蜗杆传动特点
蜗杆传动
§8-11 蜗杆传动一、蜗杆传动的特点及应用用来传递空间交错轴之间的运动和动力。
◆蜗轮的螺旋角等于蜗杆的导程角(Lead angel)◆具有螺旋机构的某些特点，蜗轮(Worm wheel )相当于螺母，蜗杆相当于螺杆，有右旋、左旋及单头、多头之分，多用右旋蜗杆。
◆蜗杆传动(Worm gearing)是一种特殊的交错轴斜齿轮机构•∑=b 1+b 2=90º 旋向相同•z 1 很少，一般z 1=1～411290γββ=︒-=1）传动比大，结构紧凑；1. 蜗杆传动的特点2）具有自锁性；3）传动平稳，噪声小。
5）机械效率低；4）齿间相对滑动速度大，磨损较严重；6）蜗杆轴向力较大，轴承磨损大。
优点缺点2. 蜗杆传动的应用：两轴交错、传动比较大，传递功率不太大或间歇工作的场合。
1vγϕ<二、蜗轮蜗杆正确啮合的条件1. 蜗轮蜗杆传动的主截面(mid-plane)过蜗杆的轴线所作的垂直于蜗轮轴线的平面。
在主截面内蜗轮蜗杆的啮合相当于齿轮与齿条的啮合。
2. 正确啮合条件主截面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角彼此相等。
且蜗轮与蜗杆旋向相同三、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1. 模数：与齿轮模数系列有所不同2. 压力角：阿基米德蜗杆：α=20º动力传动中：荐用α=25º分度传动中：荐用α=15º或12º2121o 12(90)t a t m m m ααααγb ⎧==⎪==⎨⎪=∑=⎩12a r r =+4. 分度圆直径:3. 蜗杆头数z 1和蜗轮齿数z 2z 1：1～10；推荐取z 1=1，2，4，6（当i 12=14.5～30.5时，一般推荐z 1=2）; 增大z 1增大导程角，提高传动效率。
z 2：根据传动比和z 1确定。
动力传动：z 2= 29～705. 中心距：22d mz =切制蜗轮时，滚刀直径须与工作蜗杆直径匹配，为限制滚刀数目，已将蜗杆分度圆直径系列化，且与模数相匹配。
《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
蜗杆传动机构的特点
蜗杆传动机构的特点蜗杆传动机构是一种常见的传动装置，具有以下几个特点。
1. 转速比大：蜗杆传动机构的转速比通常较大，可以达到几十甚至几百倍。
这是由于蜗杆的螺旋形状决定的，使得蜗杆在传动过程中可以实现大范围的速度降低。
2. 传动效率低：蜗杆传动机构的传动效率较低，一般在30%~80%之间。
这是由于蜗杆与蜗轮之间的摩擦和滑动造成的，导致能量损失较大。
因此，在选择传动装置时，需要根据实际应用需求综合考虑。
3. 传动平稳：蜗杆传动机构的传动平稳性较好。
由于蜗杆与蜗轮之间的啮合面积大，传动过程中摩擦力较大，因此具有较好的抗冲击和减振性能。
这使得蜗杆传动机构在一些对传动平稳性要求较高的场合得到广泛应用。
4. 结构紧凑：蜗杆传动机构通常具有结构紧凑的特点。
蜗杆与蜗轮之间的啮合角度较小，使得整个传动装置的体积相对较小，可以在有限的空间内实现较大的速度降低。
因此，蜗杆传动机构在机械设计中常被用于空间有限的场合。
5. 可靠性高：蜗杆传动机构的可靠性较高。
蜗杆与蜗轮的啮合面积大，摩擦力大，使得传动装置的承载能力较强，能够承受较大的负载。
同时，蜗杆传动机构的结构简单，零部件较少，减少了故障的可能性，提高了传动装置的可靠性。
6. 自锁性能好：蜗杆传动机构具有较好的自锁性能。
蜗杆与蜗轮的摩擦力使得蜗杆传动机构具有一定的防逆转能力，即使在停机或负载变化时，也能保持传动装置的稳定性，避免了意外事故的发生。
7. 加工精度要求高：蜗杆传动机构的加工精度要求较高。
蜗杆和蜗轮的啮合面积大，工作时摩擦力较大，因此需要保证蜗杆和蜗轮的啮合面具有较高的配合精度，避免因加工精度不足而导致的传动效率下降、噪声增加等问题。
蜗杆传动机构具有转速比大、传动效率低、传动平稳、结构紧凑、可靠性高、自锁性能好以及加工精度要求高等特点。
这些特点使得蜗杆传动机构在一些特定的工程领域，如工程机械、船舶、起重设备等方面得到了广泛应用。
蜗杆传动特点
蜗杆传动特点
蜗杆传动在机械工程领域中起着重要的作用。
它是一种将旋转运
动转换为线性运动的装置，具有独特的特点。
下面将详细介绍蜗杆传
动的特点，以及它的一些应用。
首先，蜗杆传动具有高传动效率的特点。
这是由于蜗杆与蜗轮齿
面的摩擦作用的结果。
由于蜗杆的蜗杆螺旋角较大，齿面磨损小，因
此摩擦损失较小，从而保证了高传动效率。
这使得蜗杆传动在一些对
传动效率要求高的场合中得到广泛应用。
其次，蜗杆传动具有传动比大的特点。
通过设计蜗杆与蜗轮的齿数，可以实现不同的传动比。
蜗杆与蜗轮的齿数比越大，传动比就越大。
这使得蜗杆传动可以在需要大传动比的场合中发挥其优势，如起
重机、输送机等。
另外，蜗杆传动具有自锁特性。
蜗杆与蜗轮之间的啮合角度很小，因此当传动装置处于停机状态时，蜗杆可以阻止蜗轮的旋转，实现自锁。
这种特性可以使传动装置在一些要求传动系统稳定性和安全性的
场合中得到应用，如汽车刹车装置等。
此外，蜗杆传动还具有紧凑的结构和较小的体积。
由于蜗杆螺旋
角度较大，可以实现较大的传动比，从而减小了传动装置的体积。
这
使得蜗杆传动可以在空间有限的场合中应用，如机床、船舶等。
总之，蜗杆传动具有高传动效率、大传动比、自锁特性、紧凑的结构和较小的体积等特点。
这些特点使得蜗杆传动在机械工程中有着广泛的应用。
在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的蜗杆传动装置，并注意其使用条件和维护保养，以确保其正常运行和延长使用寿命。
蜗杆传动应用特点
蜗杆传动应用特点蜗杆传动是一种常用的机械传动方式，它具有许多特点和应用优势。
下面将详细解释蜗杆传动的特点，并结合标题中心进行扩展描述。
1. 大传动比：蜗杆传动的传动比通常较大，能够实现高速减速。
蜗杆螺旋面的特殊形状决定了蜗杆与蜗轮之间的传动比可以达到很高。
这使得蜗杆传动在需要大减速比的场合具有很大的优势，例如工业生产中需要减速的机械设备。
2. 传动平稳：蜗杆传动的传动过程中，传动齿轮的接触点由于蜗杆螺旋面的缘故，每个齿轮只有一个接触点，齿轮的接触点处于滚动状态，而不是滑动状态，因此传动过程中没有冲击和噪音，传动平稳可靠。
3. 自锁性：蜗杆传动具有较强的自锁性，即在没有外力作用的情况下，蜗杆传动能够防止反转。
这是由于蜗杆的螺旋面与蜗轮的齿轮面之间的摩擦力的作用，使得蜗杆无法被蜗轮带动反转。
这种自锁性使得蜗杆传动在需要防止反转的场合非常有用，例如起重机械等。
4. 传动效率低：蜗杆传动的传动效率较低，通常只能在40%~90%之间。
这是由于蜗杆传动涉及到蜗杆与蜗轮之间的滑动摩擦，摩擦损失较大所致。
因此，在对传动效率要求较高的场合，蜗杆传动不适用。
5. 体积大、重量重：由于蜗杆传动的结构特点，蜗杆与蜗轮之间的传动方式决定了其体积较大、重量较重。
这使得蜗杆传动在一些对体积和重量要求较高的场合并不适用。
6. 使用寿命长：蜗杆传动由于涉及到滚动摩擦，相对于其他传动方式来说，磨损较小，使用寿命较长。
尤其是当蜗杆材料选用高硬度、高耐磨的材料时，使用寿命可以更进一步延长。
7. 可实现多路输出：蜗杆传动还可以通过增加多个蜗轮的方式，实现多路输出。
这可以使得蜗杆传动在一些需要同时驱动多个装置的场合非常有用，提高了传动的灵活性。
总的来说，蜗杆传动具有大传动比、传动平稳、自锁性强、使用寿命长等特点。
然而，由于传动效率低、体积大、重量重等缺点，适用范围有一定限制。
因此，在选择传动方式时，需要根据具体应用场景的要求，综合考虑蜗杆传动的特点和优势，确保选用合适的传动方式。
蜗轮蜗杆传动详解
§蜗杆传动的特点和类型 §圆柱蜗杆传动的主要参数 §蜗杆传动的失效形式、材料和结构 §圆柱蜗杆传动的效率、润滑
《机械设计基础 》
Northwest A&F University
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，蜗轮是从动件。
第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构
二、蜗杆和蜗轮的结构
由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆 轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。
无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构
的刚度 较前一种差。
Northwest A&F University
蜗杆导程角
蜗轮螺旋角 径向间隙 标准中心距
第十二章 蜗杆传动
符号
d ha
hf da
df
c
a
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 mq
d2 mz
ha m h f 1.2m
d a1 (q 2)m da2 (Z2 2)m
d f 1 (q 2.4)m arctg Z1
q
d f 2 (Z 2 2.4)m
第十二章 蜗杆传动
第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
二、蜗杆传动的润滑
➢ 目的：减摩、散热。 ➢ 润滑油的粘度和给油方法可参照表11-5选取。 ➢ 一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。
蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 给油方法： 油池润滑： 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/6～1/3。
圆弧圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动 蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳； 齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；
蜗杆传动的特点及应用
蜗杆传动的特点及应用蜗杆传动是一种常用的传动形式，具有以下特点及其广泛的应用领域。
一、特点：1. 转速比大：蜗杆传动由蜗杆与蜗轮组成，通过螺旋线的特性，能实现大的转速比。
一般情况下，转速比可达10:1至80:1。
2. 传动效率低：蜗杆传动具有传动效率较低的特点，一般在50%至90%之间。
这是由于蜗杆与蜗轮的啮合过程中存在滑动摩擦，造成能量的损失。
3. 负载能力强：蜗杆传动可承受较大的负载，常用于需要高扭矩输出的场合。
其原因是蜗杆的螺旋线角度较大，能够提供较高的力矩输出。
4. 噪音低：由于蜗杆传动的啮合方式较为平稳，且工作时的摩擦损失较大，因此噪音低。
5. 自锁性能好：蜗杆传动具有很好的自锁性能，即使不带制动装置，也能实现自锁。
这一特点使得蜗杆传动在需要防止逆转的场合具有广泛的应用。
二、应用领域：1. 工程机械：蜗杆传动在各类工程机械中广泛应用，如挖掘机、高空作业平台等。
其扭矩输出大、传动稳定，能够满足大型机械设备的工作需求。
2. 汽车制造：蜗杆传动在汽车制造中的应用主要体现在汽车座椅的调节、车窗升降等方面。
由于蜗杆传动自锁性能好，可以确保座椅和车窗在固定位置稳定。
3. 纺织设备：蜗杆传动在纺织设备中具有重要的应用，如纺纱机、织布机等。
其优点在于传动稳定、传动比例大，能够满足纺织设备对转速和力矩的要求。
4. 食品加工：蜗杆传动在食品加工设备中的应用主要体现在混合搅拌设备、切割设备等。
由于蜗杆传动的传动效率低、噪音低的特点，能够提供更好的操作环境。
5. 机械加工：蜗杆传动在机械加工中的应用主要体现在钻床、铣床等设备上。
由于蜗杆传动能够提供较高的力矩输出，适用于加工过程中需要大力矩的场合。
6. 冶金设备：蜗杆传动在冶金设备中应用广泛，如轧机、钢丝拉拔机等。
冶金设备对传动精度和负载能力要求较高，蜗杆传动能够满足这些要求。
总结以上特点和应用领域，蜗杆传动作为一种传动方式，具有转速比大、负载能力强、噪音低等优点，广泛应用于工程机械、汽车制造、纺织设备、食品加工、机械加工和冶金设备等领域中。
蜗杆传动的基本参数
蜗杆传动的特点
高传动比
蜗杆传动的传动比通常较大，可以在较小的 空间内实现较大的减速或增速。
平稳传动
蜗杆传动的啮合方式使得其传动平稳，振动 小，噪音低。
承载能力强
蜗杆传动具有较大的承载能力，能够传递较 大的扭矩和功率。
效率较低
相对于其他机械传动方式，蜗杆传动的效率 较低，因为存在较大的摩擦损失。
蜗杆传动的应用场景
对于低速或轻载的蜗杆传 动，可以选择粘度较大、 油膜强度较高的润滑脂。
05
蜗杆传动的安装与维护
蜗杆传动的安装注意事项
确定安装位置
根据蜗杆传动的工作需求，选 择合适的安装位置，确保蜗杆
和蜗轮的正确啮合。
调整安装角度
根据设计要求，调整蜗杆传动 装置的安装角度，确保蜗杆和 蜗轮的正确传动。
检查安装精度
中速的蜗杆传动。
选择合适的润滑方式需要根据 蜗杆传动的具体工况和使用要
求来确定。
蜗杆传动的润滑剂选择
蜗杆传动的润滑剂应具有 良好的润滑性能、冷却性 能、防锈性能和抗氧化性 能。
对于高速或重载的蜗杆传 动，应选择粘度较小、油 膜强度较高的润滑油。
ABCD
在选择润滑剂时，需要考 虑蜗杆传动的工况条件， 如温度、湿度、速度、负 载等。
调整与校准
根据需要调整蜗杆和蜗轮的位置和角 度，确保其正确啮合和传动精度。
记录与报告
对每次维护保养的情况进行记录，及 时发现并处理潜在问题，确保蜗杆传 动装置的安全可靠运行。
蜗杆传动常见故障及排除方法
齿面磨损 由于润滑不良或金属颗粒进入， 导致齿面磨损。应加强润滑，定 期清洗传动部分，更换磨损严重 的零部件。
THANKS
感谢观看
02
简述蜗杆传动的特点
简述蜗杆传动的特点蜗杆传动是一种常见的传动装置，其特点主要体现在以下几个方面：1. 高传动比：蜗杆传动的传动比一般较高，通常在10:1到100:1之间。
蜗杆的螺旋形状决定了其传动效果，使得蜗杆传动可以实现大范围的传动比调节，满足不同设备的传动需求。
2. 紧凑结构：蜗杆传动具有紧凑的结构，占用空间小。
蜗杆传动通常由蜗杆和蜗轮组成，且垂直安装。
相比其他传动装置，如齿轮传动，蜗杆传动在垂直安装时可以更好地利用空间，节省设备的体积。
3. 平稳运行：蜗杆传动具有平稳的运行特点，传动过程中噪音较小，振动小。
由于蜗杆的螺旋形状，蜗杆传动可以实现多齿同时接触，使得传动过程中力的分布均匀，减小了噪音和振动的产生。
4. 自锁性：蜗杆传动具有良好的自锁性能，即在无外力作用下，传动装置可以保持静止状态。
这是由于蜗杆的斜面角度较大，使得蜗杆传动具有较高的摩擦角，可以防止装置在停止工作时的自发运动。
5. 传动效率较低：蜗杆传动的传动效率较低，通常在30%到90%之间。
这是由于蜗杆传动的蜗杆与蜗轮之间的摩擦和滑动。
在实际应用中，需要根据具体要求和条件选择合适的传动效率。
6. 承载能力强：蜗杆传动具有较强的承载能力，能够传递较大的转矩。
这是由于蜗杆传动的蜗杆和蜗轮的摩擦面积较大，且接触长度较长，能够承受较大的压力和载荷。
7. 长寿命：蜗杆传动具有较长的使用寿命，耐磨损、耐腐蚀。
传动过程中，蜗杆和蜗轮的接触面积大，摩擦面经过特殊处理，可以有效减少磨损和腐蚀，提高传动装置的寿命。
蜗杆传动的特点使得其在许多机械设备和工业领域得到广泛应用。
例如，蜗杆传动常用于起重机、输送机、搅拌机等设备中实现扭矩传递和传动比调节。
此外，在汽车和机床等领域，蜗杆传动也被用于变速器和传动装置中，实现不同速度和转矩的输出。
总的来说，蜗杆传动具有高传动比、紧凑结构、平稳运行、自锁性、传动效率较低、承载能力强、长寿命等特点。
这些特点使得蜗杆传动在各个领域得到广泛应用，满足不同设备的传动需求，为机械装置的运行提供了可靠的动力支持。
机械原理蜗杆传动
b)蜗杆法面齿形
c主要参数及几何尺寸
★中间平面（主平面）
——通过蜗杆轴线并垂 直 于蜗轮轴线的平面 ：
蜗杆的轴（x面）
蜗轮的端面（t面）
主要参数
1、模数m、压力角 α ★标准参数——∵中间平
面内→相当于齿轮齿条啮
合∴取中间平面的参数为
标准参数※
① 标准压力角 = 20
1、润滑油及其添加剂
为提高蜗杆传动的抗胶合性能，常采用黏度较大的矿物油、或在润滑油中加入适量 的添加剂，如抗氧化剂、抗磨剂、油性极压添加剂等。在表11-20中列出了蜗杆传动常用 的润滑油牌号。
2、润滑油粘度及给油方法
在表11-21中列出了不同滑动速度时推荐选用的润滑油运动粘度值，供设计时选用。
闭式蜗杆传动常用润滑方法主要有油池浸油润滑、循环喷油润滑等方式。具体选择可根 据蜗杆传动的滑动速度大小确定。若采用压力喷油润滑，应注意控制油压，并应使喷油 嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。
⒉ 蜗杆轴刚度计算
影响蜗杆传动性能的弹性变形主要是蜗杆的挠曲变形。引起蜗杆产生挠取 变形的作用力主要有径向力Fr和圆周力Ft。在这两个力的作用下，蜗杆将在两 个方向上产生弹性变形。为简化计算，通常把蜗杆螺纹部分视为以蜗杆齿根圆 直径为直径的轴段。于是可得
y
yt21
yt22
l3 48EI
Ft21 Fr21 y
滑动轴承为 η3＝0.9７~0.9８
vs
v21
v1
cos
v1
d1n1
60 1000
mz1n1
60 1000
v2
d2n2
60 1000
mz2n2
60 1000
γ
（二）蜗杆传动的润滑
蜗杆传动的特点
开式传动： 通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。
• 一）、蜗杆传动的失效形式及材料选择
3.常用材料 由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度， 更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用 青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。 蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。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。精度要求高的蜗杆需经磨削。
当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动其中心距计算式为a05d1d205mqz2设计蜗杆传动时一般是先根据传动的功用和传动比的要求选择蜗杆头数z然后再按强度计算确定模数m和蜗杆分度圆直径d或q再根据表计算出蜗杆蜗轮的几何尺寸两轴交错角为90标准传动
一 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
值选取。
z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮 直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。
一般取 z2＝32～80
3. 蜗杆直径系数q和导程角γ 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了 限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标 准蜗杆分度圆直径d1。 直径d1与模数m的比值称为蜗杆的直径系数q。即：
蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 油池润滑： 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/6～1/3。 给油方法： 喷油润滑
为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速 度v2>4m/s时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式传动， 由蜗轮带油润滑。
蜗杆传动的特点
蜗杆传动的特点
蜗杆传动又称蜗轮传动，是一种常用的机械传动形式，它在很多机械设备中都有广泛的应用。
蜗杆传动的主要特点是传动比例精度高，可以通过找合适的蜗杆节数来实现高精度的传动比例。
同时，蚀杆传动也具有精度稳定性高的优点，运行中不易受外界因素影响，具有良好的耐磨性。
另外，蜗杆传动的结构简单，不需要齿轮和接触轴承，只需要一根蜗杆就可以完成传动，更加方便。
而且蜗杆传动的传动范围较大，可以满足大中小的传动比的需求，不受功率的限制。
另外，由于蜗杆传动的应用范围比较大，它也具有较为明显的维护和保养的优势，保养费用较低，运行费用低，它也是目前较为流行的节能传动方式之一。
综上所述，蜗杆传动在传统机械传动方式中具有较高的传动比例，结构简单，传动范围宽的特点，广泛的应用于机械设备。
机械设计基础课件第六章蜗杆传动
例如，齿形为A、齿形角α为20°、模数为10 mm、 分度圆直径为90 mm、头数为2的右旋圆柱蜗杆；齿数 为80的蜗轮以及由它们组成的圆柱蜗杆传动的标记如下。 蜗杆标记为：蜗杆
ZA10 90 R2
蜗轮标记为：蜗轮
ZA10 80
蜗杆传动标记为： ZA10 90 R 2 / 80
6.3
6.3.1
6.4.2
蜗杆传动的强度计算
蜗轮齿面接触疲劳强度计算与斜齿轮相似，由赫 兹公式可得，蜗杆传动接触强度校核公式
中间平面
2、传动比 i 、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2 传动比——从动轮齿数比主动轮齿数
n i 1
n2
Z 2
Z1
u
蜗杆头数Z1 一般Z1=1、2、4， 单头，i大，易自锁，效率低， 但精度好；多头杆，η↑，但加工困难，精度↓ 蜗轮齿数Z2 为避免根切， Z2 26 动力传动， Z2 80 具体应用传动比 i 、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2， 可以参考教材表6-1、6-2。
蜗杆传动的失效形式、材料和结构
蜗杆传动的滑动速度
在蜗杆传动中，蜗杆蜗轮的啮合齿面间 会产生很大的相对滑动速度 s 如图所示。
s
cos
1
sin
2
式中： 1 2 ——蜗杆和蜗轮 分度圆上的圆周速度.
6.3.2
蜗杆传动的失效形式和设计Байду номын сангаас则
和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式主要 有：胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。由于 蜗杆传动啮合面间的相对滑动速度较大，效率低， 发热量大，在润滑和散热不良时，胶合和磨损为 主要失效形式。 蜗杆传动的设计准则为：闭式蜗杆传动按蜗 轮轮齿的齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿 根弯曲疲劳强度校核，并进行热平衡验算；开式 蜗杆传动，按保证齿根弯曲疲劳强度进行设计。
蜗杆传动的特点
值选取。
z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮 直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。
一般取 z2＝32～80
中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。
是蜗杆的轴面
是蜗轮的端面
蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面（主平面）内确定。
由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮齿， 所以ZA蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐 开线齿轮与齿条的啮合。
L p
主 平 面
B
在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。
渐开线
基圆
渐开线蜗杆(ZI)
加工：刀刃与蜗杆的基圆柱相切 特点：端面---渐开线
后两种蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿 基米德蜗杆。
二、圆柱蜗杆传动的主要参数:
1. 模数m和压力角α
中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。
主平面
β1 γ=
一 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
之间的运动和动力。交错角一般为90°。传动中一般蜗杆
是主动件，蜗轮是从动件。
蜗杆传动的特点：
1．传动比大，一般 i =28~80； 2．重合度大，传动平稳，噪声低； 3．结构紧凑，可实现反行程自锁； 4． 蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低，
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳；
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
机械设计06章(蜗杆传动)
思考题答案：6-1 蜗杆传动有何特点，适用于什么场合？答：蜗杆传动的特点有：（1）结构紧凑、传动比大；（2）传动平稳、噪声小；（3）当蜗杆的导程角γ1小于轮齿间的当量摩擦角ϕv时，蜗杆传动具有自锁性；（4）相对滑动速度大，摩擦损耗大，易发热，传动效率低；（5）蜗轮用耐磨材料青铜制造制造，成本高。
适用的场合：蜗杆机构用来实现两个交错轴间的传动。
6-2 蜗杆传动的模数和压力角是在哪个平面上定义的？蜗杆传动正确啮合的条件是什么？答：蜗杆传动的模数和压力角是在中间平面内定义的即为标准值。
正确啮合条件：m a1=m t2=m，αa1=αt2=200，γ=β6-3 如何选择蜗杆的头数z1、蜗轮的齿数z2？答：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。
(蜗杆头数与传动效率关系) 。
蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1。
z2不宜太小（如z2>28)，否则将使传动平稳性变差。
z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。
6-4设计蜗杆传动时如何确定蜗杆的分度圆直径d1和模数m，为什么要规定m和d1的对应标准值？答：中间平面:通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面(蜗杆轴面,蜗轮端面) 蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内的参数和几何关系为标准，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。
GB10088-88已将d1标准化为一系列数值，蜗轮是由与蜗杆相似的滚刀展成切制而来的，蜗杆中圆直径d1不仅与m有关，还随Z1/tan γ的数值变化。
所以即使m相同，也会有很多不同直径的蜗杆，也就要求具备很多刀具，为减少刀具的型号，将蜗杆d1标准化。
6-5 蜗杆传动的失效形式是有哪几种、设计准则是什么？答：蜗杆传动的失效形式（主要是蜗轮失效）闭式传动：胶合点蚀；开式传动：磨损。
机械设计基础 第12章 蜗杆传动
d1 mq
pz z1 px
tan pz z1 px z1m z1 d1 d1 d1 q
蜗杆导程 蜗杆轴向齿距
蜗杆导程角
d1越小（或q越小）， 越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度
和强度越低。 通常，转速高的蜗杆可取较小的d1值，蜗轮齿 数z2较大时可取较大的d1值。
当导程角 小于当量摩擦角时，蜗轮为主动时则发生自锁。
蜗杆材料：20Cr渗碳淬火；40Cr、35CrMo淬火；45调质
蜗轮材料：ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3
vs 25 m/s 耐磨性好、抗胶合
vs 6 m/s 价格便宜
HT200
vs 2 m/s 经济、低速
二、 蜗杆和蜗轮的结构 蜗杆结构：通常与轴为一体，蜗杆轴
蜗轮结构：整体式（铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮） 组合式（有色金属齿圈＋钢或铸铁轮芯）
二、 蜗杆传动的类型 因蜗轮是用形状与蜗杆相同的滚刀加工而成，故蜗杆传动 的类型是按蜗杆的不同进行分类。
按蜗杆形状分：圆柱蜗杆和环面蜗杆。
圆柱蜗杆用直线刀刃的车刀车削成形，根据刀具安装位置 的不同，可加工出阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆等。
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
阿基米德蜗杆：刀具两刃与蜗杆轴线共面；轴面内相当于 直线齿条，端面齿形为阿基米德螺线。 渐开线蜗杆：用两把车刀，其刀刃顶面切于蜗杆基圆柱； 端面齿廓为渐开线，在切于蜗杆基圆柱的剖面内，齿廓的 一侧为直线，轴面内为凸廓曲线。 蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。
蜗轮径向力
各力方向的确定： 类似于斜齿轮
【例】图示蜗杆传动，蜗杆1主动，转向如图。试指出蜗轮2、 3轮齿旋向及转向，并画出蜗杆1上啮合处的作用力三个分力 方向。
2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表11 - 1 蜗杆、 蜗轮配对材料
表11 - 2 铸锡青铜蜗轮许用应力［σH ］
表11 - 3铸铝青铜及铸铁蜗轮许用应力［σH］
11.3.2、常用材料 由蜗杆传动的失效分析可知, 蜗杆、 蜗轮的材料 要具有优良的减摩性、 耐磨性和抗胶合性能, 并具有 足够的强度。 常用的蜗轮材料有: 铸锡青铜 ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5, 适用于滑动速度较高的 重要传动； 铸铝青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2和 ZCuAl10Fe3, 其抗胶合能力虽比锡青铜差, 但强度较 高, 价格便宜, 一般用于滑动速度小于10 m/s的场合； 滑动速度小于2 m/s时 , 可用灰铸铁。 蜗杆材料主要 为碳钢和合金钢。 为了防止变形, 常对蜗轮进行时效 处理。 常用的蜗杆、 蜗轮配对材料见表11 - 1。 蜗轮 常用材料的许用接触应力见表11 - 2和表11 - 3。
设计公式：
500 m d 1 z KT2 2 H
2
2
式中, K为载荷系数, K=(1.1~1.4)， 载荷平稳、 滑 动速度vs≤3 m/s、 传动精度高时取小值； ［σH］ 为蜗轮许用接触应力, 单位为MPa, 见表11 - 2和表 11 - 3； m为模数, 单位为mm； z2为蜗轮齿数。
蜗杆传动的受力分析
11.4.2. 强度计算 1) 蜗轮齿面接触强度的计算 蜗杆传动可以近似地看作齿条与斜齿轮 的啮合传动, 因此以赫兹可推出齿面接触疲劳强度 的校核公式和设计公式。 校核公式:
KT2 KT2 H 500 500 2 2 H 2 d1d 2 m d1d 2
d2
P
n2 Fr2 Fa2 Ft2
Fa2
F a1
圆 柱 面
Ft2 Ft1
Fr2 Ft1
F a1
Fa1
Fr1
Ft1 n1
分
度
d1
P n1 (b) (c)
(a)
图 11 - 3 蜗杆传动受力分析
力的大小计算如下:
2T2 Fa1 Ft 2 d2 Ft1 Fr 2 Ft 2 t an 2T1 Ft1 Fa 2 d1
蜗杆蜗轮受力方向的判定规律与斜齿圆柱齿轮
相同。 主动蜗杆上的切向力Ft1是阻力, 其方向 与蜗杆转动方向相反, 从动蜗轮切向力Ft2与其
回转方向相同； 两径向力Fr1和Fr2分别指向
各自的轮心； 轴向力Fa1的方向根据蜗杆的螺 旋线旋向和回转方向, 应用左、 右手定则来确
定。
n
Fn
n2
Fr1 Ft1 P n1 d1
2. 蜗杆传动的热平衡计算 由于蜗杆传动相对滑动速度大, 发热量大, 若 不及时散热, 则会导致润滑不良而使轮齿磨损加剧, 甚至产生胶合, 因此, 对闭式蜗杆传动应进行热平衡 计算。 蜗杆传动转化为热能所消耗的功率Ps为 Ps=1000(1-η)P1 (11 - 1) 经箱体散发热量的相当功率Pc为 Pc=ksA(t1-t0) (11 2)
图 11 - 4 蜗杆传动的散热方法 (1) 风扇冷却; (2) 冷却水管冷却; (3) 压力喷油润滑
第11章 蜗杆传动 11.1蜗杆传动的类型和特点 11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.3蜗杆传动的失效形式及材料选择 11.4蜗杆传动的强度计算 11.5蜗杆传动的效率与热平衡计算
11.1蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动用来传递空间两交错轴 之间的运动和动力，一般两轴交角 为90°，如图11-1所示。蜗杆传动 由蜗杆与蜗轮组成。一般为蜗杆主 动、蜗轮从动，具有自锁性，作减 速运动。蜗杆传动广泛应用与各种 机械和仪器设备之中。
达到平衡时, Ps=Pc, 因此可得到热平衡时润滑油 的工作温度t1的计算公式:
1000P 1 (1 ) ts t0 t1 ks A
普通蜗杆传动的箱体散热面积A, 可用下式估算：
a A 0.33 100
1.75
式中, a为中心距, 单位为mm。
3. 散热措施 如果润滑油的工作温度超过许用值, 则可采用 下述冷却措施: (1) 增加散热面积。 合理设计箱体结构, 在箱 体上铸出或焊上散热片。 (2) 提高表面传热系数。 在蜗杆轴上装置风扇, 或在箱体池内装设蛇形冷却水管, 或用循环油冷却, 如 图11 - 4所示。
5、蜗轮的造价较高。
蜗杆传动的特点和应用
11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 11.2.1蜗杆传动的主要参数及其选择
规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。
1.模数和压力角 蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内 的参数和几何关系为标准。 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。
2) 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度的计算 蜗轮轮齿弯曲疲劳强度所限定的承载能力, 大都超过齿面点蚀和热平衡计算所限制的承载能 力, 因此, 一般不进行弯曲强度计算。 只有在少数 情况下, 如在强烈冲击的传动中或蜗轮采用脆性材 料时, 计算其弯曲强度才有意义。 需要计算时可参 考有关书籍。
11.5蜗杆传动的效率与热平衡计算 11.5.1. 蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率包括三部分: 轮齿 啮合摩擦损失效率、 轴承摩擦损失效率及零件 搅动润滑油飞溅损失效率。 其中最主要的是啮 合摩擦损失效率, 其大小可近似用螺旋传动的 效率公式计算。 后两项功率损失不大, 其效率 一般为0.95~0.97。
n1 n2 n2 n1 n2 n1 n2
n1
(a)
(b)
图 11 - 2 蜗轮旋转方向的判定
左、右手定则。
2) 轮齿上的作用力 蜗杆传动轮齿上的作用力和斜齿轮相似。 为简化计算, 通常不考虑摩擦力的影响, 蜗杆传动 的受力情况如图11 - 3所示。 图中Fn分解为三个相 互垂直的分力: 切向力Ft、 径向力Fr、 轴向力 Fa。 由于蜗杆与蜗轮轴交角为90°, 因此根据作用力与 反作用力原理, 蜗杆切向力Ft1与蜗轮轴向力Fa2、 蜗轮切向力Ft2与蜗杆轴向力Fa1、 蜗杆径向力F r1与蜗轮径向力Fr2各为一对大小相等、 方向相反 的作用力与反作用力。
图11-1 蜗杆传动
11.1.1蜗杆传动的类型
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
11.1.2蜗杆传动 的特点 1、蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。 一般传动比 i=10-40，最大可达80。若只传递运 动（如分度运动），其传动比可达1000。 2、传动平稳、噪音小。 3、可制成具有自锁性的蜗杆。 4、蜗杆传动的主要缺点是效率较低。
11.4蜗杆传动的强度计算
11.4.1蜗杆传动的受力分析
1、蜗轮转向的确定 如图11 - 2(a)所示, 当蜗杆为右旋, 顺时针方向 旋转(沿轴线向左看)时, 用右手, 四指顺着蜗 杆转向握起来, 大拇指沿蜗杆轴线所指的相 反方向即为蜗轮上节点速度方向, 因此蜗轮 逆时针方向旋转； 当蜗杆为左旋时, 则用左 手按相同方法判定蜗轮转向, 如图11 - 2 (b)所 示。
因此, 蜗杆主动时, 蜗杆传动的总效率为
tan (0.95 ~ 0.97) tan( v )
式中, γ为蜗杆导程角； ρv为当量摩擦角, 可 根据滑 动速度vs由表11 - 3查取。
表11 - 3 蜗杆传动的当量摩擦系数fv和当量摩擦角ρv
表11 - 4 蜗杆传动的总效率 η
1
= 1 、 2
11.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算
11.3蜗杆传动的失效形式及材料选择
11.3.1、蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的失效形式和齿轮传动相类似。 由于材 料和结构的原因, 蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗 轮轮齿的强度, 所以失效常发生在蜗轮轮齿上。 蜗轮传动中由于蜗杆与蜗轮齿面间的相对 滑动速度较大, 效率低, 摩擦发热大, 因此其主要失 效形式是蜗轮齿面的胶合、 点蚀和磨损。
2.蜗杆分度圆直径d1及蜗杆直径系数q
3.蜗杆分度圆螺旋导程角 Z1、q已知时，导程角即为定值。 4.蜗杆的头数Z1和蜗轮的齿数Z2 可参考表。 5.蜗杆传动传动比i i=n1/n2=Z2/Z1 6.蜗杆传动的中心距a a=(d1+d2)/2=m(q+Z2)/2
2 ） 引 入 该 参 数 是 为 了 限 制 切 制 蜗 轮 时 所 需 要 的 滚 刀 数 目 ， 提 高 生 产 的 经 济 性 。 通 常 取 z