蜗杆传动设计实例
(有全套图纸)蜗轮蜗杆传动减速器设计
目录一、课程设计任务书 (2)二、传动方案 (3)三、选择电动机 (3)四、计算传动装置的总传动比及其分配各级传动比 (5)五、传动装置的运动和动力参数 (5)六、确定蜗杆的尺寸 (6)七、减速器轴的设计计算 (9)八、键联接的选择与验算 (17)九、密封和润滑 (18)十、铸铁减速器箱主要结构尺寸 (18)十一、减速器附件的设计 (20)十二、小结 (23)十三、参考文献 (23)一、课程设计任务书2007—2008学年第 1 学期机械工程学院（系、部）材料成型及控制工程专业 05-1 班级课程名称：机械设计设计题目：蜗轮蜗杆传动减速器的设计完成期限：自 2007年 12 月 31 日至 2008年 1 月 13 日共 2 周指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日二、传动方案我选择蜗轮蜗杆传动作为转动装置，传动方案装置如下：三、选择电动机1、电动机的类型和结构形式按工作要求和工作条件，选用选用笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v，Y型。
2、电动机容量工作机所需功率wpKWFvpww30.196.010005.25001000=⨯⨯==η根据带式运输机工作机的类型，可取工作机效率96.0=wη。
电动机输出功率dpηwdpp=传动装置的总效率433221ηηηηη⋅⋅⋅=式中，21ηη、…为从电动机至卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。
由表10-2KWPw3.1=电动机外形尺寸：四、计算传动装置的总传动比及其分配各级传动比传动装置总传动比：由选定的电动机满载转速m n 和工作机主轴的转速n ，可得传动装置的传动比是：98.82.1591430===n n i m 所得i 符合单级蜗杆减速器传动比的常用范围。
五、传动装置的运动和动力参数1、各轴转速1n 为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速，则：min /14301r n n m ==2n 为蜗轮的转速，由于和工作机连在一起，其转速等于工作主轴转速，则：m in /2.1592r n n ==各轴输入功率按电动机额定功率cd P 计算各轴输入功率，设1P 为蜗杆轴的功率，2P 为蜗轮轴的功率，3P 为工作机主轴的功率。
《机械设计》第12章 蜗杆传动
阿基米德蜗杆：αx=20°
标准值
法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆：αn=20°
s
pz=zpx1 px1
2.蜗杆导程角γ和分度圆直径d1 螺纹
蜗杆
ψ πd1
tanψ =
s πd1
=
np πd1
∴ d1
=
Z1 tanγ
m
=
qm
γ πd1
tanγ
=
pZ πd1
=
πmZ πd1
1
=
mZ 1 d1
q
=
Z1 tanγ
具有良好的减摩性、耐磨性、跑合性和抗胶合能力
特点：软硬搭配
蜗杆硬：优质碳素钢、合金结构钢 经表面硬化及调制处理
蜗轮软：铸锡青铜、无锡青铜、灰铸铁
1、蜗杆材料
蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造。 对于高速重载的传动，蜗杆常用低碳合金钢， 如20Cr，20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度 HRC56～62，并应磨削。
MPa
= 12.86MPa < [σ F ]
齿根的弯曲疲劳强度校核合格。
（5）验算传动效率h
蜗杆分度圆速度为
v1
=
π d1n1
60×1000
=
3.14×112×1450 60×1000
m/
s
=
8.54m /
s
vs
= v1
cosλ
8.54
=
m / s = 8.59m / s
cos6.412°
查表4.9得
ρ v = 1°09′(1.15°)
h
(0.95
~
0.97)
tan tan( v)
H
480 d2
蜗杆
双线蜗杆的两级优化设计双导程蜗杆蜗轮传动是一个方便的消隙机构，它可用于精密机械工具和导向装置。
目的是尽量减少蜗杆和齿轮之间的摩擦力。
约束条件包括蜗杆几何体，应力，位移和蜗杆的固有频率。
为了避免困难的三维优化问题，本文介绍一种两阶段优化方法。
第一级优化使用一个近似模型，在这阶段蜗杆的线程是近似的元素。
蜗杆和蜗轮的节圆直径、模数以及左右侧模块的差异是设计变量。
第二级优化使用真正的三维实体模型与连续螺旋线确定最佳形状的蜗杆线程。
实例表明这是可行的和有效的。
关键词：机械设计；双导程蜗杆；两阶段优化引言蜗轮蜗杆齿轮组是一个重要的机械传动机构，这一装置优点在于其较高减速比和紧凑的尺寸。
这一机构的缺点是功率的损失相对其他类型的齿轮组高。
工业上蜗杆蜗轮组主要用于减速器、导向和定位装置。
因为蜗杆蜗轮组几何性质和动力传输机构不同于其他类型的齿轮，很多运动学和接触蜗杆和蜗轮齿的研究已经进行了1–[7]。
由于近年来高科技产业的蓬勃发展，对精密的机器和精密的制造工艺的需求迅速增加。
精确定位的切割工具或工件的关注重点精密机械制造工艺。
在机械领域精密齿轮和滚珠丝杠实现这些目标的关键部件。
但是众所周知，即使在最高级别的精密齿轮中齿间间隙仍不能消除。
反弹是影响定位精度的主要因素之一。
黑尔和斯洛克姆[ 8]提到一些美国隙设计专利。
其中之一是用于蜗轮蜗杆齿轮传动。
其设计理念是类似于一个滚珠螺杆。
在蜗杆的线程和蜗轮的齿牙之间插入滚珠，尽量减小蜗杆蜗轮之间反弹间隙。
这种设计成本高。
一种更便宜的方法，这是本文提到的，使用的是双导程蜗杆蜗轮组。
蜗杆的双引线是特别设计的，有两种不同导致双向的蜗杆线程。
由于不同的引导线，两侧的线程在轴向方向的厚度不同。
这种设计的优点是蜗杆蜗轮之间的间隙可以通过旋转蜗杆轴调整最适宜的线程确保蜗杆与蜗轮齿配合来减小。
拜尔和纂[ 9]讨论了几何型双导程蜗轮蜗杆。
先进的数学模型可以用来做接触分析与研究。
本文拜尔和纂[ 10 ]提出另外讨论接触牙齿，接触比率和双导程蜗轮蜗杆传动运动误差。
蜗轮蜗杆设计计算
蜗杆传动的效率计算
总结词
根据蜗轮蜗杆的设计参数和工况，计算出蜗杆传动的效率。
详细描述
蜗杆传动的效率计算是评估蜗杆传动性能的重要指标之一。通过分析蜗轮蜗杆的设计参 数和工况，如蜗杆的导程角、模数、转速和载荷等参数，可以计算出蜗杆传动的效率。
蜗轮齿面接触疲劳强度的计算
总结词
根据蜗轮齿面上的载荷分布和材料属性 ，计算出蜗轮齿面的接触疲劳强度。
刚度分析
进行蜗轮蜗杆的刚度分析， 以减小传动过程中的变形 和振动。
可靠性设计
为确保自动化设备的可靠 性，对蜗轮蜗杆进行可靠 性设计和寿命预测。
THANKS
感谢观看
材料应具备较好的抗疲劳性能，以承受交 变载荷的作用；
04
材料应具有良好的工艺性能，易于加工制 造。
04
蜗轮蜗杆设计计算方法
蜗轮齿面载荷分布计算
总结词
根据蜗杆传动的实际工况，通过分析蜗轮齿面上的受力情况，计算出蜗轮齿面上的载荷分布。
详细描述
在进行蜗轮齿面载荷分布计算时，需要考虑蜗杆传动的实际工况，如传动比、转速、载荷大小和方向 等因素。通过分析蜗轮齿面上的受力情况，可以确定蜗轮齿面上的载荷分布，为后续的设计计算提供 基础。
蜗轮蜗杆设计计算
• 蜗轮蜗杆简介 • 蜗轮蜗杆设计参数 • 蜗轮蜗杆材料选择 • 蜗轮蜗杆设计计算方法 • 蜗轮蜗杆设计实例分析
01
蜗轮蜗杆简介
蜗轮蜗杆的定义
01
蜗轮蜗杆是一种常用的传动装置 ，由两个交错轴线、相互咬合的 齿轮组成，其中一个是蜗杆，另 一个是蜗轮。
02
蜗轮蜗杆具有传动比大、传动效 率高、传动平稳、噪音低等优点 ，因此在各种机械传动系统中得 到广泛应用。
VS
蜗轮蜗杆的设计方案
了解蜗杆传动的特点，它的适用场合。
了解蜗杆传动的主要参数，如模数、压力角、螺旋头数、螺旋导程角、螺旋螺旋角、螺旋分度圆等。
•熟悉蜗杆、蜗轮构造，蜗杆与蜗轮常用什么材料制造,那个易被损害。
•掌握蜗杆传动效率低的机理，蜗杆传动中箱体内的润滑油温度过高有什么危害，如何降低。
第一节概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的（图3－52），用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。
在一般蜗杆传动中，都是以蜗杆为主动件。
从外形上看，蜗杆类似螺栓，蜗轮则很象斜齿圆柱齿轮。
工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。
为了改善轮齿的接触情况，将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住。
这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触，而不是点接触。
蜗杆传动具有以下特点：1．传动比大，且准确。
通常称蜗杆的螺旋线数为螺杆的头数，若蜗杆头数为z 1，蜗轮齿数为z2，则蜗杆传动的传动比为2＝n1/n2＝z2/z1ω1/ωi＝（3－60）通常蜗杆头数很少（z1=1～4），蜗轮齿数很多(z2=30～80)，所以蜗杆传动可获得很大的传动比而使机构比较紧凑。
单级蜗杆传动的传动比i≤100～300；传递动力时常用i＝5～83。
2．传动平稳、无噪声。
因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿对较多。
03．当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。
=0.4～0.45。
η=0.82～0.92。
具有自锁时，η=0.75～0.82；z1＝3～4时，η=0.7～0.75；z1=2时，η4．传动效率比较低。
当z1＝1时，效率5．因啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造。
由于普通蜗杆传动效率较低，所以一般只适用于传递功率值在50～60kW以下的场合。
一些高效率的新型蜗杆传动所传递的功率可达500kW，圆周速度可达50 m/s。
第二节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸本节只讨论普通圆柱蜗杆传动，或称阿基米德圆柱蜗杆传动（在垂直于蜗杆轴线的剖面中，齿廓线是一条阿基米德螺旋线，故称为阿基米德螺杆）。
蜗轮蜗杆的选择及校核示例
4.2.5夹具中重要结构的尺寸计算在本夹具中采用手动的蜗轮蜗杆机构带动转盘转动，从而使得工件转动，在铣刀的作用下进而使得工件被加工的加工模式。
因此蜗轮蜗杆机构的设计在本夹具设计中占有很重要的地位。
①蜗轮蜗杆的材料蜗轮蜗杆的材料不仅要具有足够的强度，更重要的是应具有良好的跑合性、减磨性及耐磨性。
蜗杆一般用碳钢或者合金钢制成，对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，可采用40和45钢等，经调质硬度在220~300HBS 。
常用的蜗轮材料为铸造锡青铜、铸造铝青铜及铸铁等，效率要求不高时，特别是要求自锁时，可采用灰铸铁，为了防止变形，一般要对蜗轮进行时效处理。
综合考虑，在本机构中蜗杆采用45碳钢调质处理，硬度在220~250HBS ，蜗轮采用灰铸铁HT150。
②蜗轮蜗杆的尺寸设计在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋齿部分的强度通常高于蜗轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。
在一般情况下，蜗轮轮齿因弯曲疲劳强度不足而失效的情况较少，只有在蜗轮齿数很多或开式传动中，才需要以保证齿根弯曲疲劳强度作为主要计算准则，因此对于闭式蜗杆传动，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
蜗杆头数常取 =1z 1 ~ 6 ，考虑到自锁取1z =1,按规定蜗杆头数1z =1时，蜗轮齿数402>z ，传动比4012>=z z i 取 2z =42蜗杆设计公式[]22212496⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥H z KT d m σ 3mm 式中 []H σ — 蜗轮材料的许用接触应力[][][]87''10N Z H N H H σσσ=•=[]'H σ—蜗轮材料的基本许用接触应力 取值为125 MPaN Z — 接触疲劳强度的寿命系数N — 应力循环次数 取N=71025⨯2T = 9.7 M N •K= 1代入数据得 312194mm d m ≥由查表得标准模数 m 和蜗杆分度圆直径 1d 的值分别为 2.5和35.5 蜗杆的分度圆柱导程角 γ11tan d m z =γ 代入数据得 γ=︒4○3蜗轮蜗杆的尺寸校核 []F Fa F Y md d KT σγσ≤•=2212cos 53.1 [][]9610N F F •'=σσ 代入数据得 []MPa F 15=σ MPa F 73.3=σ 满足条件 []F F σσ≤由以上分析和计算得出蜗轮蜗杆的几何参数为 mm d 5.351= d 2=105mm 11=Z 422=Z 5.2=m ︒=4γ。
机械设计基础蜗杆传动
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
蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。
蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分蜗杆传动，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。
蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。
由蜗杆与蜗轮互相啮合组成的交错轴间的齿轮传动（图1）。
通常两轴的交错角为90°。
一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。
蜗杆传动的传动比大，工作平稳，噪声小，结构紧凑，可以实现自锁。
但一般的蜗杆传动效率较低，蜗轮常须用较贵的有色金属（如青铜）制造。
蜗杆传动广泛用于分度机构和中小功率的传动系统。
单级蜗杆传动的传动比常用 8～80。
在分度机构或手动机构中蜗杆传动的传动比可达300,用于传递运动时可达到1500。
蜗杆传动-类型蜗杆传动有多种类型，如表所示。
蜗杆传动圆柱蜗杆传动是蜗杆分度曲面为圆柱面的蜗杆传动。
其中常用的有阿基米德圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动（图2）。
①阿基米德蜗杆的端面齿廓为阿基米德螺旋线，其轴面齿廓为直线。
阿基米德蜗杆可以在车床上用梯形车刀加工，所以制造简单，但难以磨削，故精度不高。
在阿基米德圆柱蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮齿面的接触线与相对滑动速度之间的夹角很小，不易形成润滑油膜，故承载能力较低。
②弧齿圆柱蜗杆传动是一种蜗杆轴面(或法面)齿廓为凹圆弧和蜗轮齿廓为凸圆弧的蜗杆传动。
在这种传动中，接触线与相对滑动速度之间的夹角较大，故易于形成润滑油膜，而且凸凹齿廓相啮合，接触线上齿廓当量曲率半径较大，接触应力较低，因而其承载能力和效率均较其他圆柱蜗杆传动为高。
蜗杆传动-主要参数各类圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸基本相同。
图3为阿基米德圆柱蜗杆传动的主要参数。
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面，称为中间平面。
在中间平面上，蜗杆的齿廓为直线，蜗轮的齿廓为渐开线，蜗杆和蜗轮的啮合相当于齿条和渐开线齿轮的啮合。
因此，蜗杆传动的参数和几何尺寸计算大致与齿轮传动相同，并且在设计和制造中皆以中间平面上的参数和尺寸为基准。
蜗轮蜗杆传动减速器设计
1、电动机的类型和结构形式
按工作要求和工作条件，选用选用笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v，Y型。
2、电动机容量
工作机所需功率
根据带式运输机工作机的类型，可取工作机效率 。
电动机输出功率
传动装置的总效率
式中， …为从电动机至卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。由表10-2查得：联轴器效率 =0.99；轴承 =0.98；单级蜗杆传动 =0.95卷筒轴滑动轴承 ,则
确定弹性影响系数
因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 。
确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值为0.35，从图参考文献1图11-18中可查得 。
确定许用接触应力
根据涡轮材料为铸锡磷青铜 ，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，可以从文献1表11-7中查得蜗轮的基本许用应力 。
轴上零件的装配方案
蜗杆是直接和轴做成一体的，左轴承及轴承端盖从左面装，右轴承及右端盖从右面装。
根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右段需制出一轴肩，故取2-3段直径d23=20mm;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=22mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=30mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1短一些，现取L12=28mm。
因为 ，所以符合要求。
8、精度等级公差和表面粗糙度的确定
1、蜗杆轴的设计
由于蜗杆的直径很小，可以将蜗杆和蜗杆轴做成一体，即做蜗杆轴。
蜗杆上的转矩 。则作用于齿轮上的圆周力：
轴向力：
径向力：
初步确定轴的最小直径
机械设计课程设计——蜗轮蜗杆典型例题
蜗轮蜗杆典型例题1． 如图所示，蜗杆主动，主动轮扭矩m N T .201=，模数mm m 4=，21=Z ，mm d 501=， 蜗轮齿数,502=Z 传动的啮合效率75.0=η。
试确定：（1）蜗轮的转向；（2）蜗轮蜗杆所受各力的大小和方向。
2． 如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。
已知输出轴上的圆锥齿轮4Z 的转向4n ：（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）在图上标出各轮轴向力的方向。
3． 判断图中各蜗杆、蜗轮的转向和螺旋线方向（按构件1主动）画出各蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。
4． 已知两蜗杆均为右旋，轴Ⅰ为输入轴,转向如图所示。
试分析：（1）各蜗杆、蜗轮的螺旋线方向；（2）Ⅲ转向； （3） 蜗杆3和蜗轮2的受力方向。
5． 指出图中未注明的蜗轮的转向和螺旋线方向，并画出蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。
6． 手动绞车采用圆柱蜗轮传动。
已知：mm m 8=，11=Z ，mm d 801=，402=Z ，卷筒直径mm D 200=。
问：（1）欲使重物W 上升1m ，蜗杆应转多少转？ （2）蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数18.0='f ，该机构能否自锁? （3） 若重物W=5KN ，手摇时施加的力F=100N ，手柄转臂的长度l 应为多少？（题6图）7. 如图所示一开式蜗杆传动起重机构，蜗杆与蜗轮之间当量摩擦系数f=0.16(不计轴承摩擦损失），起重时，作用于手柄之力F=200N 。
求：（1）蜗杆分度圆导程角γ,此机构是否自锁?（2）起重、落重时蜗杆的转向（各用一图表示）；（3）起重、落重时蜗杆的受力方向（用三个分力表示）；（4）起重时的最大起重量及蜗杆所受的力（用三个分力表示），重物的重量为W;（5）落重时所需手柄推力及蜗杆所受的力（用三个分力表示）。
（6）重物停在空中时蜗杆所受的力为W;（5）落重时所需手柄推力及蜗杆所受的力（用三个分力表示）。
（6）重物停在空中时蜗杆所受的力。
涡轮蜗杆传动设计说明
《机械设计作业》涡轮蜗杆传动设计院系机械电气化工程学院专业机械设计15-1课程名称《机械设计》指导教师设计者题目名称学号下面是赠送的范文，不需要的朋友可以下载后编辑删除2013党风建设心得体会范文按照上级的统一部署，我们认真组织开展了党风廉政建设教育活动。
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现就学习情况谈一点粗浅的认识和看法。
一、加强党风廉政建设，干干净净履行职责党风廉政建设关乎民心向背，关乎事业成败。
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对于廉洁自律问题，要把握好两条：一要干事，二要干净，也就是既勤又廉。
不勤政无以立业，就没地位;不廉政无以立身，就栽跟头。
要把这两条统一起来对待，经得起考验，树立好形象。
1、要警钟长鸣，筑牢防线。
任何腐化、腐败行为都是从思想的蜕化开始的，都有一个思想演变的过程。
因此，把牢思想这一关是最有效的预防，加强思想教育也是反腐倡廉的根本之策。
我们一时一刻都不能放松世界观、人生观、价值观的改造。
要认识到权力是一把双刃剑，用好了能为民造福，用不好也能为自己造“罪”。
我虽然只是公安局一名普通民警，也应该倍加珍惜得来不易的工作，不要因一念之差给家庭、给亲人带来无以挽回的痛苦。
2、从严自律，管住自己。
当前市场经济的趋利性逐步渗透到社会生活的方方面面，形形色色的价值观不断充斥人们的思想，我们现在各方面的条件也有了很大的改善。
但越是在这种形势下，越要保持清醒的头脑，越要保持艰苦奋斗的作风，越要从方方面面严格要求自己。
机械设计-蜗轮蜗杆斜齿锥齿轮传动受力分析例题
机械设计---蜗轮蜗杆、斜齿轮、锥齿轮传动机构受力分析例题【例题1】如图所示为一蜗杆—圆柱斜齿轮—直齿圆锥齿轮三级传动。
已知蜗杆1为主动件，且按图示方向转动。
试在图中绘出：
（1）各轴转向。
（2）使II、III轴轴承所受轴向力较小时的斜齿轮轮齿的旋向。
（3）各轮所受诸轴向分力的方向。
【解】
（1）各轴转向如图所示（4分）。
（2）斜齿轮轮齿的旋向如图（2分）。
（3）各轮所受诸轴向分力的方向如图。
（8分）
【解析】
蜗轮蜗杆传动受力分析:
径向力F r:由啮合点指向各自的回转中心。
圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度
方向相反(阻力);
从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。
轴向力F a:主动轮(蜗杆)受力方向用左右手螺旋法则。
从动轮受力方向与F t1相反。
斜齿圆柱齿轮传动受力分析
径向力F r:由啮合点指向各自齿轮的回转中心。
圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相反(阻力)。
从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。
轴向力F a:主动轮受力方向用左右手螺旋法则判定，从动轮受力方向与主动轮相反。
锥齿轮受力分析
径向力F r:由啮合点指向各自的回转中心。
轴向力F a:由啮合点指向各自齿轮的大端(与齿轮转向无关，方常作为隐含条件)。
圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相反(阻力)。
从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。
第十一章蜗杆传动例题
根据x2=-0.5，zv2=43.48，从 图11-19 中可查得齿形系数 Yfa2=2.87。 11 .31 螺旋角系数 Y 1 1 0 .9192 许用弯曲应力
140 140 K [ ] [ ] F F FN
从 表11-8 中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯应 力[σF]′=56MPa.
蜗轮 齿数 z2 31 (41) (47) (52)
变位系数 x2 -0.500 (-0.500) (-0.375) (+0.250)
8
80
5120
10.00
6
注：1）本表中导程角γ小于3°30′的圆柱蜗杆均为自锁蜗杆。 2）括号中的参数不适用于蜗杆头数z1=6时。 3）本表摘自GB/T10085-1988。
20
22.4 20
31.25
35 51.2
16.00
17.92 12.5 17.50
3°34′35″
3°11′38″ 4°34′26″ 9°05′25″
17°44′41″
3°16′14″ 5°06′08″
10°07′29″ 19°39′14″ 28°10′43″
40 （50） （63）
2
22.4
89.6
8、绘制工作图(从略)
表11-2 普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配
中心距 a/mm 40 50 40 50 63 50 1.6 63 80 28 71.68 模数 m/mm 1 1.258 分度圆 直径 d1/mm 18 m2d1 /mm3 18 蜗杆 头数 z1 1 1 1 2 4 1 1 2 4 6 直径 系数 q 18.00 分度圆 导程角 γ 3°10′47″ 蜗轮 齿数 z2 62 82 49 62 82 51 61 82 变位系数 x2 0 0 -0.500 +0.040 +0.440 -0.500 +0.125 +0.250
蜗杆传动设计一般步骤
蜗杆传动设计一般步骤例题：设计一混料机用的闭式普通圆柱蜗杆传动。
已知：蜗杆输入功率p1=10kw，蜗杆转速n1=1460r／min，传动比i=20，单向转动载荷平稳，批量生产。
解：1、选择材料确定许用应力考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度也不太高，蜗杆选用45钢制造，调质处理，齿面硬度220～250hbs；蜗轮轮缘选用铸铝磷青铜zcusn10p1，又因批量生产，采用金属模铸造。
由表8-21得：［σh］=2000 mpa，［σf］=70 mpa。
2、按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径d1确定蜗杆、蜗轮的齿数：由表8—17取z1＝2，则z2=iz1＝20×2=40。
蜗轮转矩t2：由表8—24估计η′=0.8，则确定载荷系数：查表8—10，取k=1.1。
将各参数代入式（8—53）1 查表8—18，按m2d1≥4611mm3，选取m=8 mm，d1=80 mm3.验算效率蜗杆导程角γ由式（8—46）得所以滑动速度：当量摩擦角ρv：查表8—23，得ρv=1°34′效率：现取η=0.85扭矩t2：与初估误差较大，故重新计算查表8—18可知原设计合用4.验算蜗轮疲劳弯曲强度齿形系数yf：蜗轮的当量齿数2 由表8—26查取yf =1.52弯曲强度足够5.计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸(略)。
6.热平衡计算。
所需散热面积：取t0=20℃，t=70 ℃，ks=15 w／(m2·℃) ，根据式8—57，所需的最小散热面积7.选择精度等级：因为这是一般动力传动，v2=1.22m/s＜3 m/s，故取8级精度。
8.蜗杆和蜗轮的结构设计，绘制蜗杆和蜗轮的零件工作图绘制(略)。
3 。
蜗轮蜗杆传动设计
723
二、蜗轮蜗杆传动设计
—设计实例
1、蜗轮轮齿齿面接触强度计算 （1）选材料：确定许用接触压力[σH] 蜗杆用45钢，表面淬火45-50HRC； 蜗轮用ZCuSn10P1（10-1锡青铜）砂型铸造。由表查得 [σH]=200。 （2）选用蜗杆头数z1，确定蜗轮齿数z2 传动比i=n1/n2=960/70=13.71 因为传动比不大，为了提高传动效率，可选z1=2 则z2=i·z1=13.71×2=27.42，取z2=27。
mm
式中：Zρ为蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数 。
K为载荷系数。 其它的符号含义与齿轮传动部分相同。
713
三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的承载能力计算
许用接触应力[σH],根据蜗轮材料的不同，可在下两表中选取。 1、蜗轮材料为灰铸铁及铸铝铁青铜时，其许用应力直接在下表选取 ：
考虑啮合摩擦损耗是蜗杆的传动效率：
77
三、蜗轮蜗杆传动设计
—普通蜗杆传动的参数与尺寸
导程角γ增大时，传动效率将提高，导程角γ 与蜗杆 头数z1之间有如下关系：
显然，当蜗杆头数z1增多时，导程角γ增大，从而使传动效率提高。 但头数增多给制造带来困难，且效率提高不显著，故通常蜗杆头数取为1 、2、4、6 。
由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力传输中的应用 受到限制。
73
三、蜗轮蜗杆传动设计
—蜗杆传动类型
普通圆柱蜗杆传动
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
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
圆柱蜗杆传动 位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。
圆弧圆柱蜗杆传动
724
数控挠槽机工作台升降蜗杆传动系统的设计
数控挠槽机工作 台升 降蜗杆传动系统 的设计
曹文成， 华 徐少
（２ ０７ 江苏省 南通市 ， ２６０ 南通农业职业技术学院 机械与 电子工程系） ［ 要］转向器阀套是汽车转向机构中的重要零件 ， 摘 在其制造过程 中， 加工阀套孔 内圆弧底盲槽的工序是转向器
阀套制造中的关键技术 ， 传统的制造方法由于加工工艺及设备 问题均存在着不足 ， 需要设计专用机床来 实现 对
第５ Ｏ卷
第 ５期
农 业装 备与 车辆 工程
Ａ Ｒ Ｃ Ｌ Ｕ Ａ Ｑ ＩＭＥ Ｔ＆ Ｖ Ｈ Ｃ Ｅ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ Ｇ ＩＵ Ｔ Ｒ ＬＥ ＵＰ Ｎ Ｅ ＩＬ Ｎ ＩＥ ＲＮ
２１ ０ ２年 ５月
Ｍａ ０１ ｖ２ ２
Ｖ０ ＿ Ｏ ｌ ５ Ｎｏ ．５
ｄ ｉ１ ． ６ ／．ｓ．６ ３ ３ ４ ． １ ． ．１ ｏ ：０３ ９ｊｓ １ ７ — １ ２ ０ ２０ ０ ３ ９ ｉｎ ２ ５
阀套孔 内圆弧底盲槽的加工。数控挠槽机作 为加 工转向器阀套 中圆弧底盲槽的专用加工设备 ， 在设计该机床过
程 中， 为实现机床 中工作 台的升降和 自锁功能 ， 出了蜗杆传动 系统设计方案 ， 提 并通过该蜗杆ห้องสมุดไป่ตู้动 系统的参数
设 计 ， 足 了挠 槽机 的工 作性 能 要 求 满
［ 关键词 ］挠槽机 ； 蜗杆传 动； 转向器阀套 ； 机械设计 ［ 中图分类号］ Ｂ １ Ｔ ２ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章编号 ］１７ — １ ２ ０ ２ ５ ０ ５ — ３ ６ ３ ３ ４ （ １） — ０ ２ ０ ２ ０
［ ｂｔａ ｔ ｈ ｉ ｒ ｒ ａ ｅｃｓ ｇｉ ｔｅｉ ｏｔｎ ｐｒ ｉ ｔｅａｔｍ ｂｌ ｓ ｅ ｎ ｃａ ｉ Ｉ ｔ ｍ ｎ ｆ ｔｒ ｇｐｏｅｓ Ａ ｓ ｃ］Ｔ ｅｄｖ ｔ ｌ ａｉ ｒ ｔ ａｔｎ ｈ ｕｏ ｏｉ ｔ ｒ ｇｍｅｈｎｓ ｎｉ ａ ｕ ｃｕ ｎ ｒｃｓ， ｒ ｅｅｖｖ ｎ ｓ ｈ ｍｐ ａ ｅ ｅｉ ｍ． ｓ ａ ｉ
机械设计(7.7.1)--蜗杆传动例题
第6章蜗杆传动例题例6-1 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，并在图中绘出蜗杆、蜗轮啮合点处作用力的方向。
解：(1)蜗轮螺旋线方向已给出，为右旋。
蜗杆传动中，蜗杆的螺旋线方向与蜗轮的相同。
本例中，蜗轮为右旋，那么，蜗杆也为右选，画在图上。
(2)蜗杆转向已在图a 给出，根据视图关系，画在图b 上。
(3)标注件号：1为蜗杆，2为蜗轮，标注节点P 。
(4)蜗杆轴向力F a1和蜗轮圆周力F t2。
根据左右手法则，确定蜗杆轴向力F a1：主动的蜗杆螺旋线方向为右旋，用右手法则，对图b ，四指与n 1相同，拇指(蜗杆轴向力F a1)指向左方向，画在图b 上。
蜗杆轴向力F a1的反作用力为蜗轮圆周力F t2，画在图b 上。
(5)蜗轮的转向n 2。
在蜗轮圆周力F t2的作用下，蜗轮转动，蜗轮P 点的速度方向与蜗轮圆周力F t2相同，据此，确定蜗轮的转向n 2，画再图上。
(6)蜗杆圆周力F t1和蜗轮轴向力F a2。
蜗杆圆周力F t1的方向与蜗杆P 点的圆周速度相反，本例中，蜗杆P 点的圆周速度向右，则蜗杆圆周力F t1方向向左，见图a 。
蜗杆圆周力F t1是蜗轮的轴蜗轮轴向力F a2的反作用力，画在图a 上。
(7)蜗杆径向力F r1和蜗轮径轴力F r2。
蜗杆径向力F r1和蜗轮径轴力F r2，各自指向轮心，画在图上。
(a)(b)n 1F a 1F t 2Pn 2F r 2F r 112例6-2 设计某闭式蜗杆传动。
已知电机驱动，载荷平稳，单向工作，输入功率 P 1＝7.5 kW ，输入转速n 1＝960 r/min ，传动比i ＝16。
单班工作，寿命10年。
解 （l ）选择材料及确定许用应力蜗杆用45钢，蜗杆螺纹部分表面淬火，齿面硬度38～45HRC 。
蜗轮齿圈用铸锡青铜ZCuSn10Pb1，砂模铸造，轮芯用铸铁HT150，采用轮缘(齿圈)过盈配合组合式结构。
由表6-7取蜗轮材料的基本许用接触应力 [σH ]’＝150 MPa ，由表6-9取蜗轮材料的基本许用弯曲应力[σF ]’＝40 MPa(单向工作，单侧工作)。
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② d1＝50mm d2＝mZ2＝6.3×45＝283.50mm
③ Check 校核V2（Vs）
60 1000 960 ＝3.14 283.5 60 1000 22.5 ＝0.63m 3 m （K v不变） s s V2 Vs＝ ＝0.63 sinγ sin14o842 ＝2.58 m s V2 πn 2 d 2
Kd＝15W/m2● ℃
t0＝20 ℃
a A＝0.33 100
1.75
170 0.33 100
1.75
0.835m
2
η＝η1η2η3＝0.94×0.992＝0.92
P90 表6－10
t gγ t g14 o842 η1 0.94 o o t g(γ ρ v ) t g(14 842 1.8 )
载荷平稳， low-volume 小批量生产。
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一、 Preliminary selection of garages of accuracy, materials, and Z1 初选材料、精度等级、Z1 1 、 Materials 材料： P82 表6－2 Worm gear 蜗轮 ZCuSn10P1 Sand casting 砂模 （ Low-volume 小批量 ） 表6－3 Worm 蜗杆 45 Structural improvement 调质 2、 Grades of accuracy 精度等级 P81 表6－1 Take grade 8 取8级
o o ( 2 1 . 6 ) Vs 2.58 m s ρ v ( v )
2
1.8
o
1000 （ 1－0.92） 2.1 t1＝20℃ ＝33.4℃ 75℃～90℃ 15 0.835
BACK
④
1.641.05 376031 σF 1.64 0.899 50 283.50 6.3 ＝10.69MPa 24MPa [σ]F
五、
Heat balance calculation 热平衡校核
1000 （ 1－η）P1 t1＝t 0 75℃～90℃ KdA
P1＝2.1KW Kd＝ 12～18W/m2● ℃
3、Z1 : P83 倒数7－8行， i＝22.5→ Z1 ＝2 Z2＝ Z1i＝2×22.5＝45 ∈（28，100）
•二、 Preliminary determination of m, q and d1
•初定m、q、 d1
ZE m q 9.47cosγKT2 Z σ 2 H
γ Yβ 1
o
1 4 8 42 1 0.899 o o＝ 1
106 N
（ Contact on both
sides of the teeth
6 10 双面受力） 9 0.16 220 ＝24MP a 7 3.47 10
习题课
Pull-out device for heating-furnace in heattreat workshop is shown in Fig. 热处理车间加热炉拉料机构，如图所示。 已知：P电机＝2.1KW，n电机＝960rpm， i＝22.5， Lh＝13500h， Steady load
四、 Check bending fatigue strength 弯曲强度校核
1.64KT 1.64KT 2 2 σF 3 YF Yβ YF Yβ [σ]F m qZ 2 d1d 2 m
• ① Y F： • `根据Zv＝Z2/cos3γ＝5/cos314°8′42″＝49.36 • P89 表6－8 YF＝1.64 • ②Yβ ：
8
⑤ 9.47 cos 9.26 P88 下部
(Z1 2)
⑥ 代入
155 m q 9.261.05 376031 45 151 ＝ 1901 .5mm3
3
2
⑦ P84 表6－4 m＝6.3mm q＝7.936 d1＝50mm (m3q＝1984>1907.1) (Z2=2)
3
2
(m m )
3
①
P'电 T2 T1i1 9.5510 iη1 n电
6
2.1 9.5510 22.5 0.8＝976031 Nmm 960
6
P90: Z1=2
η≈0.75～0.82
② K＝KAKVKβ＝1×1×1.05 ＝1.05
P87 表6－6
★KA＝0.8～1.25 取KA＝1 ★KV＝1～1.1 （Estimate 估计Vs<3m/s） 取 KV＝1.05 ★Kβ＝1 （Steady load 载荷平稳）
③ ZE 155.0 MPa P88 表6－7
④
σH (0.75~ 0.9) b 8
σ b 220MPa σ
107 N
（P89 表6－9）
P82表6－2
N 60n2lh 60 96013500/22.5 3.4510
7
7
σ σH
10 0.8 220 ＝ 151 MPa 7 3.4710
⑧
Z1 2 1 γ tg tg 14o842 q 7.936
1
三、Determination of the parameters of the worm gear 确定传动尺寸 ①
m 6.3 a (q Z 2 ) (7.936 45) 166.754mm 2 2 取a'＝170mm a'a 170 －166.754 χ＝ ＝ ＝0.52 m 6.3