涡轮蜗杆传动机构1
蜗轮蜗杆乐高知识点
蜗轮蜗杆乐高知识点蜗轮蜗杆是乐高机械学习中的一个重要知识点，它是一种常见的传动机构。
蜗轮蜗杆传动具有传动比大、减速比稳定、传动效率高等特点，在各种机械设备中得到广泛应用。
本文将介绍蜗轮蜗杆的基本原理、结构特点、应用领域等相关知识点。
一、蜗轮蜗杆的基本原理蜗轮蜗杆传动是一种通过蜗杆带动蜗轮旋转的传动方式。
它由蜗轮和蜗杆两个部分组成，其中蜗轮是一个齿轮，齿数较少，一般为1至4个；蜗杆是一种螺旋线形的轴，它与蜗轮啮合，通过旋转带动蜗轮转动。
蜗轮蜗杆传动的原理是利用蜗杆的螺旋线形与蜗轮的齿轮啮合，实现转速减小、扭矩增大的效果。
蜗杆的螺旋线斜度很小，因此每转动一周，蜗轮只能转动少数齿数。
这使得蜗轮蜗杆传动具有较大的传动比，在工程中常用于减速装置。
二、蜗轮蜗杆的结构特点1. 轴向布局：蜗轮蜗杆传动的蜗杆与蜗轮呈轴向布局，占用空间小，结构紧凑。
2. 传动比稳定：蜗轮蜗杆传动的传动比只取决于蜗轮的齿数，与输入转速无关，因此传动比稳定。
3. 传动效率高：蜗轮蜗杆传动的传动效率通常较高，一般在80%以上，可以达到90%左右。
三、蜗轮蜗杆的应用领域蜗轮蜗杆传动由于其特殊的结构特点，在各个领域得到广泛应用。
1. 工业机械：蜗轮蜗杆传动常用于工业机械的减速装置，例如工厂中的输送机、搅拌机、切割机等。
2. 交通运输：蜗轮蜗杆传动常用于汽车、船舶等交通工具中的行驶装置，实现转速减小和扭矩增大。
3. 机器人：蜗轮蜗杆传动在机器人领域也有广泛应用，用于机器人的关节传动，实现机械臂的运动控制。
4. 家用电器：蜗轮蜗杆传动常用于家用电器中的马达减速装置，例如洗衣机、搅拌机等。
四、蜗轮蜗杆乐高的学习与应用乐高机械学习是一种通过乐高积木搭建各种机械结构，并通过学习乐高机械原理来实现运动的过程。
蜗轮蜗杆乐高是其中的一个重要知识点，通过搭建蜗轮蜗杆传动的乐高模型，可以更好地理解蜗轮蜗杆传动的原理和特点。
在乐高机械学习中，蜗轮蜗杆乐高模型的搭建需要注意以下几点：1. 确定传动比：根据实际需求确定蜗轮和蜗杆的齿数，以达到所需的传动比。
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。
机械原理—蜗杆传动概述课件
蜗杆传动过程中可能产生振动和噪声。了解这些现象的产生机理有助于降低振 动和噪声，提高传动性能。
05
蜗杆传动的强度与失效分析
强度计算
1 2 3
材料力学性能 蜗杆传动的材料强度是其承受载荷的关键因素。 需要考虑材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度 等参数。
接触应力分析 蜗杆与蜗轮在传动过程中会产生接触应力，需要 进行接触应力分析，以确定接触面的应力分布和 大小。
受力分析
法向力与切向力
蜗杆传动中，蜗杆和蜗轮受到法向力 和切向力的作用。这些力的大小和方 向随着传动状态的变化而变化。
摩擦力分析
蜗杆传动中的摩擦力是影响传动效率 的重要因素。分析摩擦力的性质和变 化规律有助于提高传动效率。
动态特性
动态响应
蜗杆传动的动态响应包括速度、加速度和位移的变化。这些动态特性的变化规 律影响传动的稳定性和精度。
主要由蜗杆、蜗轮和机架组成。
圆弧齿蜗杆传动
主要由蜗杆、圆弧齿蜗轮和机架 组成。
锥蜗杆传动
主要由锥蜗杆、直齿圆柱蜗轮和 机架组成。
参数
模数
蜗杆传动的标准参数，表示蜗杆 分度圆直径与齿距之比，是设计、
制造和使用蜗杆传动的依据。
压力角
在分度圆柱面上，螺旋线的切线与 通过切点的平面之间的夹角，是影 响蜗杆传动效率的重要参数。
弯曲应力计算 蜗杆在传递扭矩时会产生弯曲应力，需要计算蜗 杆的弯曲应力，以确保其具有足够的弯曲强度。
失效形式
疲劳断裂
01
在循环载荷作用下，蜗杆和蜗轮的应力超过其疲劳极限，导致
疲劳断裂。
Hale Waihona Puke 胶合磨损02蜗杆和蜗轮在高速重载下，由于摩擦产生高温，导致材料表面
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。
蜗杆传动
图例解析（ 图例解析（一）
第二步： 第二步：判断蜗轮的回转方向
左、右手法则： 右手法则
左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，用四 指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表 蜗杆轴线，则拇指所指方向的相反方向即为 蜗轮上啮合点的线速度方向。
图例解析（ 图例解析（一）
右旋
向左（逆时针）
图例解析（ 图例解析（二）
§ 5-1 蜗 杆 传 动
授课人： 授课人：王海燕 应用技术系
前章回顾
1. 螺旋线方向判别方法 2. 斜齿轮
生活中的实例
蜗杆传动应用举例
一、蜗杆传动的组成 蜗杆传动的组成
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，通常由蜗杆（主动件） 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，通常由蜗杆（主动件） 带动蜗轮（从动件）转动，并传递运动和动力。 带动蜗轮（从动件）转动，并传递运动和动力。
二、蜗轮回转方向的判定
蜗杆传动时， 蜗杆传动时，蜗轮的回转方向不仅与蜗杆 的回转方向有关，而且与蜗杆的旋向有关。 的回转方向有关，而且与蜗杆的旋向有关。
第一步： 第一步：判断蜗杆或蜗轮的旋向 第二步： 第二步：判断蜗轮的回转方向
第一步： 第一步：判断蜗杆或蜗轮的旋向
右手法则： 右手法则：
手心对着自己， 手心对着自己，四指顺 着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正 ，若齿向与右手拇指指向一 致，则该蜗杆或蜗轮为右 反之则为左旋。 旋，反之则为左旋。
小结
1．蜗杆传动的组成： 蜗杆传动的组成： 蜗杆传动的组成
蜗杆（主动件）、蜗轮（从动件）。 2．蜗轮回转方向的判定方法。 蜗轮回转方向的判定方法。 1）右手定则 2）左 、右手法则
随堂Hale Waihona Puke 习(1) (3)(2)
作业
P66 1T
1大波涡轮蜗杆传动机械动图来袭，很多机械结构在用此结构
1⼤波涡轮蜗杆传动机械动图来袭，很多机械结构在⽤此结构蜗轮传动绿⾊齿轮和粉⾊蜗杆的轴线倾斜90°⾓。
蜗杆的头数为1，齿轮齿数为3。
输⼊端是蜗杆蠕⾍。
传动⽐为3。
这是⼀种⾃锁传动，传动⽐⼩。
齿轮不能作为输⼊。
输出旋转不平稳，因为齿轮齿廓设计不佳。
升降台1蓝⾊电机通过蜗杆传动使两个橙⾊轴反向旋转。
由于切线机构，固定在轴上的橙⾊曲柄可上下移动绿⾊⼯作台。
同时施加在桌⼦所有四条腿上的⼒使桌⼦容易移动。
升降台2蓝⾊电机通过蜗杆传动使三个黄⾊杠杆同步上下旋转。
杠杆通过紫⾊连杆上下移动绿⾊桌⼦。
后者对称布置，帮助桌⼦垂直移动，同时保持⽔平，尽管桌⼦没有任何垂直跑道。
三⽖⾃定⼼卡盘转动粉⾊蜗杆，通过绿⾊滑块和灰⾊块(齿轮和凹槽盘)径向移动三个蓝⾊钳⼝，以夹紧或释放⼯件(未显⽰)。
蜗杆传动的⾃锁特性有助于稳定夹紧⼯件。
再看⼀下⽰意图↓↓车床⽤半螺母轴螺母通过蓝⾊槽⾯凸轮与丝杠啮合，该机构⽤于转动螺纹。
⽴式钻床的⼯作台升降机构转动粉红⾊轴以升⾼或降低⼯作台。
由于粉红⾊的蜗杆⾃锁，重⼒不能使⼯作台向下移动。
⼯作台可以围绕机器杆转动。
调整后⽤绿⾊螺丝固定⼯作台。
蓝⾊齿轮是⼀种螺旋形齿轮，与斜齿的紫罗兰齿条啮合。
车削多头螺纹灰⾊⼯件有两个起始螺纹，⼀个是蓝⾊，另⼀个是粉红⾊。
先车削蓝⾊然后粉红⾊。
从蜗杆⼀端移动到另⼀端：拉动红⾊销钉，将⼯件旋转A度。
并释放销钉。
A= 360/NN：头数，这⾥N=2。
车床上⾯对庞⼤⼯件的装置⼯件固定在车床⼗字滑块上，黄⾊主体通过其带尾固定在车床主轴上。
粉红⾊蜗杆与床⾝有旋转关节。
紫⾊螺母蜗轮与蜗杆啮合，可以绕着⾝体的横轴和蜗杆旋转。
橙⾊⼗字螺钉与螺母蜗轮的内螺纹啮合，固定在蓝⾊滑块上，滑块上装有红⾊⼑具。
绿⾊换挡杆控制的青⾊离合器与蜗杆有滑动键连接。
棕⾊半离合器固定在车床底座上(静⽌)。
黄⾊半离合器固定在黄⾊齿轮上，接受车床进给齿轮箱的运动。
当车床主轴旋转时(未显⽰其传动系)，红⾊⼑具沿着阿基⽶德螺线移动，以⾯向⼯件。
机械原理A第六章-9.10
5、几何尺寸： 几何尺寸：
o
δ
d = mZ da = d + 2ha cosδ d f = d − 2hf cosδ
若 ∑ = 90
o
分度锥锥顶角： 分度锥锥顶角：
df
Z1 δ 1 = arctg (
Z2
)
d da
δ 2 = 90 − δ 1
o
其它尺寸见公式表。 其它尺寸见公式表。
1 和直径系数(特性系数)q: 3) 蜗杆导程角 γ和直径系数(特性系数)q:
蜗杆导程角 γ 1
β1
Px1
πd
l
Z1 px1 Z1m L tgγ 1 = = = d1 πd1 πd1
γ1
则： d1 =
Z 1m
tg γ 1
蜗杆直径系数(特性系数)q 蜗杆直径系数(特性系数)q
为了控制刀具数量； 强蜗杆轴的强度和刚度。 为了控制刀具数量；增强蜗杆轴的强度和刚度。
n2 n1 n2
n1
n2
n2
(右旋） 右旋） 右旋
n1
(左旋） 左旋） 左旋
n1
§ 6-10 直齿圆锥齿轮传动
(Transimission of bevel gear) 圆锥齿轮应用、 一、圆锥齿轮应用、特点及类型 1、应用：传递任意两相交轴间的运动 应用：
和动力。 和动力。 特点: 轮齿分布在圆锥体上； 2、特点:1) 轮齿分布在圆锥体上； 2).为计算和测量方便，大端参数 2).为计算和测量方便， 为计算和测量方便 为标准值; 为标准值; o 3).两轴交角任意 两轴交角任意， 3).两轴交角任意，但轴交角∑ = 90 多用。 多用。 类型：直齿，斜齿，曲齿。 3、类型：直齿，斜齿，曲齿。
链条传动方式与悬挂式蜗轮蜗杆传动方式对比
蜗轮蜗杆传动机构简图
1杠杆2拉杆3罩壳4压缩弹簧(内、外) 5行程开关
结构优点
原理：取消剪切保险销过载保护，配合蜗轮蜗杆传动机构使用新型装置，采用全密封#150机械油润滑，避免了与海边空气的接触，夹带泥沙的冲洗水更是无法进入磨损部件；本装置占空间小，其独有的反力矩超负荷保险装置(如图示)，反应灵敏，遇到轧煞或超水位差启动时，便会迅速切断电源，保证设备的安全。启动时，由于弹簧受启动转矩的作用产生瞬间压缩，对设备启动起缓冲作用。
优点：结构封闭、紧凑，传动平稳，噪音小，特殊情况电机可反转。该传动装置解决了链传动的不足之处，既提高了承载能力，又提高了防腐性能，而且过载保护的动作值调整方便。
因此，没有密封壳体的链条传动机构不适合在海水环境使用。
过载保护装置简图
主动的传动轴套将剪断保险销，这样小齿轮就失去动力无法转动，从而大齿轮以及网板部件停止转动。
弊端：当长期运行后，由于金属疲劳和海风的腐蚀作用，加上链条传动机构传动不平稳，有时打滑，产生冲击力，再加上保护装置的动作值无法精确量化，因此保险销意外断裂的可能性大大增加。
链条传动方式与悬挂式蜗轮蜗杆传动方式对比
链条传动方式
链条传动机构简图
结构弊端
原理：电机将转动力矩传递给摆线针轮减速机→传动小齿轮→传动链条→大链轮→工作链轮轴→工作链轮→网板部件；
弊端：如传动链条采用碳钢材质，因海水、盐雾腐蚀易断裂，如采用不锈钢链条，同样不适应，虽然提高了抗腐蚀性，但抗拉强度低，链条塑性拉长，造成链条打滑，反而容易出现了断销、大齿轮磨损等其他故障，不锈钢链条不能根本解决问题。
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。
国家精品课程课件-机械设计基础(完整版8-15)
0.024 0.020
6.84˚
5.14˚
3.72˚
3.15˚ 2.58˚ 2˚ 1.78˚ 1.66˚
1.49˚
1.37˚ 1.15˚
0.18
0.13
0.09
0.07 0.055 0.045 0.04 0.035
0.03
10.2˚ 7.4˚ 5.14˚ 4˚ 3.15˚ 2.58˚ 2.29˚ 2˚ 1.72˚
* 蜗杆未经淬火时需将表中[σH]值降低20%。
24
§8-5 蜗轮蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
一、蜗轮蜗杆传动的效率 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：
η=（0.95~0.97）
tanγ tan(γ+ρ’
)
式中:
γ为蜗杆导程角;
ρ’称为当量摩擦角， ρ’=arctan f ’
m、d1应选取标准值确定。
21
表8－5 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
m
d1
m
d1
m
1 18
(22.4)
1.2 20
2.5 28
4
(35.5)
1.6 22.4
45
20
28
(28)
5
3.15 35.5
(18)
(45)
22.4
56
2 (28) 35.5
4 (31.5) 6.3
d1
m
d1
40 6.3 (80)
5
(18) 2 22.4
(28) 35.5
(45) 56
4 (31.5) 6.3
d1
m
d1
机械设计基础：蜗杆机构
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。
蜗杆传动组成
蜗杆传动组成
蜗杆传动是一种常见的机械传动方式，由蜗轮和蜗杆组成。
蜗轮是一种齿轮，它的外部为蜗杆开设了特殊的齿槽。
蜗杆则是一种螺旋形的圆柱体，其外表面具有与蜗轮齿槽相匹配的螺旋槽。
当蜗杆与蜗轮配合时，通过旋转蜗杆来实现传动。
蜗杆传动具有许多优点，如传动比大、传动效率高和传动平稳等。
它被广泛应用于工业机械设备中，如起重机械、注塑机、旋转搅拌设备等。
蜗杆传动的组成包括以下几个主要部分：
1.蜗轮：蜗轮是由一种特殊齿形的圆盘构成，其齿槽与蜗杆的螺旋槽相匹配，用于传递动力。
蜗轮一般由金属材料制成，经过热处理和加工得到精确的齿形。
3.轴承：轴承用于支撑蜗轮和蜗杆，减少摩擦和磨损。
通常，需要使用球轴承或滚子轴承来承受传动中产生的径向和轴向负载。
4.壳体：壳体是蜗杆传动的固定结构，用于固定蜗轮和蜗杆，并起到密封和保护内部零部件的作用。
通常由铸铁或铸钢制成，具有足够的强度和刚度。
5.润滑装置：润滑装置用于给蜗轮传动提供润滑剂，减少摩擦和磨损。
常见的润滑方式包括油浸润滑和油脂润滑。
以上是蜗杆传动组成的基本元素，通过它们的配合工作，蜗杆传动可以实现动力传递和机械运动的转换。
它在工业生产中的应用广泛，为各种机械设备的高效运行提供了可靠保障。
蜗轮蜗杆传动
蜗轮
与蜗杆组成交错轴齿副且轮齿沿着齿宽 方向呈内凹弧形的斜齿轮称为蜗轮。
蜗轮蜗杆的自锁
• 具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗 杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗 杆转动。蜗轮蜗杆减速机中蜗杆螺旋角较 小时，如单头蜗杆，在蜗杆停止转动时， 蜗轮给蜗杆一个反向滑力，不能使蜗杆反 向转动，这种现象叫蜗杆自锁。
蜗轮蜗杆传动的主要参数啮合条件与旋向判别模数压力角判断蜗轮相对于蜗杆的转向用左手或右手法则挡蜗杆为右旋蜗杆也分左右旋且判断方法与斜齿轮方向判断方法相同时用右手法则蜗轮蜗杆减速机蜗杆为左旋时用左手法则
蜗轮蜗杆传动
2019.10
作用
• 用于传递空间垂直交错两轴间的运动和力。 • 特点：传动比大，结构紧凑。
蜗轮蜗杆的结构、材料及润滑
• 1、蜗杆结构
蜗轮和蜗杆常用材料
• 蜗杆常用钢材制造，蜗轮常用有色金属 （铜合金，铝合金）制造。
• 青铜是金属冶铸史上最早的合金。在纯铜 （紫铜）中加入锡或铅的合金。
蜗轮蜗杆传动的失效和润滑
• 蜗轮蜗杆传动摩擦产生的热量较大，工作 时需要有良好的润滑条件，润滑的目的是 减摩与散热，以调高传动的效率，防止胶 合及减少磨损。润滑方式有油池润滑和喷 油润滑。
蜗轮蜗杆传动概述
• 蜗轮蜗杆传动是用来传递空间相互垂直不 相交的两轴间的运动或动力的传动机构。 蜗轮蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。蜗杆为 主动件，带动蜗轮转动。
• 阿基米德蜗杆
• 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 这种蜗杆，在 垂直于蜗杆轴线的平面（ 即端面）上，齿 廓为 阿基米德螺旋线（图阿基米德蜗杆），0°。它可在车床上 用直线刀刃的单刀（当导程角γ≤3°时）或 双刀（当γ>3°时）车削加工。
蜗轮蜗杆传动的主要参数啮合条 件与旋向判别
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。
第十一章 蜗杆传动
3. 相对速度较大，效率较低，摩擦磨损较严重，不适用于大功率 长期连续工作。 4.为防止或减轻磨损及胶合，常用青铜等贵重金属制造蜗轮，成 本高。 5. 为了避免过热，需要良好的润滑条件和散热装置。 6．反行程自锁，如铸工车间运铁水包的升降机构。
第二节 阿基米德圆柱蜗杆传动
一、 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 蜗轮蜗杆啮合时， 通过蜗杆轴线并垂 直于蜗轮轴线的平 面被称为中间平面 或主平面。 在中间平面上与阿基米德蜗杆相配的蜗轮是渐开线 齿廓，蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传 动，因此，中间平面是蜗杆传动设计计算的基准面。
d1 q m
5．蜗杆头数 z 1 和蜗轮齿数 z 2
由传动比并考虑效率来选定。一般为 z1 =1~4。
①传递运动，要求传动比大， z1 取小值。
②传递动力 ， z1取大值 ，传动效率和承载能力高；但太多， 蜗杆加工困难。 蜗轮齿数 z2 应根据传动比 i 和 z1 选取。不宜大于80。
6．传动比 i 和齿数比
蜗杆传动的变位图
（ a）
（a）凑中心距 a （c）凑中心距
（ b）
（ c）
； （b）不变位 。
a ， x2 0
， x2 0
x0
；
a a
2．调整传动比
设变位前后蜗轮的齿数分别为
z2 和 z 2
1 1 则有 a mq z 2 a mq 2 x z 2 2 2
求导并令其导数为零，得到当 45 对 在 40 左右时 1 有最大值。 即
tan 由公式 1 tan v
v
2
时
蜗杆传动 的效率与导 程角的关系
蜗轮传动的自锁现象：
tan v 蜗轮主动时 1 tan
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：
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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。
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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
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蜗轮蜗杆的工作原理
蜗轮蜗杆的工作原理
蜗轮蜗杆是一种常见的传动装置，它由一个带有螺旋线的蜗杆和与之啮合的蜗轮组成。
蜗轮蜗杆传动的工作原理如下：
1. 传动方式：蜗轮蜗杆传动采用摩擦传动方式，通过蜗杆的转动带动蜗轮旋转，并将动力传递到其他装置上。
2. 原理：蜗轮蜗杆传动基于蜗轮和蜗杆的啮合关系，其中蜗杆是一个螺旋线状结构，而蜗轮则是一个带有斜齿的齿轮。
3. 进行传动：当蜗杆转动时，由于其螺旋线的形状，会使蜗轮产生自锁现象。
这意味着即使取消外界施加在蜗轮上的转动力矩，蜗轮也能保持其位置，防止自身的转动。
4. 负载传递：蜗杆的旋转将动力传递给蜗轮，通过蜗轮的齿轮传动，将转动力矩转移到与之连接的设备或机械装置上。
5. 劣势：由于自锁现象的存在，蜗轮蜗杆传动具有较大的传动比和较高的效率，但传动效率相对较低，摩擦损耗较大。
因此，蜗轮蜗杆传动通常在低速高扭矩的应用中使用。
总结：蜗轮蜗杆传动的工作原理是通过摩擦传动的方式，利用蜗杆的螺旋线状结构产生自锁现象，将旋转力矩传递给蜗轮，并将转动力矩传递给其他设备或机械装置。
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4）传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮 合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大， 故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑 动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了 散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减 摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置， 因而成本较高 5）蜗杆轴向力较大
应用
蜗轮及蜗杆机构常被用于两 轴交错、传动比大、传动功率 不大或间歇工作的场合。
涡轮蜗杆传动机构
主讲教师：张红
涡轮蜗杆外部形状
蜗轮蜗杆减速机
涡轮蜗杆简介
蜗轮是一种与蜗杆相啮合、齿 形特殊的齿轮。蜗轮齿部的切削 加工一般用滚齿机完成，主要有 滚齿和飞刀切齿两种方法。制造 精密蜗轮时，可在滚齿或切齿后 再进行剃齿、珩齿或研齿等精整 加工。
结构：由蜗杆与蜗轮互相 啮合组成的交错轴间的齿轮传 动。通常两轴的交错角为90°。 动。通常两轴的交错角为90°。 一般蜗杆为主动件，蜗轮为从 动件。
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于齿轮与齿条, 蜗杆又与螺杆形状相似。
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，亦即蜗轮端面 端面的 端面 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。
蜗轮、蜗杆的结构
1.蜗轮的结构 常用蜗轮的结构形式如 下：
2.蜗杆的结构 2.蜗杆的结构 蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。 （1）铣制蜗杆
（2）车制蜗杆ຫໍສະໝຸດ 工作特点通过涡轮以及蜗杆90度的交叉配合实现传动。 结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动比为 7-80。 工作平稳无噪音。 传动功率范围大。 可以自锁。 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。
蜗轮及蜗杆机构的特点
1）可以得到很大的传动比：两轮啮合齿面间 为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜 齿轮机构 2）蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传 动，故传动平稳、噪音很小 3）具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮 齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性， 可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮， 而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中 使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起 安全保护作用