12蜗杆传动
第12章齿轮传动和蜗杆传动
主要缺点是： （1）制造齿轮需要专用的设备和刀具，成本较高； （2）对制造及安装精度要求较高，精度低时，传动的 噪声和振动较大； （3）不宜用于轴间距离较大的传动。
《机械基础 》（多学时）教学课件
1.1.2齿轮传动的类型
按两轴线的空间位臵，齿轮传动分为：平行轴齿轮传动、 相交轴齿轮传动、交错轴齿轮传动三大类。 按齿向不同分为直齿、斜齿、人字齿、曲线齿等类型； 根据啮合形式分为外啮合、内啮合两类。 齿轮传动的类型、特点及应用见表12-1。
1.6 齿轮常见失效形式及材料选择
1.7 齿轮传动的润滑
《机械基础 》（多学时）教学课件
第2节 蜗杆传动
2.1 蜗杆传动的类型和特点 2.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸 2.3 蜗杆传动的失效形式 *2.4 蜗轮蜗杆的结构和常用材料 2.5 蜗杆传动的维护
《机械基础 》（多学时）教学课件
第1节 齿轮传动
《机械基础 》（多学时）教学课件
续表
相 交 轴 齿 轮 传 动 两轴线相交，轴夹角 为90º ，制造和安装简单 ，传动平稳性较差，承载 能力较低，轴向力大用于 速度较低、载荷较小而稳 定的运转 两轴线相交，重合度 大，工作平稳，承载能力 高用于速度较高及载荷较 大的传动 两轴线交错，一般成 90º ，传动比大，一般 i=10~80，结构紧凑，传 动平稳，噪声振动小，传 动效率低，易发热
1.1齿轮传动概述
1.1.1齿轮传动的特点 齿轮传动是应用最广的一种机械传动形式，它依靠主动齿 轮与从动齿轮的啮合，传递运动和动力。与其他传动相比，齿 轮传动的主要特点： （1）传动比恒定效率高； （2）效率高； （3）结构紧凑； （4）工作可靠且寿命长； （5）可实现平行轴、任意角相交轴、任意角交错轴之间的 传动。
《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；
(完整版)_蜗轮蜗杆传动
对于小模数蜗杆，规定了较大的q值，以保证蜗杆有足够的刚度。
第十二章 蜗杆传动
Northwest A&F University
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
➢ 如图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线。
d1
d1
px px pz
导程pz z1 px1 z1m
第十二章 蜗杆传动
§12-1 蜗杆传动的特点和类型 §12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 §12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构
§12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析
§12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算
§12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
《机械设计基础 》
Northwest A&F University
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（参见表12-1）。
直径d1与模数m的比值称为蜗杆的直径系数q。即：
q d1 m
是导出值
d1 = q m≠z1m
当模数m一定时，q值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高。因此，
第一节 蜗杆传动的特点和类型
nn
阿基米德螺线
n
n
2 nn
n
n
阿基米德蜗杆(ZA)
轴面---直线
延伸渐开线 延伸渐开线蜗杆(ZI)
加工：刀具平面垂直于螺线 特点：端面---延伸渐开线
法面---直线
第十二章 蜗杆2传动
Northwest A&F University
第一节 蜗杆传动的特点和类型
渐开线
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；
机械设计基础第12章蜗轮蜗杆
机械设计基础第12章蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆是一种常见的传动机构，广泛应用于机械设备中。
蜗轮蜗杆传动具有体积小、传动比大、传动平稳等特点，在机械设计中有着重要的应用价值。
蜗轮蜗杆传动是一种通用型的不可逆传动，典型的结构包括蜗轮和蜗杆两个部分。
蜗轮是一种螺旋状的齿轮，其齿面与蜗杆的蜗杆螺旋面相配合。
蜗杆是一种具有螺旋线形状的轴，其作为传动元件，通过旋转运动驱动蜗轮。
蜗轮齿与蜗杆螺旋线的位置关系使得蜗轮只能顺时针旋转，而无法逆时针旋转。
这种结构特点决定了蜗轮蜗杆传动是一种不可逆传动。
蜗轮蜗杆传动的主要工作原理是靠蜗杆的螺旋面与蜗轮的齿轮面的啮合来实现传动。
在传动过程中，蜗杆通过旋转带动蜗轮转动，从而实现动力传递。
由于蜗杆的螺旋面与蜗轮的齿轮面接触面积小，所以传动效率相对较低。
为了提高传动效率，降低摩擦损失，需要在蜗轮齿面和蜗杆螺旋面之间添加润滑油。
蜗轮蜗杆传动具有很高的传动比，可达到1:40以上，因此在机械设备中常常使用蜗轮蜗杆传动来实现大速比的传动。
例如在起重机构中，通常采用蜗轮蜗杆传动来提高起重高度。
此外，蜗轮蜗杆传动还可以实现两个轴的不同速度传动，例如在机械车床中使用蜗轮蜗杆传动来实现工件的不同转速。
在机械设计中，蜗轮蜗杆传动的设计需要根据实际应用情况确定传动比、工作环境要求等参数。
首先需要确定传动比，在确定传动比的同时要考虑传动效率和传动正反转的能力。
其次，需要根据工作环境来选择蜗杆和蜗轮的材料，以提高传动的可靠性和耐用性。
还需要注意蜗杆和蜗轮的几何尺寸和配合精度，以保证传动的准确性和稳定性。
此外，在设计过程中还需要进行强度校核、轴承选择等工作，以确保传动的安全可靠。
总之，蜗轮蜗杆传动在机械设计中具有重要的应用价值。
它的特点是传动比大、传动平稳，适用于需要大速比、不可逆传动的场合。
在设计蜗轮蜗杆传动时，需要根据实际应用情况，确定传动比、材料、尺寸、配合精度等参数，以保证传动的稳定性和可靠性。
机械课件第12章蜗轮蜗杆
蜗轮蜗杆的设计流程
确定传动比
根据实际需求确定蜗轮蜗杆的传动比 ，以满足工作要求。
设计蜗轮蜗杆的结构
根据实际应用需求，设计蜗轮蜗杆的 结构，包括蜗杆的长度、直径、螺旋
线方向等。
选择设计参数
根据工作条件和强度要求，选择合适 的模数、压力角、蜗杆直径等设计参 数。
蜗轮蜗杆传动由两个交错轴线、相互咬合的蜗轮 02 和蜗杆组成，通过蜗轮的旋转带动蜗杆的旋转。
蜗轮蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平 03 稳、自锁等特点，广泛应用于各种机械传动系统
中。
蜗轮蜗杆的传动比计算
01 蜗轮蜗杆的传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿 数，即i=z2/z1。
02 传动比的大小取决于蜗轮和蜗杆的齿数比，可以 根据实际需求选择合适的齿数比来满足不同的传 动要求。
02 传动比的计算是蜗轮蜗杆设计中的重要参数，对 于确定传动系统的性能和尺寸至关重要。
蜗轮蜗杆的效率分析
1
蜗轮蜗杆的效率受到多种因素的影响，包括润滑 条件、齿面摩擦、齿面磨损、制造精度等。
2
在理想情况下，蜗轮蜗杆的传动效率可以达到 90%以上，但在实际应用中，由于各种因素的影 响，效率可能会降低。
校核强度和稳定性
根据设计参数和实际工况，对蜗轮蜗 杆进行强度和稳定性的校核，确保其 能够满足工作要求。
蜗轮蜗杆的制造工艺
01
02
03
铸造工艺
通过铸造方法制造蜗轮蜗 杆的毛坯，常用的铸造工 艺有砂型铸造、金属型铸 造等。
切削加工
对铸造毛坯进行切削加工 ，以获得精确的外形和尺 寸，包括车削、铣削、磨 削等加工方式。
蜗杆传动工作原理
蜗杆传动工作原理蜗杆传动是一种常用的传动方式，它由蜗杆和蜗轮组成。
蜗杆是一种螺旋线形状的齿轮，蜗轮则是一种圆盘状的齿轮。
蜗杆传动主要通过蜗杆的螺旋线与蜗轮的齿轮咬合来传递动力。
蜗杆传动具有传动比大、传动平稳、噪音小等优点，因此广泛应用于各个领域。
蜗杆传动的工作原理如下：1.螺旋线齿形：蜗杆的齿形是螺旋线形状的。
螺旋线的角度越大，齿数越少，蜗杆传动的传动比就越大；反之，传动比较小。
螺旋线的螺距越大，传动效率就越高。
2.齿轮齿形：蜗轮的齿形是圆柱面的。
蜗轮的齿数越多，传动效率就越高。
蜗轮的齿数与蜗杆的螺旋线角度呈正比，与蜗杆的螺距呈反比。
3.咬合过程：当蜗杆转动时，蜗轮受到蜗杆螺旋线作用力的影响，开始进行旋转。
蜗轮的旋转产生的力会使蜗杆进行推动，从而实现动力传递。
4.传动比：传动比是指蜗轮转一圈，蜗杆转动的圈数。
传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿数。
蜗杆传动具有以下几个特点：1.传动比大：蜗杆传动的传动比一般较大，通常为1:20至1:300之间。
这使得蜗杆传动适用于需要减速的场合。
2.传动平稳：由于螺杆的齿数较少，蜗杆传动的传动平稳，减小了机械设备的振动和冲击。
因此，蜗杆传动常被用于需要平稳传动的场合。
3.传动效率低：蜗杆传动的咬合面积较小，齿面摩擦力大，因此传动效率低。
一般情况下，蜗杆传动的传动效率约为30%至80%之间。
4.可逆性：蜗杆传动具有较好的不可逆性。
在停机状态下，蜗杆无法迅速被蜗轮带动，相反，蜗轮却可以被蜗杆带动。
5.噪音小：由于蜗杆传动的咬合面积小，齿面摩擦力小，因此产生的噪音也较小。
总结起来，蜗杆传动是一种通过螺旋线齿形的蜗杆和圆齿轮的蜗轮进行咬合来传递动力的传动方式。
它具有传动比大、传动平稳、噪音小等优点，因此被广泛应用于各个领域。
然而，由于传动效率较低，蜗杆传动常常需要与其他传动方式进行组合使用，以提高效率。
机械设计基础习题解答6
机械设计基础习题解答6第六章齿轮传动思考题和练习题6-1渐开线齿轮具有哪些啮合特点?解：能满足定传动比传动的要求，具有可分性，渐开线齿廓之间的正压力方位不变。
6-2什么是节圆？什么是分度圆？二者有什么区别？解：节圆是一对齿轮啮合时，以轮心为圆心，过节点所做的圆，即节点在齿轮上所走的轨迹圆；分度圆则是为了便于计算齿轮各部分的尺寸，在介于齿顶圆和齿根圆之间，人为定义的一个基准圆。
每个齿轮都有自己的分度圆，且大小是确定不变的；而节圆是对一对相啮合的齿轮而言的，节圆的大小随中心距的变化而变化。
6-3渐开线齿轮的五个基本参数是什么？解：模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数。
6-4标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，下列参数：分度圆半径、节圆半径、基圆半径、分度圆压力角、顶隙等哪些发生了变化？哪些不变？解：节圆半径、顶隙变大，分度圆半径、基圆半径、分度圆压力角不变。
6-5已知一对直齿圆柱齿轮的传动比i12?1.5，中心距a=100mm，模数m=2mm。
试计算这对齿轮的几何尺寸。
解：i12?1.5， a=100mm， m=2mm，m(Z1+Z2)Z2=100 =1.5，2Z1z1?40，z2?60d1?m?z1?2?40?80mm，d2?m?z2?2?60?120mmda1?d1?2ha?80?4?84mm，da1?d2?2ha?120?4?124mm。
6-6相比直齿圆柱齿轮，平行轴斜齿圆柱齿轮有哪些特点？解：一对斜齿圆柱齿轮啮合传动时，其轮齿间的接触线是倾斜的，齿面接触是由一个点开始，逐渐增至一条最长的线，再由最长的接触线减短至一个点而后退出啮合的。
因此，相比直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮传动平稳，冲击和噪声较小，又由于同时啮合的齿对数多（重合度大），故承载能力也高。
但斜齿轮存在派生的轴向力。
6-7齿轮的轮齿切制方法有哪些？各有什么特点？解：齿轮可以通过压铸、热扎、冷扎、粉末冶金、冲压等的无屑加工方法和切削等方法来加工，其中切削加工方法具有良好的加工精度，是目前齿形加工的主要方法。
《机械设计基础》第12章 蜗杆传动
3、摩擦磨损问题突出，磨损是主要 的失效形式。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高；
4、传动效率低，具有自锁性时，效率低于50%。
由于上述特点，蜗杆传动主要用于传递运动，而在动力传输中的应用受到限制。
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。
γ
β
γ＝β （蜗轮、蜗杆同旋向）
一、蜗杆传动的主要参数及其选择
1、模数m和压力角α
§12-2 蜗杆传动的参数分析及几何计算
ma1= mt2= m αa1=αt2 =α=20°
在蜗杆蜗轮传动中，规定中间平面上的模数和压力角为标准值，即：
模数m按表12-1选取，压力角取α=20° （ZA型αa＝20º；ZI型αn＝20º） 。
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 渐开线蜗杆（ZI蜗杆）
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
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。
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。
三、分类
在轴剖面上齿廓为直线，在垂直于蜗 杆轴线的截面上为阿基米德螺旋线。
§12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算
一、蜗轮齿面接触疲劳强度的计算
1、校核公式:
2、设计公式:
式中：a—中心距，mm；T2 —作用在蜗轮上的转矩，T2 = T1 iη； zE—材料综合弹性系数，钢与铸锡青铜配对时，取zE=150；钢与铝青铜或灰铸铁配对时， 取zE=160。 zρ—接触系数，由d1/a查图12-11，一般d1/a=0.3~0.5。取小值时，导程角大，故效率高，但蜗杆刚性较小。 kA —使用系数，kA =1.1~1.4。有冲击载荷、环境温度高(t>35oC)、速度较高时，取大值。
12蜗杆习题与参考答案
习题与参考答案一、选择题1 ★与齿轮传动相比较，不能作为蜗杆传动的优点。
A. 传动平稳，噪声小B. 传动效率高C. 可产生自锁D. 传动比大2 阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的模数，应符合标准值。
A. 法面B. 端面C. 中间平面3 蜗杆直径系数q＝。
A. q=d l/mB. q=d l mC. q=a/d lD. q=a/m4 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆直径系数q，将使传动效率。
A. 提高B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小5 ★在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数1z，则传动效率。
A. 提高B. 降低C. 不变D. 提高，也可能降低z，则滑动速度。
6 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数1A. 增大B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小z，则。
7 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，减少蜗杆头数1A. 有利于蜗杆加工B. 有利于提高蜗杆刚度C. 有利于实现自锁D. 有利于提高传动效率8 起吊重物用的手动蜗杆传动，宜采用的蜗杆。
A. 单头、小导程角B. 单头、大导程角C. 多头、小导程角D. 多头、大导程角9 ★蜗杆直径d1的标准化，是为了。
A. 有利于测量B. 有利于蜗杆加工C. 有利于实现自锁D. 有利于蜗轮滚刀的标准化10 蜗杆常用材料是。
A. 40CrB. GCrl5C. ZCuSnl0P1D. L Y1211 ★蜗轮常用材料是。
A. 40Cr B．GCrl5 C. ZCuSnl0P1 D. L Yl214 蜗杆传动的当量摩擦系数f v随齿面相对滑动速度的增大而。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 可能增大也可能减小15 提高蜗杆传动效率的最有效的方法是。
zA. 增大模数mB. 增加蜗杆头数1C. 增大直径系数qD. 减小直径系数q16 闭式蜗杆传动的主要失效形式是。
A. 蜗杆断裂B. 蜗轮轮齿折断C. 磨粒磨损D. 胶合、疲劳点蚀17 用 计算蜗杆传动比是错误的。
蜗杆传动
第十一章蜗杆传动§12-1 蜗杆传动的特点和类型§12-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸§12-3 蜗杆传动失效形式、材料和结构§12-4 蜗杆传动的受力分析§12-5 蜗杆传动的强度计算§12-5 蜗杆传动效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的组成◆蜗杆传动的组成：蜗轮、蜗杆◆应用：蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为90。
多用于减速装臵。
◆蜗杆传动的布臵形式1）蜗杆V<4m/s下蜗杆，啮合处良好润滑和冷却，浸油1个齿高，但不少于10mm。
2）蜗杆v>4m/s上蜗杆，避免搅油发热过多，浸油深度为蜗轮外径的1/3。
其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位臵不同，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。
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；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。
二、蜗杆传动的特点◆传动比大。
◆结构很紧凑。
◆故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。
◆蜗杆传动具有自锁性。
◆其不足之处是传动效率低、常需耗用有色金属等。
一、圆柱蜗杆传动的主要参数中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。
取中间平面的参数（模数、力角）为标准值。
1、模数m 和压力角α蜗杆和蜗轮正确啮合条件：在中间平面上，蜗杆的轴向模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即：m a1=m t2=m ；αa1=αt2 =20°2βγ=2、传动比i 、蜗杆头数z 1和蜗轮齿数z 2◆传动比：1221Z Z n n i ==12d d ≠为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使Zmin ≥17。
12蜗杆传动
z2＝32～80
主要参数与几何尺寸
蜗杆传动的参数与尺寸3
5. 传动比 i
6. 中心距
中心距的常用值。
n1 z 2 d 2 i n2 z1 d1 1 1 a (d1 d 2 ) (q z2 )m 2 2
( d1= q m ≠ z1m) ( d 2 = z2 m )
二、蜗杆传动的变位
A －箱体的散热面积(m2)，可按下式近似计算，
有散热片时：
油的温升：
a A 0.33 100
1.75
（a－传动的中心距）
1000 P (1 ) 1 ＜55～70℃ t t1 t0 hA
蜗杆传动的设计计算
热平衡计算2
七、蜗杆传动的散热措施
自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：
§11-5 蜗杆和蜗轮的结构
一、蜗杆的结构
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。 虚拟现实中的蜗杆
蜗杆和蜗轮的结构2
蜗杆和蜗轮的结构
蜗杆传动的设计计算
承载能力计算2
将 d1＝mq 和 d2＝mz2 代入校核式整理得
设计式：
m 3 q ≥ 9.47 cos gKT2 Z E z 2 H
2
注：1） 9.47 cos g 的值根据 z1 查表。
3 2）设计中，根据由上式计算的 m q 值，查表确定标准的m和q。
热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。
蜗杆传动的设计计算
机械设计--12 蜗杆传动
m
1
1.25
1.6
2
mm
d1
18
mm
20 20.4 20 28 (18)
31.25 35 51.2 72 89.6 112
71.68
142
m
2.5
3.15
4
mm
d1 (22.4) 28 (28) 35.5 (45) 56 mm (35.5) 45
度增加，导致蜗杆刚度降低，影响啮合精度。） 传动比：
蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值
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 >40 2、1 1 28~80 >40
3 、蜗杆直径系数q和导程角γ
蜗杆的分度圆直径以d1表示。 蜗轮分度圆直径以d2表示。 蜗杆直径系数q ：是蜗杆分度圆直径与模数的比值，
三、蜗杆的刚度计算
蜗杆在圆周力和径向力的作用下产生的挠度分别为：
Yt1
Ft1l 3 48EI
Yr1
Fr1l 3 48EI
总挠度为：
E---材料弹性模量；对钢E=2.06×105 MPa; I---危险截面惯性矩，I=(πd14)/64 ； L---蜗杆支点跨距，初算取l=0.9d2 ； [Y]=d1/1000
5、可以实现自锁； '
6、传动效率低，通常为70％~80％，成本较高。
12.1.2 蜗杆传动的类型
一、根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动分为: 圆柱蜗杆传动; 环面蜗杆传动; 锥蜗杆传动三大类。
圆柱、环面及锥蜗杆传动
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
二、普通圆柱蜗杆{根据刀具加工位置的不 同，即垂直于蜗杆轴线的剖面(横截面)的 齿廓形状的不同}按螺旋面的形状分为：
第12章蜗杆传动
2.选材 2.选材 1)根据相对滑动速度 根据相对滑动速度v 1)根据相对滑动速度vs选材 1)高速重载 高速重载: 蜗杆用合金钢,淬火,磨削； （1)高速重载: 蜗杆用合金钢,淬火,磨削； 蜗轮用锡青铜； 蜗轮用锡青铜； 低速重载：蜗杆用45,调质； 45,调质 （2) 低速重载：蜗杆用45,调质； 铝青铜； 蜗轮 铝青铜； 3)低速轻载 低速轻载： 碳钢,不热处理;铸铁; （3)低速轻载： 蜗杆 碳钢,不热处理;铸铁; 铸铁; 蜗轮 铸铁; 三.结构类型 1.蜗杆---整体式 蜗杆--1.蜗杆---整体式 2.蜗轮---整体式 蜗轮--2.蜗轮---整体式 组合式
C
Fr2
Fa1 n1
12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算
(不要求)
一.蜗杆的强度:足够; 二.蜗轮的强度计算; 1.齿面接触强度计算与斜齿轮来自似, 2.齿根弯曲强度:富裕.
12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 一.蜗杆传动的效率
闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分 其中η1-考虑轮齿啮合的功率损耗的效率; η2-考虑轴承中摩擦损耗的效率; η3-考虑搅动箱体内润滑油的油阻的效率;
一 个 齿 高
ra/3
潘存云教授研制
三.蜗杆传动的热平衡计算 对于连续工作的闭式蜗杆传动进行该项计算.
1000 P1 (1 − η ) ∆t = ≤ [∆ t ] αt A
其中:∆t------温差,=t—t0; η-----传递效率 A------散热面积 ------------(12-11)
阿基米德蜗杆的工艺性能好， t 是目前应用最广泛的一种蜗杆。
α=200 阿基米德螺旋线
圆柱蜗杆传动 的主要参数和几何尺寸
一.圆柱蜗杆传动的主要参数 圆柱蜗杆传动的主要参数 [一].主平面 主截面 主平面(主截面 一 主平面 主截面) 1定义 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。 定义:通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面 定义 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。 讨论主平面内的主要参数（ 2讨论主平面内的主要参数（这是蜗杆传动特 有的问题
机械设计基础复习精要：第12章 蜗杆传动
154第12章 蜗杆传动12.1 考点提要12.1.1 重要的术语和概念蜗杆的传动特点和分类、蜗杆的效率、蜗杆的头数、导程角、直径系数、12.1.2蜗杆传动的滑动速度和效率蜗杆主动时的机构效率为：）（v tg tg ϕγγη+-=)96.095.0( （12-1） 蜗杆的功率损耗一般由啮合摩擦，轴承损耗及零件搅油和飞溅损耗。
计算效率时，需要用到当量摩擦角v ϕ，其数值可通过arctgf v =ϕ算出，再结合相对滑动速度查表确定。
增加蜗杆的头数会使导程角增大，从而使效率增大，同时滑动速度也增大；如果增大蜗杆的分度圆直径将使导程角减小，从而使效率下降，而蜗杆的刚度提高。
蜗轮主动的效率为）（’v tg tg ϕγγη-= （12-2） 显然若v ϕγ≤，则0≤‘η，机构自锁，显然，如果反行程（蜗轮主动）自锁，正行程的效率（蜗杆主动）一定不大于５０O O /。
蜗杆机构总的效率为啮合效率与轴承效率及搅油效率的乘积。
在设计之初，为近似求出蜗轮的转矩2T ，η数值可按表14-1数值估计。
表１４－１ 效率与蜗杆头数关系1Z １２ ３ ４ 总效率０.７ 0.8 0.85 0.9 影响蜗杆传动啮合效率的几何因素有：蜗杆的头数Z1，蜗杆的直径系数q﹑蜗杆分度圆直径〔或模数﹑Z1﹑q〕。
由于传动多是减速传动，所以蜗杆多处于高速级。
当蜗杆头数较少时，反行程效率低，机构自锁。
只有蜗杆头数多时才有较高的效率，反行程不自锁（可以蜗轮为主动件），但蜗轮和蜗杆的滑动速度过大，对材料要求很高，易出现磨损和胶合，因此很少采用。
12.1.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆蜗轮的正确啮合条件有：1）蜗杆的轴向模数ma1=蜗轮的端面模数mt2且等于标准模数；2）杆的轴向压力角αa1=蜗轮的端面压力角αt2且等于标准压力角；3）蜗杆的导程角γ=蜗轮的螺旋角β且均可用γ表示，蜗轮与蜗轮的螺旋线方向相同。
通过蜗杆轴线并与涡轮端面垂直的平面称中间平面。
机械设计基础复习精要：第12章 蜗杆传动
154第12章 蜗杆传动12.1 考点提要12.1.1 重要的术语和概念蜗杆的传动特点和分类、蜗杆的效率、蜗杆的头数、导程角、直径系数、12.1.2蜗杆传动的滑动速度和效率蜗杆主动时的机构效率为：）（v tg tg ϕγγη+-=)96.095.0( （12-1） 蜗杆的功率损耗一般由啮合摩擦，轴承损耗及零件搅油和飞溅损耗。
计算效率时，需要用到当量摩擦角v ϕ，其数值可通过arctgf v =ϕ算出，再结合相对滑动速度查表确定。
增加蜗杆的头数会使导程角增大，从而使效率增大，同时滑动速度也增大；如果增大蜗杆的分度圆直径将使导程角减小，从而使效率下降，而蜗杆的刚度提高。
蜗轮主动的效率为）（’v tg tg ϕγγη-= （12-2） 显然若v ϕγ≤，则0≤‘η，机构自锁，显然，如果反行程（蜗轮主动）自锁，正行程的效率（蜗杆主动）一定不大于５０O O /。
蜗杆机构总的效率为啮合效率与轴承效率及搅油效率的乘积。
在设计之初，为近似求出蜗轮的转矩2T ，η数值可按表14-1数值估计。
表１４－１ 效率与蜗杆头数关系1Z １２ ３ ４ 总效率０.７ 0.8 0.85 0.9 影响蜗杆传动啮合效率的几何因素有：蜗杆的头数Z1，蜗杆的直径系数q﹑蜗杆分度圆直径〔或模数﹑Z1﹑q〕。
由于传动多是减速传动，所以蜗杆多处于高速级。
当蜗杆头数较少时，反行程效率低，机构自锁。
只有蜗杆头数多时才有较高的效率，反行程不自锁（可以蜗轮为主动件），但蜗轮和蜗杆的滑动速度过大，对材料要求很高，易出现磨损和胶合，因此很少采用。
12.1.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆蜗轮的正确啮合条件有：1）蜗杆的轴向模数ma1=蜗轮的端面模数mt2且等于标准模数；2）杆的轴向压力角αa1=蜗轮的端面压力角αt2且等于标准压力角；3）蜗杆的导程角γ=蜗轮的螺旋角β且均可用γ表示，蜗轮与蜗轮的螺旋线方向相同。
通过蜗杆轴线并与涡轮端面垂直的平面称中间平面。
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)。
4.1 主要参数
阿基米德圆柱蜗杆传动为例：
主要参数 受力分析 蜗轮齿面接触强度计算 蜗轮轮齿的齿根弯曲强度计算 效率与润滑 热平衡计算
1）模数m和压力角
阿基米德圆柱蜗杆传动正确啮合条件是： 在中间平面内，蜗杆的轴向模数mx1和轴向压力角x1分 别与蜗轮端面模数mt2和端面压力角t2相等，并取为标 准值。即，
MPa
H
15000 KT2 [ H ] z2 m 2 d1
MPa
15000 m 2 d1 KT2 z 2 [ H ]
许用接触应力
2
mm3
m2d1值
[H]的确定（一）
当钢制蜗杆与锡青铜蜗轮相配时，蜗轮齿面的失效形式 主要是齿面点蚀，此时 [H] 与应力循环次数有关，从表 10-4查取。
标准模数m
m x1 m t 2 m
x1 t 2 20
标准模数见表10-1。
5
机械设计基础(I)讲义
李良军
2）导程角
蜗杆导程角是指蜗杆分度圆柱螺旋线上任一点的切线 与端平面间所夹的锐角 d1
注意的问题
啮合效率与导程角的大小有关。 导程角大时，效率高。要求高效率时，常取 °° ； 要 求 自 锁 的 传 动 ， 通 常 取 °°。 杆导程角数值相等，且旋向相同。 阿基米德圆柱蜗杆传动要求蜗轮螺旋角 与蜗
力方向的确定
Fr1 Ft2 n2 Fr2 O2 Fa1 n1 O1 Ft1 Fa2
练习力方向的判断
8
机械设计基础(I)讲义
李良军
讨论：蜗杆传动与斜齿轮传动
结果：蜗杆传动与斜齿轮传动
2
n3
1 n2 Fa1 Fr1 Fr2 Ft2 Fa2 2 Ft1 n1 n2
4.3 蜗轮齿面接触强度计算
v随vs增大而减小， v减小， 将使传动效率提高，故蜗杆传动 宜用于高速级传动。
12
机械设计基础(I)讲义
李良军
其它问题
初步设计蜗杆传动可近似估算传动效率。
tg ( v ) 1 tg
4.6 蜗杆传动的润滑
润滑对蜗杆传动有特别重要的意义。蜗杆传动的设计包括合理地选
择润滑油和润滑方式。
当q↘，↗，效率随之提高，因此在蜗杆刚度允许的前 提下，应取小的q（d1）值。
7
机械设计基础(I)讲义
李良军
4.2 受力分析
蜗杆传动受力分析与斜齿圆柱齿轮相似。 假设作用力集中作用于一节点上且略去齿面摩擦力的作用。 如图所示）：圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fa，且 将作用在齿面节点上的法向力 Fn仍分三个相互垂直的分力（方向
3.1 失效形式
蜗杆传动的失效形式主要有：齿面点蚀、磨损、胶合和轮 齿折断等。
失效形式 材料选择
由于传动齿面上相对滑动速度大，发热量大，因而更容易 发生胶合和磨损。 蜗杆传动的承载能力往往受材料副抗胶合能力的限制。抗 胶合能力好时，亦可能出现点蚀。 闭式传动中，主要失效形式是齿面胶合和点蚀；开式传动 中，主要失效形式是齿面磨损。
tg tg ( v ) tg tg ( v )
一般取 (0.94 ~ 0.98)
相对滑动速度vs
注意的问题
因蜗杆导程角 随 z1 增多而加 大，故为提高传动效率，可采用 多头蜗杆；
vs
d 1n1 v1 cos 6 104 cos
(m / s )
F
1560 KT2 YFa [ F ] 2 m d1 z 2
YFa的确定
按当量齿数zv2，由表10-6查取。
[F]的确定
此时[F]与应力循环次数有关，由表10-7查取。
11
机械设计基础(I)讲义
李良军
4.5 闭式蜗杆传动的总效率
当量摩擦系数fv
1 2 3
当蜗杆主动时 1
tg
z1 p x z1m d 1 d1
z1px
d1
3）蜗杆分度圆直径d1
滚切蜗轮的刀具，直径与齿廓参数必须和相应的蜗杆 相同。这就是说，即使m相同，直径不同的蜗杆也要求 有直径不同的相应的蜗杆滚刀，这是很不经济的，也不 合理。 基于此，为减少滚刀数目，对蜗杆分度圆直径 d1制定 了标准系列（表10-1）。
计算准则
由于目前，对胶合、磨损还缺乏完善的计算方法，故仍 采用蜗轮齿面的接触强度和弯曲公式进行条件性计算。 对胶合、磨损的影响，在许用应力中考虑。 蜗杆传动的设计计算准则是： 闭式齿轮传动采用接触强度进行设计计算，对轮齿弯曲强 度和热平衡进行校核计算；开式传动只按轮齿弯曲强度进 行设计计算。
3.2 材料选择
Q1 1000(1 ) P1
有效散热面积A
设计时，可先估算。 凸缘和散热片面积按实际的50%计算。
箱体散发出去的热量为：
Q2 K s A(t1 t 0 )
达到热平衡时，Q1=Q2，油温稳定不变，此时油的最高工 作温度为：
t1
1000(1 ) P1 t 0 [t1 ] Ks A
2
机械设计基础(I)讲义
李良军
蜗轮的加工
蜗轮结构
蜗轮结构形式有：整体式和组合式。 整体式：适用于铸铁蜗轮或直径小于100的青铜蜗轮。 组合式：为了节约有色金属，对较大直径的蜗轮采用齿圈为青铜，轮芯为 铸铁或铸钢的组合结构。
蜗轮齿形随蜗杆类型和齿形的不同而 异。 蜗轮通常在滚齿机上用滚刀或飞刀加 工。 为保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，蜗轮滚 刀的齿形理论上要与相应的蜗杆齿形相 同，加工中心距理论上也应和传动中心 距相同。 因此蜗轮滚刀齿形的精度直接影响传动 质量。
由于阿基米德圆柱蜗杆传动在 中间平面 内相 当于齿条和齿轮的啮合，因此强度计算是在中间平 面的基础上进行的，且它的强度计算式与斜齿圆柱 齿轮相似。
9
机械设计基础(I)讲义
李良军
蜗轮齿面接触强度校核公式
当蜗杆传动配对材料为：钢制蜗杆和青铜（铸铁）齿圈时：
设计公式
H
15000 KT2 [ H ] z2 m 2 d1
齿圈压配式
过盈配合式
螺栓联接式
中间平面
通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面。
制造精度
蜗杆传动的制造精度分12个等级，1级最高，12级最低。
当v2≤7.5m/s时，常用7级精度； 当v2≤3m/s时，常用8级精度； 低速传动时，常用9级精度。
3
机械设计基础(I)讲义
李良军
3 蜗杆传动的失效形式和材料选择
1）蜗杆 一般用钢制造。高速重载的蜗杆常用20Cr、20CrV 等材料，并进行热处理。 2）蜗轮 通常以齿面间的相对滑动速度的大小来选择材料。 蜗轮 vs>6m/s：选用锡青铜 vs≦6m/s ：选用无锡青铜 vs≦2m/s ：选用灰铸铁
4
机械设计基础(I)讲义
李良军
4 阿基米德蜗杆传动的设计计算
13
机械设计基础(I)讲义
李良军ห้องสมุดไป่ตู้
箱体散热系数Ks
自然通风时，一般为
散热措施
常用方法有： ① 箱壳外增加散热片； ② 在箱体外蜗杆轴上装风扇； ③ 在传动箱内装蛇形冷却水管； ④ 采用压力喷油循环润滑。
10 ~ 17
W /( m 2 C )
周围空气流通良好时取最大值
14
设计的一般过程
分析表明蜗杆传动易出现胶合和磨损，而实践 证明胶合和磨损与接触应力的大小有密切关 系，因此蜗杆传动齿面强度计算仍以计算齿面 接触强度为基础，而许用接触应力则是根据不 同失效形式用实验方法来确定。 对于一般闭式蜗杆传动，通常以蜗轮齿面接触 强度进行设计计算，然后校核轮齿弯曲疲劳强 度，最后还要进行热平衡计算。 对于开式蜗杆传动，只需按齿根弯曲疲劳强度 进行设计计算。
实验证明，当啮合条件、箱体结构、工作环境等一定时，蜗杆传动的 承载能力、效率与润滑油的粘度、粘度指数及添加剂有关。 润滑油的粘度及润滑方式的选取见表10-9。
当蜗轮为主动时，啮合效率 若 v 时 1 0
说明蜗轮不能带动蜗杆，这种现象叫“自锁”。
4.7 热平衡计算
为使油温保持在允许的范围内，对连续工作的闭式蜗杆 传动要进行热平衡计算。 设功率损失全部转变成热量，损失的功率为：
于是，蜗杆传动传动比：
i
n1 z 2 d 2 n2 z1 d1
蜗杆直径系数q
假设
5）蜗杆传动的几何计算
d1 mq
z1 q tg
z1 q
当m一定时，q↗，d1↗，蜗杆刚度相应提高。 另一方面，因 tg
蜗杆分度圆直径d1=mq=mz1/tan 蜗轮分度圆直径d2=mz2 蜗杆传动中心距 a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)
机械设计基础(I)讲义
李良军
蜗杆传动
1 蜗杆传动的类型和特点
蜗杆传动用于传递空间交错轴间的运动 和动力，常用的轴交错角为90°。 主要由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆常为主动 件。 特点：
1.传动比大：结构紧凑，动力传动i=7~80； 2.传动平稳：连续的螺旋齿；逐渐进入啮合和 退出，故冲击小、噪声低； 3.可自锁：导程角小于当量摩擦角时； 4.传动效率低：滑动速度大，摩擦与磨损严 重。但新型蜗杆的传动效率已可达90%以 上
求出m2d1后，可由表10-1查取相应的m和d1值。
10
机械设计基础(I)讲义
李良军
[H]的确定（二）
当钢制蜗杆与无锡青铜蜗轮相配时，蜗轮齿面的承载能力 取决于抗胶合能力，此时许用接触应力 [H]由表10-5查取 。
4.4 蜗轮轮齿的齿根弯曲强度计算
蜗轮轮齿齿形较复杂，难以精确计算齿根弯曲应力。通 常简化为斜齿圆柱齿轮进行条件性的近似计算。