第8章 蜗杆传动
刘：齿轮、蜗杆传动复习题
第七章齿轮传动一、是非题1、为了提高小齿轮的承载能力，通常取小齿轮的宽度比大齿轮宽度宽5~10mm.√2、相互啮合的齿轮，齿面接触强度一定相等，齿根弯曲疲劳强度一般不等。
3、在渐开线圆柱齿轮传动中，相啮合的大小齿轮工作载荷相等，所以两者的齿根弯曲应力以及齿面接触应力也分别相等。
4、（对于闭式软齿面）齿轮传动在保证接触和弯曲强度的条件下,应采用较小的模数和较多的齿数,以便改善传动质量,节省制造费用。
（提高重合度，提高传动平稳性）5、渐开线齿轮可通过轮齿的齿顶修缘来降低动载荷系数。
6、直齿圆锥齿轮平均分度圆的模数是标准的。
7、齿根所受的最大弯矩发生在轮齿啮合点位于单对齿啮合区最低（高）点时。
×8、设计直齿圆柱齿轮传动时，为了使尺寸尽量小，所以在公式中取大者代入计算。
齿面接触强度一定相等，齿根弯曲疲劳强度一般不等。
9、齿轮软、硬齿面以HB350为界，是因为软、硬齿面齿轮的设计准则不同。
√10、斜齿圆柱齿轮强度计算中通常按齿轮齿数（当量齿数）查取Y FS。
×11、在圆锥齿轮强度计算中，一般按齿宽中点计算。
12、一般情况下，一对相啮合齿轮中,小齿轮许用强度较大齿轮许用强度高。
13、在闭式齿轮传动中，一般需按弯曲疲劳强度，接触疲劳强度设计校核脆性材料齿轮。
√14、齿轮在悬臂布置时一般选较大齿宽系数。
15、齿面点蚀是润滑良好的软齿面闭式齿轮传动常见的失效形式。
√16、对轮齿沿齿宽作适当的修形（鼓形齿），可以大大改善载荷沿接触线分布不均匀的现象。
√17、齿轮的齿形系数Y Fa与模数无关，与齿廓形状有关。
√18、齿轮传动中，经过热处理的齿面称为硬齿面，而未经热处理的齿面称为软齿面。
×都需要热处理，硬齿面需要硬化19、为了减小Kβ值，应将齿轮制成鼓形齿。
√（齿向载荷分布系数）20、影响齿轮动载荷系数的主要因素是圆周速度和安装刚度（制造精度）。
×21、直齿圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数增加齿数时，则降低了轮齿的弯曲强度。
机械设计基础作业(三)
机械设计基础课程形成性考核作业三第8章齿轮传动1．渐开线齿廓形状取决于________直径大小。
A．节圆B．分度圆C．基圆D．齿顶圆2．对于标准直齿圆柱齿轮，决定齿廓形状的基本参数是________，________，________。
3．标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的_________模数和_________都相等，齿轮的_________角相等、旋向_________。
4．采用展成法加工正常齿齿轮时，不发生根切的最少齿数是_______5．一对齿轮啮合时，两齿轮的________始终相切。
A．分度圆B．基圆C．节圆D．齿根圆6．已知一标准渐开线直齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径d a1＝77.5mm，齿数z1＝29。
现要求设计一个大齿轮与其相啮合，传动的安装中心距a＝145mm，试计算这个大齿轮的主要尺寸。
（分度圆直径d2、齿顶圆直径d a2、齿根圆直径d f2、基圆直径d b2）7．两级平行轴斜齿圆柱齿轮传动如图所示，高速级m n＝3mm，β1＝15°Z2＝51；低速级m n＝5mm，Z3＝17试问：（1）低速级斜齿轮旋向如何选择才能使中间轴上两齿轮轴向力的方向相反?（2）低速级齿轮取多大螺旋角β2才能使中间轴的轴向力相互抵消?8．单级闭式直齿圆柱齿轮传动，已知小齿轮材料为45钢，调质处理，大齿轮材料为ZG45，正火处理，已知传递功率P l＝4kW，n1＝720r/min，m＝4mm，z l＝25，z2＝73，b1=84mm，b2=78mm，双向运转，齿轮在轴上对称布置，中等冲击，电动机驱动。
试校核此齿轮传动的强度。
第9章蜗杆传动1．为什么将蜗杆分度圆直径d l规定为蜗杆传动中的标准参数？2．为什么蜗杆的传动比i只能表达为i＝z2/z1，却不能以i＝d2/d1来表示？3．图示的各蜗杆传动均以蜗杆为主动件。
试标出图中未注明的蜗轮或蜗杆的转向及旋向，并画出蜗杆和蜗轮受力的作用点和三个分力的方向。
《机械设计基础》考试参考试卷及答案
《机械设计基础》课程复习参考题2013年元月第一章概论一、填空题1、在完整的机构中由三类构件组成，分别为、和机架。
2、机械装置中是运动的单元体，是制造的单元体。
3、机械零件由于某种原因丧失正常工作能力称之为。
4、机器和机构总称为。
二、简答题1、机械零件常见的失效形式有哪些?2、机械零件常用的材料有哪些？第二章平面机构的运动简图及自由度一、填空题1、构件的自由度是指。
2、两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留个自由度。
3、机构中的运动副是指。
4、机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。
5、在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，而引入一个低副将引入_____个约束，构件数、约束数与·机构自由度的关系是。
6、在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的运动副是副。
7、计算平面机构自由度的公式为Ｆ=，应用此公式时应注意判断：((A))铰链，((B))自由度，((C))约束。
8、机构中的复合铰链是指；局部自由度是指；虚约束是指。
二、选择题1、有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，则其自由度等于。
(A) 0；(B) 1；(C) 22、原动件的自由度应为。
(A) 1；(B) +1；(C) 03、在机构中原动件数目机构自由度时，该机构具有确定的运动。
(A) 小于；(B) 等于；(C))大于。
4、计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度就会。
(A) 增多；(B) 减少；(C) 不变。
5、构件运动确定的条件是。
(A)自由度大于1；(B) 自由度大于零；(C) 自由度等于原动件数。
6、车轮在导轨上移动时，车轮与导轨间构成。
(A)转动副(B)移动副(C)高副7、平面机构中，如引入一个转动副，将带入个约束，保留个自由度。
(A)2，1 (B)1，2 (C)1，18、平面机构中，如引入一个高副，将带入个约束，保留个自由度。
机械设计专升本章节练习题(含答案)——蜗杆传动
第14章 蜗杆传动【思考题】14-1 蜗杆传动的特点及应用场合是什么？14-2 为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？ 14-3 蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？14-4 蜗杆传动的传动比计算公式是什么？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？ 14-5 如何进行蜗杆传动的受力分析？各力方向如何确定？与齿轮传动的受力有何不同？ 14-6 蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？14-7 在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？蜗杆的强度任何考虑？蜗杆的刚度在什么情况下才需要计算？14-8 蜗杆传动的效率受哪些因素影响？为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常只有40%左右？14-9 为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？采用什么原理进行计算？当热平衡不满足要求时，可以采取什么措施？A 级能力训练题1. 与齿轮传动相比较，不能作为蜗杆传动的优点的是______。
（1）传动平稳，噪音小 （2）传动比可以很大（3）在一定条件下能自锁 （4）传动效率高2. 蜗杆与蜗轮正确啮合条件中，应除去______。
（1）21t a m m = （2）21t a αα= （3）21ββ= （4）螺旋方向相同3. 蜗杆传动的主要失效形式是______。
（1）蜗杆断裂 （2）蜗轮轮齿折断（3）蜗轮齿面产生胶合、疲劳点蚀及磨损4. 蜗杆传动的失效形式与______因素关系不大。
（1）蜗杆传动副的材料 （2）蜗杆传动载荷性质（3）蜗杆传动的滑动速度 （4）蜗杆传动的散热条件5. 在润滑良好的情况下，减摩性最好的蜗轮材料是______。
（1）铸铁 （2）黄铜 （3）锡青铜 （4）无锡青铜6. 蜗杆传动较为理想的材料组合是______。
（1）钢和钢 （2）钢和青铜 （3）钢和铝合金 （4）钢和铸铁7. 在蜗杆传动设计中，除规定模数标准化外，还规定蜗杆直径d l 取标准，其目的是______。
蜗杆传动PPT演示课件
Fa1
从动轮转向 n2
Fr1
机械基础部分
20
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
机械基础部分
21
例1：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗 杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。
铸锡青铜：适用于齿面滑动速度 较高的传动。 （抗胶合能力强，抗点蚀能力差）
蜗轮常用材料有：铸铝青铜：vs≤ 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差） 灰铸铁： vs≤ 2 m/s 的场合，且要进行时效 处理，防止变形。
机械基础部分
6
二、蜗杆、涡轮的结构
1. 蜗杆的结构 蜗杆常和轴做成一个整体。
★无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
机械基础部分
5
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。
机械基础部分
1
蜗杆传动
机械基础部分
2
第7章蜗杆传动
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于传 递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚ 。
机械基础部分
3
§7.1 蜗杆传动的类型和特点 §7.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 §7.3 蜗杆传动的材料和结构 §7.4 蜗杆传动的强度计算 §7.5 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡 §7.6 蜗杆传动的安装与维护
蜗杆传动原理
蜗杆传动原理
蜗杆传动是一种常见的机械传动方式，它主要由蜗杆和蜗轮组成。
蜗杆是一种螺旋状的圆柱体，其表面上有许多蜗杆螺线，而蜗轮则是一个齿轮，其齿数比蜗杆的螺线高出一定数量。
蜗杆传动的工作原理如下：当蜗杆被电机或其他动力源驱动旋转时，它的螺线齿会逐个与蜗轮齿接触。
由于蜗杆的螺旋形状，每次只有一个蜗齿与蜗轮齿进行接触，这使得蜗杆传动具有非常大的减速比。
蜗杆传动的主要特点是具有较大的传动比，并且具有自锁性，可以防止反转。
这使得蜗杆传动在许多机械设备中得到广泛应用，尤其是需要稳定传动和大减速比的场合。
蜗杆传动还可以实现非常平稳的传动，使得机械设备的运行更加可靠和稳定。
总的来说，蜗杆传动是一种常见且可靠的机械传动方式。
它通过蜗杆和蜗轮的相互作用，实现了大的减速比和自锁功能，使得机械设备的传动更加稳定和安全。
机械原理3D版课件-第8章 齿轮机构及其设计
齿顶高系数ha* ：正常齿制ha*= 1，短齿制ha*= 0.8 。 顶隙系数c*：正常齿制c*= 0.25，短齿制c*= 0.3。
ha ham
hf (ha c )m
h ha hf (2ha c )m
§8-4 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸
三、几何尺寸 表8-4渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式
啮合终止点B1 —— 啮合线N1N2 与主动轮齿顶圆的交点。
线段B1B2 ——实际啮合线段。 啮合线N1N2 —— 理论啮合线段。 N1、N2 —— 啮合极限点。
图8-14齿轮重合度
§8-5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
重合度——实际啮合线段与法向齿距的比值，用εa 表示。
a
B1B2 pb
连续传动条件—— 重合度大于或等于 1
重合度的计算
a
1 2π
z1tan a1
tan
z2 tan a2
tan
影响重合度的因素：
a) ε与模数m无关；
b) 齿数ｚ越多，ε 越大； c) ｚ趋于∞时，εmax=1.981； d) 啮合角α‘ 越小，ε越大；
e) 齿顶高系数ha*越大，ε越大。
图8-14齿轮重合度
图8-15 齿轮重合 度与齿轮啮合区段
图8-2渐开线的形成
二、 渐开线的特性
1. 发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被 滚过的圆弧长。
2. 渐开线上任意点的法线恒与其基圆相切。发生 线与基圆的切点B就是渐开线在K 点的曲率中心，
线段KB是渐开线在K点的曲率半径。
3. 基圆内无渐开线。 4. 渐开线的形状取决于基圆的大小。
§8-3 渐开线齿廓及其啮合特性
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。
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
(完整版)蜗杆传动题目及答案
第七章蜗杆传动（1）说明蜗杆头数z1及蜗轮齿数z2的多少对蜗杆传动性能的影响？（2）闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？（3）蜗杆传动有哪些特点？应用于什么场合？（4）蜗杆导程角γ大小不同时，其相应的蜗杆加工方法有何特点？蜗杆传动以什么面定义标准模数？（5）为什么要引入蜗杆直径系数？如何选用？它对蜗杆传动的强度、刚度、啮合效率及尺寸有何影响？（6）蜗杆传动的正确啮合条件是什么？自锁条件是什么？（7）影响蜗杆传动效率的主要因素有哪些？导程角γ的大小对效率有何影响？（8）为什么蜗杆传动只计算蜗轮齿的强度，而不计算蜗杆齿的强度？在什么情况下需要进行蜗杆的刚度计算？许用应力如何确定？（9）蜗杆传动的热平衡如何计算？可采用哪些措施来改善散热条件？二、填空题：（1）减速蜗杆传动中，主要的失效形式为、、，常发生在。
（2）普通圆柱蜗杆传动变位的主要目的是和。
（3）有一标准普通圆柱蜗杆传动，已知z1=2，q=8，z2=42，中间平面上模数m=8mm，压力角α=200，蜗杆为左旋，则蜗杆分度圆直径d1= mm，传动中心距a=mm，传动比i=。
蜗杆分度圆柱上的螺旋线角升γ=arctan蜗轮为旋，蜗轮分度圆柱上的螺旋角β=。
（4）蜗杆传动中，蜗杆导程角为γ，分度圆圆周速度为v1，则其滑动速度vs为，它使蜗杆蜗轮的齿面更容易发生和。
（5）两轴交错角为900的蜗杆传动中，其正确的啮合条件是，和（等值同向）。
（6）闭式蜗杆传动的功率损耗，一般包括三个部分：，和。
（7）在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越低，自锁性越好，一般蜗杆头数取z1=。
（8）阿基米德蜗杆传动在中间平面相当于与相啮合。
（9）变位蜗杆传动只改变的尺寸，而尺寸不变。
（10）在标准蜗杆传动中，当蜗杆为主动时，若蜗杆头数z1和模数m一定时，增大直径系数q，则蜗杆刚度；若增大导程角γ，则传动效率。
（11）蜗杆传动发热计算的目的是防止而产生齿面失效，热平衡计算的条件是单位时间内等于同时间内的。
机械设计基础 第七版 第8章 蜗杆传动
(4)蜗杆分度圆直径d1和直径系数q 在切制蜗轮轮齿时，所用滚刀的直径和齿形参数必须与该蜗轮相啮合 的蜗杆一致。 而蜗杆分度圆直径d1不仅与模数有关，还随z1/tanλ的数值而变化。即 使m相同，也会有许多不同直径的蜗杆。 为了限制滚刀的数目以及便于滚刀的标准化，对于每一种模数的蜗杆， 国家标准制定了蜗杆分度圆直径d1的标准值，并把d1 与m的比值称为蜗杆 直径系数q，即
对开式蜗杆传动，通常以保证齿根弯曲疲劳强度作为主要 设计准则。当蜗杆直径较小而跨距较大时，还应作蜗杆轴的刚 度验算。
8.2.2 蜗杆传动的常用材料及选择
蜗杆一般用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用低碳合金 钢，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度56～ 62HRC。 中速中载蜗杆可用优质碳素钢或合金结构钢，如45、 40Cr等。经表面淬火，表面硬度40～55HRC。
8.1.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴 线的剖面称为中间平面。
该平面为蜗杆的轴面或为蜗轮 的端面。
在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮 合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。 因此，该平面内的参数为标准值。
阿基米德蜗杆传动
8.1.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸
1 蜗杆传动的主要参数及其选择
第8章 蜗杆传动
8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸 8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料 8.3 蜗杆传动的受力分析及强度计算 8.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 8.5 蜗杆和蜗轮的结构 8.6 蜗杆传动的安装与维护
8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸
学习要点
•掌握蜗杆传动的类型、特点、基本参数及正确啮合条件。 •掌握蜗杆直径系数的概念及几何尺寸计算。
第八章蜗杆传动
轴向力：
Fa1
Ft 2
2T2 d2
18
判定蜗轮转向 ：
受力方向
19
3、蜗杆传动的强度计算
蜗杆传动强度计算特点： ⑴ 只计算蜗轮的强度
（蜗杆的刚度） ⑵ 闭式：按齿面接触疲劳强度设计
校核齿根弯曲疲劳强度 开式：按齿根弯曲疲劳强度设计 ⑶ 考虑胶合→热平衡计算→验算油温
20
1）蜗轮齿面接触疲劳强度计算
2.传动平稳, 噪音低 3.可自锁, 结构紧凑 缺点:
1.Ｖs大→效率低, 发热大→可自锁时η＜50％
2.需贵重金属→价高
3.不宜用于大功率长期工作
9
8.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
蜗杆轴线 a 主平面 (主截面)：
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮 轴线的平面
蜗轮轴线 a
10
γ a—a
1
Z1 1， 2， 4， 6
效率 0.7， 0.8， 0.9， 0.95
24
2、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：
• 易发生齿面磨损和胶合
• 使传动效率下降
25
3、蜗杆传动的润滑
蜗杆传动单位时间的发热量为
1 1000P(1)
自然冷却方式，单位时间散热量为
αd——箱体表面散热系数
S ——箱体散热面积
2 d St1 t0
t1 ——油的工作温度
t0——环境温度，一般取20°
达到热平衡时
1000P1 d St1 t0
涡轮传动
第8章蜗杆传动设计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，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°。
这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点，它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。
基本要求1．熟练掌握蜗杆的传动特点、失效形式和计算准则；2．熟练掌握蜗杆和蜗轮的结构特点；3．掌握蜗杆传动的受力分析、滑动速度和效率；4．掌握蜗杆传动的热平衡计算；5．了解蜗杆传动的强度计算特点；6．了解蜗杆的传动类型；8.1.1 蜗轮蜗杆的形成蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。
小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。
大齿轮称为蜗轮。
为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。
蜗杆蜗轮传动的特征：其一，它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为∑＝90°，z1很少，一般z1＝1～4；其二，它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。
8.1.2 蜗杆传动的类型按蜗杆形状的不同可分：1．圆柱蜗杆传动-普通圆柱蜗杆（阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆）和圆弧蜗杆2．环面蜗杆传动3．锥蜗杆传动8.1.3 蜗杆传动的特点传动比大，结构紧凑传动平稳，无噪声具有自锁性传动效率较低，磨损较严重蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。
8.1.4 蜗杆传动的应用由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。
当要求传递较大功率时，为提高传动效率，常取z1＝2-4。
此外，由于当γ1较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。
它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中；蜗杆传动由蜗杆相对于蜗轮的位置不同分为上置蜗杆和下置蜗杆传动。
蜗轮蜗杆知识
α x1 = α t 2 tanαn tanαx = cosγ
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(q= d1 /m)称为蜗杆的直径系数。见表8-1，p151 d1 = m q
第8章 蜗杆传动
§8-1 蜗杆传动的特点及类型 §8-2 蜗杆传动的参数与尺寸 §8-3 普通蜗杆传动的承载能力计算 §8-4 圆柱蜗杆和蜗轮的结构
§8-1蜗杆传动的特点及类型
一、蜗杆传动的特点
蜗杆传动概述
-2-
蜗杆传动是一种在空间交错轴 间传递运动的机构。常用于轴交角 为90°。 蜗杆传动的主要优点有： 1．结构紧凑，传动比大，一般为 i=5~80，大的可达300以上； 2．蜗杆传动相当于螺旋传动，同时啮合的齿对数多， 重合度大，传动平稳，噪声小； 3．当蜗杆的导程角小于啮合齿面的当量摩擦角时，蜗杆 传动具有自锁性时。
§8-1蜗杆传动的特点及类型
二、蜗杆传动的类型
蜗杆传动的类型
-4-
按蜗杆的 形状分为
圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动
§8-1蜗杆传动的特点及类型
1. 圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆（ ） 圆弧圆柱蜗杆（ZC）
1）普通圆柱蜗杆传动 ）
蜗杆传动的类型
-5-
普通圆柱蜗杆其齿面一般是在车床上用直线刀刃 普通圆柱蜗杆 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。 阿基米德蜗杆（ 型 阿基米德蜗杆（ZA型） 法向直廓蜗杆（ 型 法向直廓蜗杆（ZN型） 普通圆柱蜗杆传动 渐开线蜗杆（ 型 渐开线蜗杆（ZI型） 锥面包络蜗杆（ 型 锥面包络蜗杆（ZK型）
第8章齿轮机构及其设计1、本章的教学要求1）了解齿轮机构的类型及
第8章齿轮机构及其设计1、本章的教学要求1）了解齿轮机构的类型及应用。
2）了解齿廓啮合基本定律。
3）深入理解渐开线圆柱齿轮的啮合特性及渐开线直齿轮的正确啮合条件、连续传动条件等。
4）熟悉渐开线齿轮各部分名称、基本参数及各部分几何尺寸的计算。
5）了解渐开线齿廓的范成切齿原理及根切现象；渐开线标准齿轮的最少齿数；渐开线齿轮的变位修正和变位齿轮传动的概念。
6）了解斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成、啮合特点，并能计算标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸。
7）对蜗轮蜗杆的传动特点有所了解。
2、本章讲授的重点本章讲授的重点是渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算。
对于其他类型的齿轮及其啮合传动，除介绍它们与直齿圆柱齿轮啮合传动的共同特点外，则着重介绍它们的特点。
3、本章的教学安排本章为10学时。
其中讲授8学时，安排两个实验（2学时）：齿轮范成实验和齿轮基本参数测绘。
4、教学手段利用多媒体课件和传统教学方法相结合的手段。
5、注意事项1）渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和几何尺寸计算，是本章最基本的内容，要求学生必须熟悉和掌握。
特别注意关于“分度圆”的概念。
要注意模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数都已标准化。
2）注意搞清一些比较容易混淆的概念：分度圆与节圆；啮合角与压力角；正确啮合条件与连续传动条件。
注意说明我们研究一对齿轮的中心距时，是从无侧隙为出发点的，而实际上一对齿轮传动时，为了便于在相互啮合的齿廓间进行润滑，及避免轮齿因摩擦发热而膨胀所引起的挤轧现象，在两轮的齿侧之间是有空隙的，但这种侧隙一般都很小，通常是由齿形公差来保证的。
而按名义尺寸而言，两轮的齿侧间隙为零。
3）注意提示学生，对于齿轮的变位修正目的，必须有一个全面的认识。
齿轮的变位修正，除了对于Z < Z min 的齿轮可以避免根切外，对于Z > Z min 的齿轮仍然可以进行变位修正，其主要目的是通过变位修正，可以提高承载能力，改善齿轮的工作性能，或满足中心距要求等。
机械设计基础 蜗杆传动
山东农业大学机电学院
——蜗杆材料
若按材料分类，主要有碳钢和合金钢。若蜗轮直径很大，可采 用青铜蜗杆，同时蜗轮用铸铁。
若按热处理不同分：硬面蜗杆和调质蜗杆。 •首先应考虑选用硬面蜗杆。渗碳钢淬火或碳钢表面/整体淬火 ＋磨削；氮化钢渗氮处理＋抛光，用于要求持久性高的传动 中。 •只有在缺乏磨削设备时才选用调质蜗杆。受短时冲击的蜗杆， 不宜用渗碳钢淬火，最好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配 对时有利于提高传动的承载能力和滑动速度。
——凑中心距时变位蜗杆传动的中心距
(13.4)
a
1 d1 2xm d 2 2 a a x m
(13.5) (13.6)
由此可以求出变位系数
蜗轮变位系数的常用范围为-0.5 ≦ x ≦+0.5。为了有利于蜗 轮轮齿强度的提高，最好取 x 为正值。
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山东农业大学机电学院
12.2.4 蜗杆分度圆直径d1
亦称蜗杆中圆直径。为了蜗杆刀具规定尺寸的标准化、系列化，将 蜗杆分度圆直径d1 定为标准值。参看表12.1。
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山东农业大学机电学院
12.2.5 蜗杆直径系数q q d1 / m 12.2.6 蜗杆导程角γ
tan z1 p x z m zm z d 1 1 1 2 d1 d1 d1 q d1
按蜗杆头数 不同分类
单头
主要用于传动比较大的场合，要求自锁的传动必须采用单头。
多头
主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。
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12.1.3 精度等级的选择
蜗杆的制造 蜗杆可以在车床上切制，也可在特种铣床上 用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。为了保证正确的啮合， 蜗轮要用与蜗杆同样大小的滚刀来切制。 蜗杆的等级选择 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传 动大，所以制造等级对它的影响比齿轮传动的更显著。 蜗杆传动规定了12个精度等级，对于动力传动要按照 6～9级精度制造。V<7.5m/s，7级精度；v<3m/s，8级精 度；v<1.5m/s,9级精度。 对于测量、分度等要求运动精度高的传动要按照5级或5 级以上的精度制造。
蜗杆传动教学课件PPT
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§5. 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
三
热平衡条件：
、 蜗
单位时间内发热量H1=同时间内的散热量H2
杆 传
H1 1000 P(1)
H 2 d S (t0 ta )
动
1000 P(1)
的 热 平 衡
t0 ta
dS
5. 蜗轮齿数 z2及蜗杆头数 z1： 传动比 i12= 1／2= z2／z1 则 z2= iz1
推荐z1= 1、2、4、6，
6. 蜗轮分度圆直径d2 ：d2= mz2
7. 中心距 a ： a = r1+ r2= m（q+ z2）／2
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§1. 蜗杆传动的类型及特点
四、 正确啮合条件：
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§4. 蜗杆传动的承载能力计算
一、受力分析
Ft1
Fa 2
2T1 d1
Fa1
Ft 2
2T2 d2
Fr1 Fr2 Ft2tg
Fn
Fa1
cosn cos
2T2 d2 cosn cos
蜗杆上圆周力与其啮合点速 度方向相反；蜗轮上的圆周 力与其啮合点运动方向相同； 径向力指向各自的轮心。
单击…
1、实现大传动比；
2、传动平稳、噪声低；
3、可实现自锁；
4、齿面滑动速度大、效率低、制造成本高。
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圆柱蜗杆传动
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环面蜗杆传动
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单元练习题
一、填空题
1.蜗轮蜗杆传动的标准中心距a=。
2.蜗杆分度圆直径用公式d1=mq计算，其中q称为蜗杆的。
3.如图示蜗轮蜗杆传动中，蜗杆的转向应为时针。
4.阿基米德蜗杆的模数m取面值为标准值。
5.下图两对蜗杆传动中，a图蜗轮的转向为。
b图蜗杆的螺旋方向为。
6.在下图两对蜗杆传动中，a图蜗轮的转向为。
b图蜗杆的螺旋方向为。
7.上图示蜗杆传动中，蜗杆、蜗轮的转向如图。
蜗杆齿的螺旋方向是，蜗轮齿的螺旋方向是。
8.在蜗杆传动中，当蜗轮主动时的自锁条件为。
二、判断题
1.蜗杆的分度圆直径为d1=mz1，蜗轮的分度圆直径为d2=mz2。
( )
2.蜗轮和蜗杆轮齿的螺旋方向一定相同。
( )
3.与斜齿轮相似，蜗轮的齿向也有螺旋角β，因此蜗轮的法面模数应为标准值。
( )
5.蜗轮的螺旋角β2一定等于蜗杆的螺旋升角λ1。
( )
7.模数、压力角和直径系数完全相同，而头数(z1)不同的蜗杆不可能与同一蜗轮正确啮合。
( )
8.蜗杆蜗轮传动中，蜗轮与蜗杆的旋向相同，且它们的螺旋角相等。
( )
三、选择题
1.蜗杆蜗轮传动用于传递之间的运动和动力。
(A)两相交轴；(B)两平行轴；(C)两交错轴。
2.在蜗杆蜗轮传动中，轮齿间的啮合是。
(A)点接触；(B)线接触；(C)面接触。
3.阿基米德蜗杆的标准模数和标准压力角是在它的中。
(A)端面；(B)法面；(C)轴面。
4.蜗轮和蜗杆轮齿的螺旋方向。
(A)一定相同；(B)一定相反；(C)既可相同，亦可相反。
5.蜗杆分度圆直径d1=。
(A)mz1；(B)mz1/tgλ；(C)z1q。
6.蜗杆蜗轮传动的标准中心距a=。
(A)m(z1+z2)/2；(B) m(z1+z2)/2；(C)m(q+z1)/2；(D)m(q+z2)/2。
四、简答题
1． 蜗杆传动的特点及应用场合是什么？
2． 为什么蜗轮的端面模数是标准值？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？
3． 蜗杆直径系数的含义是什么？为什么要引入蜗杆直径系数？
4． 蜗杆传动的传动比计算公式是什么？它是否等于蜗杆和蜗轮的节圆直径之比？
5． 如何进行蜗杆传动的受力分析？各力的方向任何确定？与齿轮传动的受力分析有什么不同？
6． 蜗杆传动的主要失效形式是什么？相应的设计准则是什么？
7． 在蜗杆传动的强度计算中，为什么只考虑蜗轮的强度？蜗杆的强度任何考虑？蜗杆的刚度在什么情况下才需要计算？
8． 蜗杆传动的效率受哪些因素影响？为什么具有自锁特性的蜗杆传动，其啮合效率通常只有40%左右？
9． 为什么蜗杆传动要进行热平衡的计算？采用什么原理进行计算？当热平衡不满足要求时，可以采取什么措施？
五、计算题
1．在图中，标出未注明的蜗杆（或蜗轮）的螺旋线旋向及蜗杆或蜗轮的转向，并绘出蜗杆或蜗轮啮合点作用力的方向（用三个分力表示）。
2．有一由淬火钢制蜗杆和锡青铜蜗轮组成的闭式阿基米德蜗杆传动。
已知模数m ＝8mm ，蜗杆分度圆直径d 1＝80mm ，蜗杆头数z 1＝2，右旋，蜗杆转速n 1＝960r/min ，蜗轮齿数z 2＝31，蜗轮轴输出转矩T 2＝1.5×106Nmm 。
求蜗杆导程角γ，相对滑动速度vs 、当量摩擦角v ρ、啮合效率1η和输入功率P 1（不计轴承和搅油功率损耗）。
3．已知蜗杆的螺旋线方向和旋转方向，如图所示。
（1）判断蜗轮转向
（2）标出节点处作用于蜗杆和蜗轮上的三个分力的方向；
（3）如图（a ），蜗杆为主动，它传递的转矩T 1＝20000Nmm ，m ＝4mm ，d 1＝40mm ，a ＝20o ，z 1＝2，i ＝23，蜗杆传动的效率75.0＝η。
试求节点处三个作用力的大小。
4．图示为一圆柱蜗杆一锥齿轮传动，已知输出轴上锥齿轮使中间轴上的轴向力互相抵消一部分，在图中画出：
（1）蜗杆，蜗轮的转向和螺旋线方向；
（2）锥齿轮3和蜗轮受的轴向力方向。
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