蜗杆传动类型
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《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
蜗杆传动的类型和特
蜗杆传动过程中，蜗杆和蜗轮之间的 接触面积较大，因此可以有效地分散 载荷，减少冲击和振动，从而实现平 稳的传动。
与其他传动方式相比，蜗杆传动产生 的噪音和振动相对较小，这对于需要 降低噪音污染的场合非常有利。
具有自锁性，可以反向自锁
蜗杆传动具有自锁性，即在某些情况下，蜗杆只能沿一个方 向转动，从而实现反向自锁。
蜗杆传动的类型和特
• 蜗杆传动的类型 • 蜗杆传动的特点 • 蜗杆传动的应用 • 蜗杆传动的维护与保养
01
蜗杆传动的类型
阿基米德蜗杆传动
概述
应用
阿基米德蜗杆传动是一种常见的蜗杆 传动形式，其特点是蜗杆的轴面与蜗 轮的轴面平行，且蜗杆的螺旋线是阿 基米德螺旋线。
阿基米德蜗杆传动广泛应用于减速机、 变速机、差速器等机械传动装置中。
蜗杆传动在化工搅拌器中作为搅拌轴的传动方式， 提高混合效果。
阀门控制
蜗杆传动用于控制化工阀门，实现精确的流量和 压力调节。
04
蜗杆传动的维护与保养
定期检查蜗杆的磨损情况
总结词
定期检查蜗杆的磨损情况是蜗杆传动 维护的重要步骤，有助于及时发现并 处理潜在问题，确保传动的稳定性和 可靠性。
详细描述
在检查过程中，应特别关注蜗杆的齿 面磨损情况，观察是否有剥落、裂纹 等现象。同时，要检查蜗杆的轴向间 隙和侧向间隙是否在规定范围内，以 判断蜗杆的磨损程度。
应用
法向直廓蜗杆传动在某些特定场合，如船舶、矿山机械等重型设备 中得到应用。
渐开线蜗杆传动
01
概述
渐开线蜗杆传动是一种基于渐开线螺旋面的蜗杆传动形式。其特点是蜗
杆的螺旋线是渐开线，而蜗轮的轴面则是与渐开线螺旋面相切的平面。
02
特点
与其他传动方式相比，蜗杆传动产生 的噪音和振动相对较小，这对于需要 降低噪音污染的场合非常有利。
具有自锁性，可以反向自锁
蜗杆传动具有自锁性，即在某些情况下，蜗杆只能沿一个方 向转动，从而实现反向自锁。
蜗杆传动的类型和特
• 蜗杆传动的类型 • 蜗杆传动的特点 • 蜗杆传动的应用 • 蜗杆传动的维护与保养
01
蜗杆传动的类型
阿基米德蜗杆传动
概述
应用
阿基米德蜗杆传动是一种常见的蜗杆 传动形式，其特点是蜗杆的轴面与蜗 轮的轴面平行，且蜗杆的螺旋线是阿 基米德螺旋线。
阿基米德蜗杆传动广泛应用于减速机、 变速机、差速器等机械传动装置中。
蜗杆传动在化工搅拌器中作为搅拌轴的传动方式， 提高混合效果。
阀门控制
蜗杆传动用于控制化工阀门，实现精确的流量和 压力调节。
04
蜗杆传动的维护与保养
定期检查蜗杆的磨损情况
总结词
定期检查蜗杆的磨损情况是蜗杆传动 维护的重要步骤，有助于及时发现并 处理潜在问题，确保传动的稳定性和 可靠性。
详细描述
在检查过程中，应特别关注蜗杆的齿 面磨损情况，观察是否有剥落、裂纹 等现象。同时，要检查蜗杆的轴向间 隙和侧向间隙是否在规定范围内，以 判断蜗杆的磨损程度。
应用
法向直廓蜗杆传动在某些特定场合，如船舶、矿山机械等重型设备 中得到应用。
渐开线蜗杆传动
01
概述
渐开线蜗杆传动是一种基于渐开线螺旋面的蜗杆传动形式。其特点是蜗
杆的螺旋线是渐开线，而蜗轮的轴面则是与渐开线螺旋面相切的平面。
02
特点
第五讲蜗杆传动
二、蜗杆传动的类型
根据蜗杆的形状可分为：圆柱蜗杆传动和环面蜗杆传动。圆柱 蜗杆按螺旋面形状的不同可分为渐开线蜗杆和阿基米德蜗杆。由 于阿基米德蜗杆加工方便，所以应用广泛。
三、蜗杆传动的特点和用途
1.传动比大。
i=10--40,最大可达80。 若只传递运动，传动比可达1000。
2.传动平稳、噪声小。 3.可制成具有自锁性的蜗杆。 4.效率较低。 η=0.7——0.8。 5.蜗轮造价较高。
5、蜗杆传动的特点
传动比大；传动平稳，噪声小；容易实现自锁。承 载能力大；蜗轮的分度圆柱面由直线变为弧线，使 蜗杆与蜗轮的啮合呈线接触，同时进入啮合的齿数 较多，因此与点接触的交错轴斜齿轮传动相比，承 载能力大；传动效率低。蜗杆副啮合区滑动速度很 大，摩擦损失大，因此传动效率低。
二、蜗杆传动的主要参数和啮合条件
3）．蜗杆头数、蜗轮齿数和传动比 一般推荐z1=1～4，最多为6。单头蜗杆容易切
削，导程角小，自锁性好，效率低。蜗杆头数越多， 加工越困难，分度误差越大。在传动中，蜗轮齿数 不宜过多，否则将使结构不紧凑。对于动力传动， 一般推荐z2=29～70，为了避免根切现象，取 z2≥27，通常蜗轮齿数按传动比来确定，z2=iz1。
? 蜗杆结构：蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。
? 涡轮结构：涡轮常采用组合结构，连接方式有铸造连接、 过盈连接和螺栓连接。 2、蜗杆传动的分类
1）按蜗杆头数分：有单头蜗杆和多头蜗杆。 2）按蜗杆螺旋线方向分：有左旋蜗杆和右旋蜗杆。
3）按蜗杆形状分：有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和 锥蜗杆传动。
3、蜗杆传动回转方向的判定 ：蜗轮的回转方向不仅与 蜗杆的回转方向有关，且与蜗杆轮齿的螺旋方向有关。
1、蜗杆与涡轮材料的选择； 2）蜗杆传动的润滑与散热。
机械设计基础讲义第八章蜗杆传动
（a ）圆柱蜗杆传动 （b ）环面蜗杆传动 （c ）锥面蜗杆传动图8.2 蜗杆传动的类型机械设计基础讲义第八章蜗杆传动具体内容 蜗杆传动特点与类型；蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算；蜗杆传动的效率、热平衡计算及润滑；蜗杆传动受力分析与计算载荷；蜗杆传动失效形式与设计准则；蜗杆传动材料与许用应力；蜗杆强度计算；蜗杆刚度计算；蜗杆传动的结构设计。
重点 蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算；蜗杆传动受力分析；蜗杆强度计算；蜗杆刚度计算。
难点 蜗杆传动受力分析。
第一节 蜗杆传动的特点与类型蜗杆传动由蜗杆与蜗轮构成（图8.1），用于传递交错轴之间的运动与动力，通常两轴间的交错角︒=∑90。
通常蜗杆1为主动件，蜗轮2为从动件。
一、蜗杆传动的特点1、优点传动比大；工作平稳，噪声低，结构紧凑；在一定条件下可实现自锁。
2、缺点发热大，磨损严重，传动效率低（通常为0.7～0.9）；蜗轮齿圈常使用铜合金制造，成本高。
二、蜗杆传动的类型根据蜗杆形状的不一致，蜗杆传动可分为圆杆蜗杆传动、环面蜗杆传动与锥面蜗杆传动三种类型，如图8.2所示。
图8.1 蜗杆传动 1－蜗杆，2－蜗轮根据加工方法不一致，圆柱蜗杆传动又分为阿基米德蜗杆传动（ZA型）、法向直廓蜗杆传动（ZN型）、渐开线蜗杆传动（ZI型）与圆弧圆柱蜗杆传动（ZC型）等。
前三种称之普通圆柱蜗杆传动，见图8.3所示。
（a）阿基米德蜗杆（b）法向直廓蜗杆（c）渐开线蜗杆图8.3 普通蜗杆的类型第二节圆柱蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算在普通圆柱蜗杆传动中，阿基米德蜗杆传动制造简单，在机械传动中应用广泛，而且也是认识其他类型蜗杆传动的基础，故本节将以阿基米德蜗杆传动为例，介绍蜗杆传动的一些基本知识与设计计算问题。
一、蜗杆传动的基本参数通过蜗杆轴线并垂直于蜗杆轴线的平面称之中间平面，见图6.4。
在中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿条与齿轮的啮合。
因此，设计圆柱蜗杆传动时，均取中间平面上的参数与几何尺寸作为基准。
6-9 蜗杆传动
蜗杆
1
2
左旋
动画
蜗杆传动的特点和用途 1）传动比大，结构紧凑。 i=10—40,最大可达80。 若只传递运动，传动比可达1000。 2）传动平稳、振动、冲击噪声小。 3) 可制成具有自锁性的蜗杆。 4) 效率较低。η =0.7—0.8。 5) 轮齿间的相对滑动速度大，传动效 率低，需用减摩耐摩的材料制造蜗轮， 成本高。
整体式蜗轮
齿圈式蜗轮
镶铸式蜗轮
螺栓联接式蜗轮
观看涡轮照片
五 蜗杆传动的效率
1 蜗杆传动效率
h h1 h 2 h 3
h1─计及啮合摩擦损耗的效率； h2─计及轴承摩擦损耗的效率； h3─计及溅油损耗的效率； h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定： tan 式中： －蜗杆的导程角； h1 tan( v ) －当量摩擦角。
平面定轴轮系从动轮的转向，也可以采用画箭头的方法确定。 箭头方向表示齿轮（或构件）最前点的线速度方向。
3）空间定轴轮系传动速比的计算
传动速比的大小仍采用 推广式计算，确定从动轮的 转向，只能采用画箭头的方 法。圆锥齿轮传动，表示齿 轮副转向的箭头同时指向或 同时背离相互啮合处。 蜗杆传动，从动蜗轮转向 判定方法用蜗杆“左、右手 法则” 。
角标a和b分别表示输入和输出 轮系的速比计算，包括计算其速比的大小和确定输出轴 的转动方向两个内容。 最简单的定轴轮系是由一对齿轮所组成的。其传动速比为 i=n1/n2 = ±z2/ z1
一对齿轮的传动比大小为其齿数的反比。若考虑转向关 系，外啮合时，两轮转向相反，传动比取“-”号；内啮合时， 两轮转向相同，传动比取“+”号。
方向判断如图所示
例：如图所示的轮系，已知 z1=24， z2=46， z2’＝23， z3=48， z4=35， z4’＝
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
蜗轮蜗杆传动类型简介
潘存云教授研制
20
编辑ppt
潘存云教授研制
21
γ′
潘存云教授研制
dx
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
延伸渐开线
潘存云教授研制
编辑ppt
2α 车刀对中齿槽中心法面 15
蜗杆传动的类型
阿基米德蜗杆
普通圆柱 渐开线蜗杆 蜗杆传动 法向直廓蜗杆
圆柱蜗杆传动
锥面包络圆柱蜗杆
类 型
环面蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆传动
γ
潘存云教授研制
潘存云教授研制
圆柱蜗杆
潘存云教授研制
编辑环pp面t 蜗杆
潘存云教授研制
锥蜗杆 2
蜗杆的类型
圆柱蜗杆
环Байду номын сангаас蜗杆
圆锥蜗杆
普通圆柱蜗杆
（按刀具位置不同）
阿基米德蜗杆 延伸渐开线（法向直廓）蜗杆
渐开线蜗杆
编辑ppt
3
2、根据齿面形状不同分为：
普通蜗杆传动
编辑ppt
圆弧圆柱蜗杆传动
4
二、蜗杆传动的类型
1、按蜗杆形状分
普通圆柱 蜗杆传动
圆弧圆柱 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
延伸渐开线
dx
γ
潘存云教授研制
潘存云教授研制
α 编辑ppt
α 车刀对中齿厚中心法面 14
蜗杆传动的类型
普通圆柱
蜗杆传动
圆柱蜗杆传动
类 型
环面蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆传动
法向直廓蜗杆(ZN)
γ
潘存云教授研制
圆柱蜗杆传动
编辑ppt
8、蜗杆传动
第8讲蜗杆传动学习目标及考纲要求1．了解蜗杆传动的组成与应用特点。
2．掌握蜗杆传动的传动比与几何尺寸计算。
3．掌握蜗杆传动的旋转方向与受力方向的判定方法，熟悉其正确啮合条件。
知识梳理一、蜗杆传动的组成及类型1．蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮、机架等构件组成，是利用蜗杆副传递运动和动力的一种机械传动装置.2．蜗杆与蜗轮的轴线在空间互相垂直交错成90°。
3．在蜗杆传动中,蜗杆通常为主动件。
4．蜗杆传动的类型蜗杆的类型很多,根据外形不同，有圆柱蜗杆、环面蜗杆、锥蜗杆等。
根据齿形不同，普通圆柱蜗杆有阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆等。
其中阿基米德蜗杆应有最广泛。
(见表1—8—1）主平面内，蜗杆传动相当于齿条传动。
主平面内，蜗杆齿形是直线，相当于齿条；蜗轮齿形是渐开线，相当于齿轮.二、蜗杆传动的特点(见表1-8—2）四、蜗杆传动的基本参数(见表1—8—4）表1-8—4五、蜗杆传动的几何尺寸计算（见表1-8-5）mq2mzh d 211+=(2*)a a d m q hh d 222+=2(2*)a d m z h h d 211-=(2*2*)a d m qh c f h d d 222-=2(2*2a dm z h c=2cos mzcosp m απcos cos p m απcos mf a h h +=(2**)a h m h cf a h h +=(2**)a h m h c*a mh *a mh (**)a m h c(**)a m h c*c m*c m2)2m z +齿顶高系数1，顶隙系数*0.2c六、蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动在中间平面内的正确啮合条件如下：1。
蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数，即12x t m m m 。
2。
蜗杆的轴向齿形角等于蜗轮的端面齿形角,即1220x t 20°.3. 蜗杆的导程角等于蜗轮的螺旋角，且旋向相同，即。
γ1=β七、齿轮传动的受力分析（见表1—8—6)表1—8—6八、蜗杆传动的失效1. 蜗杆传动的失效总发生在蜗轮上。
机械设计-蜗杆传动
继续…
传动的热平衡。
蜗轮轮齿折断
返回原处
蜗轮齿面磨损
返回原处
蜗轮齿面胶合
返回原处
蜗杆齿面点蚀
返回原处
§3. 蜗杆传动的主要失效形式
三、常用材料
高速重载
蜗杆
低碳合金钢+渗碳淬火 中碳钢或中碳合金钢+表面淬火
低速中载
中碳钢+调
质
vs≥3 m/s 重要传动
铸造锡青铜
蜗轮 vs≤4 m/s 一般传动
蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
二 、
校核计算公式
F1.m 53 K 1d2 T2YF2aY[F]
强 度 计
设计计算公式
m2d11z.523KFT2YFa2Y
算 [F] ——蜗轮的许用弯曲应力, [F] =KFN [F]'
[F]' ——表11-8。 YFa2——齿形系数，图11-19
Y——螺旋角影响系数 Y 1140
铸造铝铁青铜
vs<2 m/s 不重要传动
灰铸铁
§4. 蜗杆蜗轮常见结构
蜗 杆 结 构
§4. 蜗杆蜗轮常见结构
蜗轮结构
整体式
拼铸式 螺栓联接式 齿圈式 组合式
§5. 蜗杆传动的承载能力计算
Ft1
Fa2
2T1 d1
Fa1
Ft 2
2T2 d2
T2T1i12
Fr1 Fr 2 Ft 2tg
Fn
Fa1 cos n cos
)2
计 算
K ——载荷系数，K=KAKKV。
[]H ——蜗轮许用接触应力。
ZE ——弹性系数，青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆
配对时， ZE =160MPa1/2
蜗杆传动的特点和类型圆柱蜗杆传动的几何参数及尺寸计算
2.改善散热措施 改善散热措施: 改善散热措施
1000P (1 −η) 1 ∆t = t − t0 = ≤ 60 ~ 70°C αt ⋅ A
(1)增大散热面积Ａ (2)提高散热系数αt： 轴上装风扇、装蛇形冷却管、 循环油冷却 图12-11
小结： 1.蜗杆传动的特点：i很大，一般i=7～80, 分度 ｉ＝500 ；平稳 ；紧凑 ；可自锁 Ｖs大→效率低, 发热大→贵重金属→价高 α 2.参数计算: 中间平面m、 →标准 ｄ1＝ｍ·Ｚ1／tgγ ≠ m·Z1 i = Z2 / Z1≠ d2 / d1 3.蜗杆传动受力分析 4.蜗杆传动的主要失效形式及强度计算依据 5.蜗杆传动效率及热平衡计算目的及方法。
右
4. 蜗轮的转向 蜗轮的转向→ 与Fa 1 反向 作业:12－3 ) P.192 改动:(2)各轮轴向力的方 向→各轮作用力的方向。 12－6)
Fa1 Fa2
Fr1 Ft1 Ft2 Fr2
Fr1 Fa1 Ft1 Fa2 F Fr2
t2
右
§12-5圆柱蜗杆传动的强度计算 圆柱蜗杆传动的强度计算: 圆柱蜗杆传动的强度计算
§10-6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 p.190 一 蜗杆传动的效率 蜗杆传动的效率: ∵VS大→ 摩擦、磨损大→发热大、效率低
(12-10)
1.蜗杆传动的效率: ) 蜗杆传动的润滑 tgγ 蜗杆传动的效率 蜗杆传动的效率 (二 二 η = η1η2η3 =三0蜗杆传动的热平衡计算 ( .95 ~ 0.97) (三)蜗杆传动的热平衡计算′
蜗轮轮齿上(结构、材料 蜗轮轮齿上 结构、材料) 结构
(二)蜗杆、蜗轮的材料 二 蜗杆 蜗杆、 (三)蜗杆、蜗轮的结构 三 蜗杆 蜗杆、
11-01 蜗杆传动的类型
这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面上，齿廓为阿基米德 螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓为直线，其齿形角为20°。
单刀车削加工：γ≤3°
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
双刀车削加工：γ＞3° 安装刀具时：切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线，蜗杆磨 削困难。
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面齿廓为直线。
11-1 蜗杆传动的类型
根据蜗杆的形状进行分，蜗杆传动可分类：
• 承载能力大，效率高，但是制造安装精度要求高。
（1）圆柱蜗杆传动
• 普通圆柱蜗杆：
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 锥面包络蜗杆（ZK蜗杆） • 圆弧圆柱蜗杆（ZC蜗杆）
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
车刀对中齿厚中线法面
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
车刀对中齿槽中线法面
渐开线蜗杆（ZI 蜗杆）
这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相当于一个少齿数、 大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。安装刀具时：切削刃的顶面必 须与基圆柱相切。蜗杆可在专机上磨削。
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
这是一种非线性螺旋齿面蜗杆。它是在铣床上铣制并在磨 床上磨削出来的。
（4）滚动蜗杆传动
（4）滚动蜗杆传动
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
可以进行磨齿 与上述蜗相配的蜗轮的齿廓随蜗杆齿廓而异，一般是在滚 齿机上用滚刀或飞刀加工的。 为也保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，切削蜗轮的滚刀齿廓应 与蜗杆的齿廓一致，滚刀时的中心距也应与传动的中心距动与普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形 状有所区别。主要特点：效率高（90%）、承载能力高。
（2）环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特征是：蜗杆体在轴向的外形是以凹圆弧 为母线所形成的旋转曲面。这种传动的啮合带内，蜗轮的节圆 位于蜗杆的节弧面上，亦即蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮。
单刀车削加工：γ≤3°
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
双刀车削加工：γ＞3° 安装刀具时：切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线，蜗杆磨 削困难。
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面齿廓为直线。
11-1 蜗杆传动的类型
根据蜗杆的形状进行分，蜗杆传动可分类：
• 承载能力大，效率高，但是制造安装精度要求高。
（1）圆柱蜗杆传动
• 普通圆柱蜗杆：
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 锥面包络蜗杆（ZK蜗杆） • 圆弧圆柱蜗杆（ZC蜗杆）
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
车刀对中齿厚中线法面
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
车刀对中齿槽中线法面
渐开线蜗杆（ZI 蜗杆）
这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相当于一个少齿数、 大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。安装刀具时：切削刃的顶面必 须与基圆柱相切。蜗杆可在专机上磨削。
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
这是一种非线性螺旋齿面蜗杆。它是在铣床上铣制并在磨 床上磨削出来的。
（4）滚动蜗杆传动
（4）滚动蜗杆传动
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
可以进行磨齿 与上述蜗相配的蜗轮的齿廓随蜗杆齿廓而异，一般是在滚 齿机上用滚刀或飞刀加工的。 为也保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，切削蜗轮的滚刀齿廓应 与蜗杆的齿廓一致，滚刀时的中心距也应与传动的中心距动与普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形 状有所区别。主要特点：效率高（90%）、承载能力高。
（2）环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特征是：蜗杆体在轴向的外形是以凹圆弧 为母线所形成的旋转曲面。这种传动的啮合带内，蜗轮的节圆 位于蜗杆的节弧面上，亦即蜗杆的节弧沿蜗轮的节圆包着蜗轮。
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
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计算热平衡 蜗杆刚度
常用材料
要求：1）足够的强度 2）良好的减摩、耐磨性 3）良好的抗胶合性
蜗杆：40、45、40Cr
蜗轮： 铸造锡青铜，铸造铝铁青铜
二、蜗杆传动的受力分析 力的大小
圆周力
Ft1
2T1 d1
Fa2
轴向力
Ft 2
2T2 d2
Fa1
径向力
Fr1 Fr2 Ft2tg
第十章 蜗杆传动
§10—1 蜗杆传动的类型及特点
一、蜗杆传动的类型
1、按蜗杆形式分类 圆柱蜗杆传动
环面蜗杆
锥蜗杆
2 按刀具加工位置分
阿基米德蜗杆
渐开线蜗杆
车削工艺好， 精度低， 中小载荷， 使用逐渐 减少
法向直廓蜗杆
**圆弧圆柱蜗杆传动 (ZC)
阿基米德蜗杆(ZA )
渐开线蜗杆(ZI)
法向直廓蜗杆(ZN)
F
1.53KT2
d1d2m cos
YFa2Y
[ ]F
YFa2 —— 蜗轮齿形系数 当量齿数，图10-15
[ ]F [ ]oF K Fn
[ ]—oF—蜗轮基本许用应力，表10-8
设计公式
m 2 d1
1.53KT2
Z2 cos [ ]F
YFa2Y
（表10-2）定m、d1
一、蜗杆传动的滑动速度
V1 ——蜗杆节点圆周速度
V2——蜗轮节点圆周速度
蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs
VS
V1
cos
d1n1
60 1000 cos
V1
较大的VS引起：
1、易发生齿面磨损和胶合
2、如润滑条件良好 , 有助于 形成润滑油膜，减少摩擦、 磨损，提高传动效率
2 d2
v2
三、圆弧圆柱蜗杆的参数及几何尺寸
表 11-9
四、圆弧圆柱蜗杆传动强度计算
失效形式同普通圆柱蜗杆传动 据 功率 P1，转速n1和传动比I 确定中心距a，然
后据表11-10 确定主要几何参数，表11-11 计算基本几 何尺寸
1) 校核蜗轮齿面接触疲劳强度的安全系数 2) 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度的安全系数
2）为使II轴上蜗轮与
锥齿轮所受的轴向力
方向相反，蜗轮旋向
如何。
n4
3）蜗杆旋向及其转向
如何。
图示蜗杆-斜齿轮减速器，蜗杆1主动，螺旋线方 向如图示，要求齿轮4所受轴向力Fa4的方向指向轴 的输出端，并使中间轴II所受的轴向力能抵消一部 分，试确定齿轮3、4轮齿的螺旋线方向及蜗杆转向。
§11—4 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
齿圈式
螺栓联接式 整体浇铸式
拼铸式
例
求蜗杆的转向和轮的旋向（蜗杆主动）
n2Leabharlann n1试求图示传动中：1）齿轮z2的螺旋线方向； 2）为使轴II上受的轴向力 最小，蜗杆和蜗轮的旋向 如何；他们的转向如何 3）画出蜗轮所受三个分力 的方向。
图示传动装置，蜗杆轴I由电动机驱动，锥齿轮轴III
接工作机，并已知III轴上锥齿轮的旋转方向n4。 1）画出II轴锥齿轮所受的三个分力（Fr3、Ft3、Fa3）
d2=d'2=mz2
O2
a
分度线(节线)
P
蜗杆中心线
(b)
a'
d2=d'2=mz2
O2
节线
P
分度线 蜗杆中心线
(c)
2）中心距不变，a a
d2=d'2=mz2
O2
Z2改变
Z2 Z2 i12 Z 2 Z1 i12 Z 2 Z1
d2=d'2=mz2
O2
d1 d'1 a
a a' d'1 d1 a
tg
分析：
d1 q m
q z1 tg
tg z1 q
Z1不变： q↑→γ↓ m不变d1↑→蜗杆刚度↑→η↓ q↓→γ↑ m不变d1↓→蜗杆刚度↓→η↑
直径系数 q要适当选取。
Z 1↓→传动比↑ q不变γ ↓→易制造→效率↓
pa p z(导程)=z1p a
4、导程角
如图
tg a
已知蜗杆转向和 蜗轮旋向，求各轮 所受的力、及旋向？ （要求中间轴上的 力最小）
三、蜗杆传动的强度计算 1、蜗轮齿面接触疲劳强度计算
按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算
校核公式
H Z E Z P KT2 / a3 [ ]H
ZE——材料的弹性系数 ZP——接触系数
（1）当蜗轮材料 B 300MP , 许用应力 [ ]H 查表10-6
P
1
d1
v2
vs v1
二、蜗杆传动的效率
1 2 3
1——由啮合摩擦损耗所决定的效率
1 tg / tg( V )
V —— 当量摩擦角 查表10-9
2 ——轴承的效率
3 ——蜗杆或蜗轮搅油引起的效率
蜗杆传动设计时，可根据蜗杆头数估取传动效率 Z1 1， 2， 4， 6 效率 0.7， 0.8， 0.9， 0.95
3、润滑油量
浸油深度
1 3
d
a
2
四、蜗杆传动热平衡计算
原因—— 效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降 润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。
设蜗杆传动功率为P（ K W）,效率为
蜗杆传动单位时间的发热量为 H1 1000P(1)
自然冷却方式，单位时间散热量为 H S t t
一、特点
1) 传动比范围大 1：100
2）齿廓凸凹啮合，有利于润滑油膜的形成 3）啮合效率高 95%
4） 采用凸凹弧齿廓相啮合及 230 承载能力较普通蜗杆高
5）传动中心距难以调整，对中心距误差的敏感性强
二、传动的主要参数及其选择
1) 齿形角 α0
0 230
2) 变位系数 3) 齿廓圆弧半径 ρ
tg n cos
5、传动比 i 和齿数比 u
i Z从 Z主
u Z大 Z小
d1
6、蜗轮齿数Z2 Z2min 28
Z2max 80
Z 1=1 Z 2=17 ～18
Z 1≥2 Z 2min≥27
Z 2max≤80
个别可达100（分度传动不受此限制）通常 Z 2=32 ～68
7、标准中心距 a
提高效率的途径
z1 ( tg z1m ) d1
一般
蜗杆制造困难 280
V
采用减摩性好的材料，如青铜
蜗杆放在高速级 v1
vS
V
表 11-18 表 11-19
三、蜗杆传动的润滑
目的：1）提高效率； 2）降低温升，防止磨损和胶合
1、润滑油——表11-20
2、润滑油粘度及给油方法——表11-21
分度线
节线 P
蜗杆中心线
P
蜗杆中心线
节线 分度线
(d)
(e)
三、蜗杆传动的几何尺寸计算 蜗轮喉圆直径da2、蜗轮顶圆直径de2，蜗轮齿宽B，
蜗轮齿宽角，蜗杆齿宽b1等
表 11-3
§11—3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算
一、失效形式，设计准则及常用材料
蜗轮 过度磨损
齿面胶合
闭式传动： 按齿面接触疲劳强度设计 校核齿根弯曲疲劳强度
蜗杆传动箱
四、蜗杆的刚度计算
计算模型： 简支梁
蜗杆最大挠度： y
集中载荷：P Ft12 Fr21
Ft12 Fr21 L3 [ y] 48EI
[y] d1 1000
五、普通圆柱蜗杆传动精度等级及其选择
高
→
低
精度等级 1，2，…，6，7，8，9，10，11，12
远景
常用
§10—5 蜗杆传动效率、润滑及热平衡计算
a
m 2
(q
Z2)
1 2
m(Z1
Z2)
表 11-2 基本尺寸及参数
二、蜗杆传动变位的特点 变位的目的 ：配凑中心距、提高承载能力及传动效率
1）中心距改变 a a ，Z2不变，Z2 Z2 ，传动比i12不变
a
a
2=d'2=mz2
O2
分度线
P
节线
蜗杆中心线
(a)
a'
d1=d'1
2
d
0
αd——箱体表面散热系数
S ——箱体散热面积
t ——油的工作温度( 60-700C ) t0——环境温度200C
达到热平衡时
1000P1 St t
d
0
可得到热平衡时的温度
t t 1000P(1) (C) [t] 80C
0
S
d
如 t >80°时措施：
Fn
Ft 2 cos n cos
2T2
d 2 cos n cos
力的方向和蜗轮转向的判别
圆周力 Ft——主反从同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右
手螺旋定则
蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
判定蜗轮转向 例1
判定蜗轮转向 例2
例：2级蜗杆-斜齿轮传动
（2）若蜗轮材料 B 300MP ,许用应力与循环次数有关
[ ]H K HN [ ]OH
[ ]OH —基本许用接触应力，表10-7
K HN
—接触强度寿命系数
K HN
8
107 N
设计公式
a
3