较大的传动力矩。
2. 机械工程领域：在机械工程领域，蜗轮蜗杆传动也有着广泛的应用。
例如，在车辆的转向机构中，蜗轮蜗杆传动可以实现方向盘到车轮的传动；在船舶的舵机机构中，也可以利用蜗轮蜗杆传动实现舵的转动。
3. 精密仪器领域：蜗轮蜗杆传动由于其精度要求较高，常用于精密仪器中的传动装置。
例如，精密测量仪器、光学仪器、数控设备等，都可以采用蜗轮蜗杆传动实现精密传动和准确控制。
4. 机床工具领域：在机床工具领域，蜗轮蜗杆传动也得到了广泛应用。
例如，车床、铣床、钻床等机床中的进给机构，往往采用蜗轮蜗杆传动实现工件和刀具的精确进给。
蜗轮蜗杆传动PPT课件
蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
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（一）教学要求 1、了解蜗杆传动特点、类型 2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 3、熟悉普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、
强 度计算及热平衡计算等。 （二）教学的重点与难点
重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、 正确啮合条件、强度计算。
VS
V1 cos
d1n1 60 1000 cos
(m / s) V1
较大的VS易发生齿面磨损和胶 合；如润滑条件良好（形成油膜条 件）则较大的VS则有助于形成润滑 油膜，减少摩擦、磨损，提高传动 效率。
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2.失效形式： 主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失
效是齿面胶合和过度磨损。
11.8 常用各类齿轮传动的选择
11.8.1 各类齿轮传动性能的比较
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11.8.2 传动类型的选择
在选择传动类型时应考虑以下几个方面 传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。 在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高 速级
圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮 高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速 场合
为了减摩，通常蜗杆用碳钢和合金钢制成，高速重载 的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳(shentan)淬火，或45钢、 40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮用有色金属，常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝 青铜、灰铸铁等。
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11.4.2 蜗杆、蜗轮的结构
1.蜗杆的结构 蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。 （1）铣(xi)制蜗杆
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总效率：
1 2 3
蜗轮蜗杆讲解
蜗轮蜗杆讲解
蜗轮蜗杆传动是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，主要由蜗杆和蜗轮组成。
以下是关于蜗轮蜗杆传动的详细讲解：
1. 组成：
* 蜗杆：具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。
其分度曲面可以是圆柱面、圆锥面或圆环面。
* 蜗轮：类似斜齿圆柱齿轮，但为了改善啮合情况，通常将其齿廓做成圆弧形，以包住蜗杆部分。
2. 工作原理：
* 蜗轮蜗杆传动时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。
* 蜗杆和螺纹类似，有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。
* 当蜗杆升角小于齿轮间的当量摩擦角时，蜗杆蜗轮传动具有反行程自锁性，即只能以蜗杆带动蜗轮，不能以蜗轮带动蜗杆。
3. 特点：
* 传动比大：这意味着当蜗杆转动一定的角度时，蜗轮可以转动更大的角度。
* 结构紧凑：由于其紧凑的结构，蜗轮蜗杆传动通常用于需要较小空间的应用。
* 传动平稳，无噪声：这使得蜗轮蜗杆传动在需要平稳、安静的场合特别有用。
* 具有自锁性：如上所述，当蜗杆升角小于齿轮间的当量摩擦角时，传动具有反行程自锁性。
* 传动效率较低：由于滑动和滚动的存在，传动效率相对较低。
* 磨损较严重：由于齿面之间的滑动和滚动，导致齿面磨损较严重。
* 蜗杆轴向力较大：这可能导致轴承摩擦损失较大。
4. 应用：
* 蜗轮蜗杆传动广泛应用于各种机械中，如机床、减速器、汽车、飞机等。
它们通常用于传递交错轴之间的运动和动力，特别是在需要大传动比、紧凑结构和自锁性的场合。
蜗轮蜗杆原理
蜗轮蜗杆原理
蜗轮蜗杆传动是一种常见的传动机构，它利用蜗杆和蜗轮的啮合来实现动力传递和变速。
蜗杆是一种外形像螺旋的圆柱体，其表面有螺旋状的槽沟。
蜗轮则是一种圆盘状的零件，其边缘有螺旋状的齿轮。
蜗杆通过与蜗轮的啮合，使得蜗轮可以旋转，从而实现力的传递。
蜗杆蜗轮传动的原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 当蜗杆旋转时，蜗杆的螺旋槽沟会与蜗轮的齿轮相啮合。
由于蜗杆的斜面角度较大，蜗杆旋转一周，蜗轮只能前进一定距离。
2. 蜗杆的啮合作用会使蜗轮产生一个垂直于齿轮面的力，这个力称为径向力。
径向力会将蜗轮固定在蜗杆上，防止其脱离。
3. 由于蜗杆螺旋槽沟的特殊形状，蜗轮在断面上的齿轮面会形成一个椭圆形的轨迹，这使得蜗轮的齿轮面与蜗杆的啮合点不断改变，从而实现了连续的传动。
4. 蜗杆螺旋槽沟的形状也决定了蜗轮在传动过程中的速度变化。
由于蜗杆的斜面角度不变，蜗轮的速度会随着其所在位置的改变而改变。
通常情况下，蜗轮的转速会降低，但输出转矩会增加。
5. 蜗轮的大小和蜗杆的螺旋槽沟数量决定了传动的速比。
一般来说，蜗轮的直径越大，传动速比越大。
蜗轮蜗杆传动具有传动效率高、传动比稳定、结构紧凑等优点，因此被广泛应用于汽车变速器、工程机械、机床等领域。
但也需要注意，由于蜗轮与蜗杆的啮合接触面积较小，所以在高负
荷、高速应用时容易产生磨损和热量，需要注意润滑和冷却措施。
机械设计试题及答案第九章蜗杆传动知识讲解
图9—4
【例9－1】图9－5为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机传动简图。已知：蜗轮传递的转T2=405N·m，蜗杆 减速器的传动比 i12＝22，蜗杆转速n1＝480r/min传动较平稳，冲击不大。工作时间为每天 8 h，要求工作寿命为5 年（每年按 300工作日计）。试设计此蜗杆传动。
答案：增加 9－32 在蜗杆传动中，其它条件相同；若增加头数，则滑动 速度会怎样改变？
（l）增加；（2）减小；（3）保持不变；（4）或增加，或减小 答案：增加
9－33 对于蜗杆传动进行正变位时，蜗杆的节圆直径d1与分度圆直径 d1 比较，有什么关系？
（1） d1 ＞ d1 ；（2） d1 ＜ d1 ；（3） d1 ＝ d1
9－41 要使蜗杆传动的工作齿面间建立连续润滑油膜，以形成液体摩擦， 则其滑动速度的方向与接触线之间的理想夹角为多大？
（1） 0 ；（2） 40；（3） 50 ；（4） 90 。
答案： 90
9－42 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了什么？
（1）防止润滑油受热后膨胀外溢，造成环境污染； （2）防止润滑油温度过高后使润滑条件恶化； （3）防止蜗轮材料在高温下机械性能下降； （4）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏。 答案：防止润滑油温度过高后使润滑条件恶化 9—43 蜗杆传动在校核后发现蜗杆刚度不够时，在下列措施中，哪种对 提高蜗杆的刚度无效？
答案：28~80
9－18 蜗杆蜗轮的材料除要求具有足够的强度外，更重要的是应具有良好的 ___________等性能
答案：跑合和耐磨 9－19 普通蜗杆的精度等级有12种，其中______最高，________最低，常 用的是____________。
《蜗杆蜗轮传动》课件
蜗杆蜗轮传动的特点
高传动比
蜗杆蜗轮传动的传动比通常较大，可以实现 较大的减速或增速。
传动平稳
由于蜗杆和蜗轮的啮合是线性的，因此传动 过程相对平稳，振动和冲击较小。
结构紧凑
蜗杆蜗轮传动装置结构紧凑，占用空间小， 适用于空间受限的场合。
脂润滑
将润滑脂填入蜗杆蜗轮接触区，起到润滑作用。脂润滑适用于低速重载的工况 。
润滑对蜗杆蜗轮传动效率的影响
润滑作用
良好的润滑可以减少摩擦和磨损，降低热量产生，提高传动效率。
润滑不良的影响
如果润滑不良，会导致摩擦和磨损增加，热量积累，降低传动效率，甚至引起蜗杆蜗轮的烧伤和咬合 。
04
蜗杆蜗轮传动的安装 和维护
02
蜗杆蜗轮传动的组成 和工作原理
蜗杆蜗轮传动的组成
蜗杆
通常是一根斜面的圆柱体，具有螺旋线，常与蜗 轮配合使用。
蜗轮
具有与蜗杆相配合的轮齿，通常为圆盘形状。
箱体
用于支撑和固定蜗杆和蜗轮，确保其正常运转。
蜗杆蜗轮的工作原理
转动运动
当蜗杆转动时，蜗轮会随 之转动，从而实现转动运 动。
传动比
蜗杆蜗轮的传动比是根据 蜗杆和蜗轮的齿数比来确 定的，通常为1:1或1:2。
《蜗杆蜗轮传动》 PPT课件
目 录
• 蜗杆蜗轮传动的概述 • 蜗杆蜗轮传动的组成和工作原理 • 蜗杆蜗轮传动的效率和润滑 • 蜗杆蜗轮传动的安装和维护 • 蜗杆蜗轮传动的发展趋势和未来展望
01
蜗杆蜗轮传动的概述
蜗杆蜗轮传动的定义
蜗杆蜗轮传动是一种机械传动方式， 通过蜗杆和蜗轮的啮合来实现动力的 传递。
蜗轮蜗杆的原理及应用
蜗轮蜗杆的原理及应用蜗轮蜗杆是一种常见的齿轮传动机构，由蜗杆和与之配合的蜗轮组成。
蜗杆是一种螺旋形的圆柱，蜗轮是一种齿轮，其齿数与蜗杆的螺旋线数相对应。
蜗杆与蜗轮的工作原理是通过螺旋斜面实现传动，具有较大的传动比和较小的体积。
蜗轮蜗杆传动机构的工作原理如下：当蜗杆转动时，螺旋形的蜗杆将驱动蜗轮旋转，同时利用螺旋线的斜面，将转动力矩转化为垂直传动力，使得蜗轮相对于蜗杆的转动角度较小。
由于蜗杆的螺旋角度很小，而蜗轮齿数较多，所以蜗轮蜗杆传动机构具有较大的传动比。
蜗轮蜗杆传动机构的应用广泛，下面介绍几个典型的应用领域。
1. 工程机械领域：蜗轮蜗杆传动机构常用于工程机械中，如起重机、挖掘机、翻斗车等。
由于蜗轮蜗杆传动机构具有较大的传动比，可以实现较大的减速比，从而提高工程机械的扭矩输出，并保证机械设备的稳定性和安全性。
2. 电动门窗和升降平台：蜗轮蜗杆传动机构通常作为电动门窗和升降平台的驱动装置，通过蜗轮蜗杆的传动，可以实现门窗和平台的平稳升降动作，具有稳定性好、传动平稳、噪音小等优点。
3. 舞台机械和剧院设备：蜗轮蜗杆传动机构广泛应用于舞台机械和剧院设备中，如舞台升降机、旋转舞台等。
通过蜗轮蜗杆传动，可以控制舞台的上升、下降和旋转，实现舞台装置的精准控制和平稳运动。
4. 自动化生产线：蜗轮蜗杆传动机构常用于自动化生产线中，如输送机、搅拌机、包装机等。
蜗轮蜗杆传动机构具有传动比大，可靠性高，适应大负载和高速运动的特点，能够满足自动化生产线的工作要求。
5. 可调传动装置：蜗轮蜗杆传动机构还可以用于可调传动装置中，如变速器、差速器等。
通过改变蜗轮蜗杆传动机构的传动比，可以实现对传动装置的转速、扭矩等参数的调节，从而满足不同工况下的需求。
总结起来，蜗轮蜗杆传动机构是一种常见的齿轮传动装置，具有传动比大、紧凑、结构简单等优点，广泛应用于各个领域。
其应用范围包括工程机械、电动门窗、升降平台、舞台机械和剧院设备、自动化生产线以及可调传动装置等。
机械设计蜗轮蜗杆
机械设计蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆是一种常见的传动装置，常用于机械中的减速装置。
它由蜗轮和蜗杆两部分组成，通过它们之间的啮合作用来实现传动。
蜗轮蜗杆传动具有传动比大、传动平稳、紧凑结构等优点，广泛应用于机械中。
首先介绍蜗杆的设计。
蜗杆是一种旋转的锥面，并且蜗杆的螺旋线与轴线呈一定的螺距，以便与蜗轮进行啮合。
蜗杆的设计中，需要确定螺距和蜗杆的压力角。
螺距决定了蜗杆传动时的速比，一般情况下，蜗杆的螺距越小，速比越大。
压力角则是蜗杆传动的另一个重要参数，它决定了蜗轮蜗杆传动的传动效率。
一般情况下，蜗杆的压力角应该选择在20°~30°之间。
其次是蜗轮的设计。
蜗轮是一个圆柱形的齿轮，蜗轮的齿数一般比蜗杆的螺旋线的圈数少一个。
蜗轮的设计需要确定齿数、齿轮模数和齿形等参数。
齿数决定了蜗轮的啮合角，一般情况下，蜗轮的啮合角应该在15°~25°之间。
齿轮模数则是决定蜗轮齿形的重要参数，一般情况下，模数应该选择在蜗轮齿高的0.3~0.5倍之间。
在蜗轮蜗杆传动的设计中，还需要考虑到蜗轮和蜗杆的材料选择以及传动装置的润滑和冷却等问题。
一般情况下，蜗轮和蜗杆的材料应该选择强度高、硬度大的材料，以保证传动装置的使用寿命。
传动装置的润滑和冷却则可以采用润滑油和冷却水等方式进行。
在实际的机械设计中，蜗轮蜗杆传动常常用于对转速要求较低、扭矩要求较大的场合。
例如，蜗轮蜗杆传动常用于一些矿山、冶金、化工等行业的设备中，用来实现减速装置的功能。
总的来说，蜗轮蜗杆传动是一种常用的传动装置，其优点包括传动比大、传动平稳、紧凑结构等。
在设计过程中需要考虑到蜗杆和蜗轮的参数选择、润滑和冷却等问题，以保证传动装置的性能和使用寿命。
蜗杆蜗轮传动.pptx
➢渐开线蜗杆 端面齿廓为渐开线
➢法向直廓蜗杆 端面齿廓为延伸渐开线，法向 齿廓为直线
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➢蜗杆传动的特点 优点 ▪传动比大，结构紧凑 . ▪传动平稳，噪声小. ▪可制成具有自锁性能的传动. 缺点 ▪效率低 . ▪成本较高 .
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杆传动，常用6~9级。
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7.4 圆柱蜗杆传动设 计 ➢蜗杆传动的受力分析
作用在轮齿上的法向力可分解为三个互相垂直的分力：圆周力Ft、径 向力Fr和轴向力Fa.
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法向力
Ft1
Fa 2
பைடு நூலகம்
2T1 d1
Fa1
Ft 2
2T2 d2
Fr1 Fr2 Ft2 tan
Fn
Ft 2
cos cosn
对蜗杆传动的强度计算，通常是仿照 圆柱齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度 进行条件性计算.
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➢蜗杆传动的材料 材料的性能要求:不但要有一定的强度，而且应有良好的减摩、耐磨和抗胶 合性. ▪蜗杆常用碳钢和合金钢. ▪蜗轮常用材料是铸造锡青铜和无锡青铜 .
➢蜗杆传动的精度 规定了12个精度等级。1级精度最高，往后依次降低。普通圆柱蜗
Ft 2
cos cos
T1、T2、分别为蜗杆、蜗轮传递的转矩，
T2 T1i
▪作用力方向的确定：
•主动蜗杆的圆周力的方向与其圆周速度方向相反，从动蜗轮的圆周力的 方向与圆周速度方向相同；
•蜗杆的轴向力可通过左(右)手定则判断 .
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➢计算载荷
Fca KFn
K为载荷系数，一般，
蜗轮蜗杆旋向及旋转
蜗轮蜗杆的优点
高传动比
蜗轮蜗杆传动具有很高的传动比，适用于大 减速比的应用场景。
自锁性
蜗轮蜗杆传动具有自锁性，适用于需要自锁 功能的场合，例如吊车和提升机。
结构紧凑
蜗轮蜗杆传动结构紧凑，占用空间小，适合 空间受限的场合。
传动平稳
蜗轮蜗杆传动过程中，由于齿面之间的摩擦 较小，所以传动平稳，噪音低。
蜗轮蜗杆在减速方面的应用
大传动比
蜗轮蜗杆减速器具有较大的传 动比，能够实现高速输入低速 输出的传动效果，适用于需要
较大减速比的场合。
高效稳定
蜗轮蜗杆减速器具有较高的传 动效率和稳定性，能够保证长 期的稳定运行，适用于需要高
效率传动的场合。
结构紧凑
蜗轮蜗杆减速器的结构紧凑， 占用空间小，便于安装和维护。
和耐久性。
05
蜗轮蜗杆的发展趋势
新型材料的应用
高强度材料
采用高强度材料如钛合金、镍基合金等，提高蜗轮蜗杆的承 载能力和耐久性。
轻量化材料
采用轻量化材料如铝、镁合金等，降低蜗轮蜗杆的重量，提 高其转动惯量比。
新型结构的出现
斜齿结构
采用斜齿结构代替传统的直齿结构， 提高蜗轮蜗杆的传动效率和承载能力。
02
蜗轮蜗杆旋转方向
蜗轮蜗杆旋转方向的确定
蜗杆的旋向
蜗杆的旋向决定了蜗轮的旋转方向， 通过观察蜗杆的螺旋线方向可以确定 蜗轮的旋转方向。
判定方法
通过右手定则或左手定则，根据蜗杆 的螺旋线方向和蜗轮的旋转方向，可 以确定蜗杆的旋向。
蜗轮蜗杆旋转方向的改变
改变蜗杆的旋向
通过改变蜗杆的旋向，可以改变蜗轮的旋转方向。
03
蜗轮蜗杆的应用
蜗轮蜗杆课件
CATALOGUE
目 录
• 蜗轮蜗杆概述 • 蜗轮蜗杆的工作原理 • 蜗轮蜗杆的设计与制造 • 蜗轮蜗杆的安装与维护 • 蜗轮蜗杆的应用案例分析 • 总结与展望
01
CATALOGUE
蜗轮蜗杆概述
蜗轮蜗杆定义与特点
蜗轮蜗杆定义
蜗轮蜗杆是一种常用的减速装置 ，通过蜗轮和蜗杆的啮合实现动 力的传递和减速。
确保蜗轮蜗杆的规格和型号与 传动系统相匹配。
在安装完成后要进行试运行， 检查传动效果。
蜗轮蜗杆的维护保养方法与周期
维护保养方法 定期清理蜗轮蜗杆的表面，去除油污和杂质。
检查蜗轮蜗杆的磨损情况，如有需要更换磨损件。
蜗轮蜗杆的维护保养方法与周期
定期检查传动系统的紧固件，确保其牢固可靠。 在使用过程中要定期润滑，保证传动顺畅。 维护保养周期
蜗轮蜗杆的维护保养方法与周期
一般情况下，每季度进行一次维护保 养。
如果使用环境恶劣或长时间未使用， 应适当增加维护保养次数。
蜗轮蜗杆的故障诊断与排除方法
01
故障诊断
02
如果传动系统出现异常声音或振动，可能是蜗轮蜗杆磨损或松
动。
如果传动效率下降或传动不顺畅，可能是间隙过大或润滑不良
03 。
蜗轮蜗杆的故障诊断与排除方法
对未来发展趋势的展望
技术创新
绿色环保
随着科技的不断进步，蜗轮蜗杆的设计和 制造技术将不断得到改进和创新，提高传 动效率和可靠性。
环保意识的提高将促使蜗轮蜗杆的设计更 加注重环保和节能，采用更加环保的材料 和制造工艺。
智能化发展
应用领域拓展
随着工业4.0和智能制造的快速发展，蜗轮 蜗杆的制造和装配将更加智能化，提高生 产效率和产品质量。
蜗轮蜗杆设计参数
圆柱蜗轮、蜗杆设计参数选择蜗轮和蜗杆通常用于垂直交叉的两轴之间的传动（图1）。
蜗轮和蜗杆的齿向是螺旋形的，蜗轮的轮齿顶面常制成环面。
在蜗轮蜗杆传动中，蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。
蜗杆轴向剖面类是梯形螺纹的轴向剖面，有单头和多头之分。
若为单头，则蜗杆转一圈蜗轮只转一个齿，因此可以得到较高速比。
计算速比（i）的公式如下：i=蜗杆转速n1蜗轮转速n2=蜗轮齿数z2蜗杆头数z11、蜗轮蜗杆主要参数与尺寸计算主要参数有：模数（m）、蜗杆分度圆直径（d1）、导程角（r）、中心距（a）、蜗杆头数（或线数z1）、蜗轮齿数（z2）等，根据上述参数可决定蜗杆与蜗轮的基本尺寸，其中z1、z2由传动要求选定。
（1）模数m 为设计和加工方便，规定以蜗杆轴项目数mx和蜗轮的断面模数mt 为标准模数。
对啮合的蜗轮蜗杆，其模数应相等，及标准模数m=mx=mt。
标准模数可有表A查的，需要注意的是，蜗轮蜗杆的标准模数值与齿轮的标准模数值并不相同。
表A图1图2（2）蜗杆分度圆直径d1 再制造蜗轮时，最理想的是用尺寸、形状与蜗杆完全相同的蜗轮滚刀来进行切削加工。
但由于同一模数蜗杆，其直径可以各不相同，这就要求每一种模数对应有相当数量直径不同的滚刀，才能满足蜗轮加工需求。
为了减少蜗轮滚刀数目，在规定标准模数的同时，对蜗杆分度圆直径亦实行了标准化，且与m 有一定的匹配。
蜗杆分度圆直径d1与轴向模数mx之比为一标准值，称蜗杆的直径系数。
即q=蜗杆分度圆直径模数=d1m d1=mq有关标准模数m 与标准分度圆直径d1的搭配值及对应的蜗杆直径系数参照表A （3） 蜗杆导程角r 当蜗杆的q 和z1选定后，在蜗杆圆柱上的导程角即被确定。
为导程角、导程和分度圆直径的关系。
tan r=导程分度圆周长 = 蜗杆头数x 轴向齿距分度圆周长 =z1px d1π =z1πm πm q =z1q相互啮合的蜗轮蜗杆，其导程角的大小与方向应相同。
（4） 中心距a 蜗轮与蜗杆两轴中心距a 与模数m 、蜗杆直径系数q 以及蜗轮齿数z2间的关系式如下：a=d1+d22 =m q(q+z2)蜗轮各部尺寸如表C2、 蜗轮蜗杆的画法(1) 蜗杆的规定画法 参照图1图2 （2）蜗轮的规定画法 参照图1图2 （3）蜗轮蜗杆啮合画法 参照图1图2.蜗轮蜗杆设计（2）设计原则：根据给定的中心距及传动比（或按照结构及设计的要求自定中心距和传动比）然后从蜗杆传动中心距标准值系列表中选取中心距的标准系列值，然后从经验公式先估算相关参数值，估算后在参考标准值系列表，确定标准值。
第9章 蜗轮蜗杆传动
当两轴交错角为90°时，各 力大小为：
2T1 F F a2 t1 d1 2T2 F F a1 t2 d2 Fr1 Fr 2 Ft 2 t g
(12 5) (12 6) (12 7)
式中：T2=T1iη，η为蜗杆传动的效率。
第四节圆柱蜗杆传动的受力分析
Fa2
1 n2
n1
n1 1 径向力Fr 的方向：略
Fa2 Ft1 Fa1
第五节圆柱蜗杆传动的强度计算
蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据胶 合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据，因而通常 沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动的承载 能力，而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨损失效因 素的影响，故其强度计算公式是条件性的。 由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因而 失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮轮齿
第九章 蜗杆传动
§9-1 蜗杆传动的特点和类型 §9-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 §9-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 §9-4 圆柱蜗杆传动的受力分析 §9-5 圆柱蜗杆传动的强度计算 §9-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
《机械设计基础 》
第一节 蜗杆传动的特点和类型
蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递空间交错两轴
讨论① 也可将蜗轮齿数改为z2=40，即中心距圆整为
a =0.5×4×(10+40)=100mm。由此引起的传动比的
变化可在传动系统内部作适当调整。 ② 如果是单件生产又允许采用非标准中心距，就取 a=98mm。 ③ 在不改变传动比的情况下，若想将中心距圆整为
a=100mm，就只能采用变位传动了。方法是在切制蜗轮时将
蜗轮蜗杆旋向及旋转方向的判定
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13
右旋
左旋
右旋
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左旋
7
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。
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8
例1：请判断下列蜗杆和蜗轮的旋向。
右旋
左旋
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9
任务三 蜗轮回转方向判定
图一
图二
1、本减速器中，按图一位置转动蜗杆 时，蜗轮（顺时针、逆时针）转动。
2、本减速器中，按图一位置转动蜗杆 时，蜗轮（顺时针、逆时针）转动。
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12
任务评价
1、蜗杆传动由 蜗杆 和 蜗轮 组成。 2、本减速器中， 蜗杆 为主动件， 蜗轮 为从动件。 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。 ——右手法则 6、蜗轮回转方向的判断。
蜗杆传动
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任务一 认识蜗轮蜗杆传动
蜗杆
蜗轮
2、蜗轮与蜗杆的轴线在空间成 （ 平行、相交、交错）位置 。
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任务一 认识蜗轮蜗杆传动
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3
任务一 认识蜗轮蜗杆传动
请判断：
1、在本减速器中，由蜗杆带
动蜗轮转动。
（）
2、在本减速器中，由蜗轮带
动蜗杆转动。
（）
蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。
2、本减速器中，按图一位置转动蜗杆 时，蜗轮（顺时针、逆时针）转动。
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10
任务三
蜗轮回转方向的判断法则：
蜗杆是右旋(或左旋)时，伸出右手 (或左手)半握拳，四指顺着蜗杆的回 转方向，蜗轮在啮合处的回转方向与 大拇指指向相反。
蜗轮蜗杆传动原理
蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。
蜗轮蜗杆传动有如下特点：1）结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动比为7-80。
2) 工作平稳无噪音3) 传动功率范围大4）可以自锁5）传动效率低，蜗轮常需用有色金属制造。
蜗杆的螺旋有单头与多头之分。
传动比的计算如下：I=n1/n2=z/Kn1-蜗杆的转速 n2-蜗轮的转速 K-蜗杆头数 Z-蜗轮的齿数蜗轮及蜗杆机构一、用途：蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。
蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当於齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。
二、基本参数：模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。
其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即蜗轮轴面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值，三、蜗轮蜗杆正确啮合的条件1 中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，即蜗轮的端面模数等於蜗杆的轴面模数且为标准值；蜗轮的端面压力角应等於蜗杆的轴面压力角且为标准值，即==m ，==2 当蜗轮蜗杆的交错角为时，还需保证，而且蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。
四、几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同，需注意的几个问题是：蜗杆导程角()是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为，蜗轮的螺旋角，大则传动效率高，当小於啮合齿间当量摩擦角时，机构自锁。
引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时，q大则大，蜗杆轴的刚度及强度相应增大；一定时，q小则导程角增大，传动效率相应提高。
蜗杆头数推荐值为1、2、4、6，当取小值时，其传动比大，且具有自锁性；当取大值时，传动效率高。
与圆柱齿轮传动不同，蜗杆蜗轮机构传动比不等於，而是，蜗杆蜗轮机构的中心距不等於，而是。
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按形状分有：
类型
按螺旋面形 状分：
圆柱蜗杆 环面蜗杆 阿基米德蜗杆、 渐开线蜗杆
圆柱蜗杆 环面蜗杆 阿基米德螺线 渐开线 基圆
γ
阿基米德蜗 2α
α
渐开线蜗杆
蜗杆旋向：左旋、右旋(常用) 判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。
精度等级： 对于一般动力传动，按如下等级制造： v1<7.5 m/s ----7级精度； v1< 3 m/s ----8级精度； v1< 1.5 m/s ----9级精度；
ρ’
6.28˚ 4.57˚ 3.15˚ 2.58˚ 2˚ 1.6˚ 1.37˚ 1.26˚ 1.03˚ 0.92˚ 0.8˚ 0.74˚
ρ’
6.84˚ 5.14˚ 3.72˚ 3.15˚ 2.58˚ 2˚ 1.78˚ 1.66˚ 1.49˚ 1.37˚ 1.15˚
ρ’
0.18 10.2˚ 0.13 7.4˚ 0.09 5.14˚ 0.07 4˚ 0.055 3.15˚ 0.045 2.58˚ 0.04 2.29˚ 0.035 2˚ 0.03 1.72˚
1
赫兹公式: H
Fn 1 2 2 b 1 12 1 2 E1 E2
1
蜗轮齿面的接触强度计 算与斜齿轮相似，仍以 赫兹公式为基础。以蜗 轮蜗杆的节点处啮合相 应参数代入即可。
齿面接触强度验算公式： σH = 500 KT2 = 500 2 d1d2 m2d
KT2 ≤[σH ] 2d z 2 m 1 2
2+
2
ω2
v2 p
1 t v2
2
v1
= v1 / cos γ v2 = v1 tgγ 蜗轮的转向: CW
ω2
2 p
ω1
1
γ γ vS v1
t
因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：
用手势确定蜗轮的转向： 右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速 度vp2的方向与拇指指向相同。 左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。
蜗轮材料 铸造方法 适用的滑动速度 Vs m/s 蜗杆齿面硬度 HBS ≤ 350 HRC ≥ 45
砂型 ZQSn 10-1
金属型 砂型 ZQSn5-5-5 金属型
≤ 12
≤ 25 ≤ 10 ≤ 12
180
200 110 135
200
220 125 150
当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式 主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑
蜗轮蜗杆轮齿旋向相同. 蜗轮右旋 蜗杆右旋 若 ∑ ＝90° ＝β1+β2 t β1 ∵ γ1+β1 ＝90° ∑ β2 ∴ γ1＝β2 s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。 为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1 只能取标准值。 e s d1
β1
γ1
t
d2
表9－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
90
90
70
—
—
—
—
* 蜗杆未经淬火时需将表中[σH]值降低20%。
§9-6 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
一、圆柱蜗杆传动的效率 功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。 蜗杆主动时，总效率计算公式为： tgγ η=（0.95~0.97） tg(γ+ρ’ ) 式中: γ为蜗杆导程角; ρ’称为当量摩擦角， ρ’=arctg f ’, f’为当量摩擦系数 ，取值见表12-6, P190详见下页
形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且β1很 大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。
所得齿轮称为:蜗杆。 而啮合件称为:蜗轮。
蜗杆
ω1 1 ω2 2 蜗轮
点接触
线接触
改进措施：将刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮， 所得蜗轮蜗杆为线接触。
优点： 传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。 分度机构：i=1000, 通常i=8~80 缺点： 传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。
表9-6 当量摩擦系数和当量摩擦角
蜗轮材料 蜗杆齿面硬度 滑动速度 vs m/s 0.01 0.10 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 8.00 10.0 15.0 24.0 锡青铜 HRC>45 f’ 0.11 0.08 0.055 0.045 0.035 0.028 0.024 0.022 0.018 0.016 0.014 0.013 其他情况 f’ 0.12 0.09 0.065 0.055 0.045 0.035 0.031 0.029 0.026 0.024 0.020 无锡青铜 HRC>45 f’
1
1.2 1.6
4
40 (50) 71
(40) 50 (63) 90 (50) 63
20 28
(18) 22.4 (28) 35.5
8
5
3.15
2
10
4
(31.5)
6.3
(71) 90 …
摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用
当蜗轮采用青铜制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳 点蚀，其许用的接触应力如下表： 表9-4 锡青铜蜗轮的许用接触应力[σH]
名 称 计 算 公 式 蜗 杆 蜗 轮 d1 =mq d2=mz2 ha=m ha=m df =1.2mq df =1.2mq da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4) pa1=pt2= px=π m c=0.2 m a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)
表9－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
m d1 18 20 22.4 2.5 m d1 (22.4) 28 (35.5) 45 m d1 m 6.3 d1 (80) 112 (63) 80 (100) 140
1
1.25
4
40 (50) 71
(40) 50 (63) 90 (50) 63
第一系列 第二系列
1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
压力角: α=20° 动力传动，推荐：α=25° 分度传动，推荐用 α=15°
m d1 18 20 22.4 1.6 2.5 m d1 (22.4) 28 (35.5) 45 (28) 35.5 (45) 56 m d1 m 6.3 d1 (80) 112 (63) 80 (100) 140
1
1.25
4
40 (50) 71
(40) 50 (63) 90 (50) 63
20 28
表9-2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值
传动比i 蜗杆头数z1 蜗轮齿数z2 7~13 4 28~52 14~27 2 28~54 28~40 2、1 28~80 >40 1 >40
4. 蜗杆的导程角γ 将分度圆柱展开得： tgγ1=l/π d1 = z1 px1/π d1 = mz1/d1
β1 γ1
二、蜗杆蜗轮的结构 蜗杆通常与轴制成一体 → 蜗杆轴
b1 蜗杆长度b1的确定： z1=1或2时：b1 ≥(11+0.06z2)m z1= 4时: b1≥ (12.5+0.09z2)m
蜗轮的常用结构：骑缝螺钉4~8个，孔心向硬边偏移δ=2~3mm
θ c θ θ θ c
δ c
de2
de2
de2
B
B
整体式
Fr2 α
法向力可分解为三个分力：
轴向力：Fa 径向力：Fr 且有如下关系： Ft1 = Fa2 =2T1 / d1 Fa1 = Ft2 =2T2 / d2
Fr1 = Fr2 = Ft2 tgα
Fa1
Ft2
ω2
Ft1 Fr1
式中：T1 、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。 T2= T1 i η
§9-5 圆柱蜗杆传动的强度计算
动速度来确定。
表9-5 铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力[σH]
蜗轮材料 ZQAl10-3 HT 150 蜗杆材料 滑动速度vs 0.5 1 m/s 4 — 6 —
Mpa
2
3 180 —
8
—
淬火钢* 250 调质钢 110
230 210
160 120 90
HT 150、HT 200 渗碳钢 130
115
1.6 1.6
20 20 28 28
(18) 22.4 (28) 35.5
q=12.5 q=17.5(28)
3.15
8
5
2
35.5 (45) 56
6.3
10
4
(31.5)
(71) 90 …
6.齿面间滑动速度vS及蜗轮转向的确定 由相对运动原理可知: v2 = v1 + vS 作速度向量图，得: vS = v2
蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶圆直径 根圆直径 蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙 中心距
§9-3
蜗杆传动的失效形式、材料和结构
一、蜗杆传动的失效形式及材料选择
主要失效形式： 胶合、点蚀、磨损。
材料 蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。 蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。
第九章
§9-1 §9-2 §9-3 §9-4 §9-5 §9-6
蜗杆传动
蜗杆传动的特点和类型 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 圆柱蜗杆传动的受力分析 圆柱蜗杆传动的强度计算 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
§9-1