08机械设计基础-蜗杆传动
第八章蜗杆传动
4、材料合理搭配（良好的减摩性、
蜗杆传动；
耐磨性）。
二、材料
对材料的要求：良好的耐磨性、减摩性、跑合性和抗 胶合能力； 足够的强度。
蜗 杆
一般：碳钢 （40，45），调质 高速重载：合金钢（20Cr, 40Cr,20CrMnTi)， 表面淬火、渗碳淬火
蜗 轮
vs≥12m/s，高速重载，或重要的传动，铸造锡青铜— —耐磨性、抗胶合能力强；切削性好，但价格贵。
§1蜗杆传动概述
旋向： 右，左
头数： 单线、双线、多线 轴截面形状： 圆柱蜗杆、圆弧面蜗杆、锥蜗杆
齿形： 阿基米德、渐开线、法向直廓渐开线 （刀具加工位置的不同）
二、蜗杆传动的特点 ——兼有斜齿圆柱齿轮和螺旋传动的特点 1、传动比大且准确； 单线蜗杆：蜗杆转动一周，蜗轮转过一齿
i = n1 / n 2 = z2 / z1
三 、蜗杆传动的效率
1、啮合效率η1——蜗杆传动的主要效率 （近似用螺旋副的效率） η1=tan γ / tan(γ +ρv ) (蜗杆主动） 2、搅油效率η2——浸入油中的零件搅油时产生的损耗。 约0.99。 3、轴承效率η3——0.99~0.995(滚动轴承)， 0.98~0.99(滑动轴承) 讨论： (1) λ ↑η1↑η↑， λ =45°, η达到最大，但λ ↑ 加工困难， 精度不易保证， λ ≤27°。 (2) z1 ↑ λ ↑η1↑η↑加工困难。
传递动力时：i=8~100（常用15~50）
蜗杆—— z1=(1~4) 齿轮——z1>17
传递运动时：i=几百~上千（单头，η↓）
2、传动平稳， 噪声小；
3、可以实现自锁； （理论上：当λ≤ρv，反行程自锁）
缺点：
1）制造成本高，加工困难。
机械基础之蜗杆传动
机械基础之蜗杆传动1. 概述蜗杆传动是一种常见的机械传动方式，用于将大扭矩通过蜗杆传递给小扭矩的蜗轮。
它是一种精密传动装置，因其传递扭矩平稳可靠而被广泛应用于各种工业机械设备中。
2. 结构蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。
蜗杆是一种带有螺旋齿的圆柱形轴，其外形类似于蜗牛的螺旋壳。
蜗轮是一种带有封闭螺旋槽的圆盘，其形状与蜗杆的齿相匹配。
蜗轮的齿数通常为1，而蜗杆的螺旋齿数通常为多个。
3. 工作原理当蜗杆转动时，其螺旋齿会将蜗轮推动转动。
由于蜗杆的斜面设计，每转动一圈，蜗轮只转动一颗齿。
这种结构使得蜗杆传动具有很大的减速比，通常可以达到20:1以上。
同时，由于蜗杆和蜗轮的齿轮接触表面较大，使得传动效率较低。
4. 优点和应用蜗杆传动具有以下优点： - 减速比大：通常可以达到20:1以上的减速比。
- 扭矩传递平稳：由于每转动一圈蜗杆，蜗轮只转动一颗齿，使得扭矩传递非常平稳可靠。
- 自锁性：由于摩擦力的存在，在没有外力作用下，蜗杆传动可以固定位置，不会自动转动。
蜗杆传动广泛应用于各种工业机械设备中，如： - 起重机械：使用蜗杆传动可以实现对重物的精确起重与放下。
- 工业机械：这种传动方式可以用于带有大扭矩输出要求的设备，如搅拌机、制动器等。
- 游乐设备：蜗杆传动可以用于旋转设备的减速与传动。
5. 注意事项在使用蜗杆传动时，需要注意以下几点： - 润滑：蜗杆传动的润滑非常重要，可以使用润滑油或润滑脂对齿轮进行润滑，以确保传动效率和寿命。
- 定期维护：定期检查蜗杆传动的磨损情况，并及时更换磨损严重的零部件，以延长传动的使用寿命。
- 负载限制：应根据蜗杆传动的设计参数和工作环境确定其负载限制，以防止传动失效或损坏。
6. 总结蜗杆传动是一种重要的机械传动方式，通过蜗杆和蜗轮的组合，可以实现大扭矩到小扭矩的平稳传递。
其优点包括减速比大、扭矩传递平稳和自锁性，广泛应用于工业机械设备中。
在使用蜗杆传动时，需要注意润滑、定期维护和负载限制等细节，以保证传动的正常运行和寿命。
机械设计基础之蜗杆传动
机械设计基础之蜗杆传动蜗杆传动是一种高效率的变速传动方式，广泛应用于机械制造、重工业、冶金工业、矿山机械等多个领域。
本文将由以下几个方面来谈论蜗杆传动的基本概念、工作原理以及应用。
一、蜗杆传动的基本概念蜗杆传动是由一对蜗杆与蜗轮组成，通过蜗杆扭转蜗轮的齿轮来实现工作的。
其中蜗轮的斜齿线与蜗杆的螺旋线成一定角度，因此蜗轮只能通过蜗杆旋转而不能回转，同时在传动过程中，蜗轮的速度是滞后于蜗杆的速度，因此能够实现较大的减速比。
蜗杆传动的减速比是由蜗杆设计参数所决定的，包括螺旋角、蜗杆齿数、蜗杆直径等，不同的传动比可以根据具体需要来进行设计。
通常情况下，蜗杆传动的减速比在5-100之间，但也有特殊情况下减速比高达1000以上。
二、蜗杆传动的工作原理蜗杆传动的工作原理是由蜗杆带动蜗轮来实现传动，蜗杆的螺旋线与蜗轮的斜线齿之间的紧密配合可以实现传动功能。
因为蜗杆的螺旋线的斜度比蜗轮的齿线的斜度小很多，所以在传动过程中，螺旋线的每次旋转只能推动蜗轮前进一颗齿，因此能实现大的减速比。
同时由于蜗杆传动的特有设计，使其具有良好的自锁性，可以起到防止倒车的作用。
这种自锁性的原理是钢制蜗杆和铜制蜗轮的制作材料不同，钢的硬度比铜高，蜗杆在向前旋转时，铜制蜗轮受力对硬度较小的钢制蜗杆产生摩擦，并将其牢固紧密地压在一起。
由于钢制蜗杆的硬度高于铜制蜗轮，所以传动的不平衡力可以被牢固地锁住，从而保证了高效稳定的传动效果。
三、蜗杆传动的应用蜗杆传动具有很多优点，如紧凑的结构、高效率、高扭矩、稳定性等。
同时也有一些缺点，如制造难度较大、制造成本高、传动效率低等。
因此，在选择使用蜗杆传动时，需要全面考虑其优缺点和应用情况。
一个常见的应用场景是纺织机械，在制造纤维纺纱机时，采用蜗杆传动来传递较大的扭矩，实现布带收卷以及其他布料加工链环中的转动。
同时，由于蜗杆传动的复杂性，目前也在工业机器人、汽车和液压泵等领域得到广泛应用，也可以用于电动自行车、自行车和其他迷你设备，因其噪声小，结构紧凑等特点。
《机械设计基础》第7章蜗杆传动
2023REPORTING 《机械设计基础》第7章蜗杆传动•蜗杆传动概述•蜗杆传动的工作原理•蜗杆传动的参数设计•蜗杆传动的性能分析•蜗杆传动的结构设计•蜗杆传动的应用实例与优缺点分析目录20232023REPORTINGPART01蜗杆传动概述有自锁性，但效率低。
传动平稳，噪声小。
结构紧凑，传动比较大。
定义：蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的一种交错轴间的传动，通常两轴交错角为90°。
特点定义与特点普通圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆（ZA型）、法向直廓蜗杆（ZN型）、渐开线蜗杆（KI型）等。
圆弧圆柱蜗杆传动轴向圆弧圆柱蜗杆（86型）、法向圆弧圆柱蜗杆（68型）等。
环面蜗杆传动一次包络环面蜗杆、二次包络环面蜗杆等。
用于需要自锁的场合，如卷扬机、起重机等。
特殊应用一般应用：用于传递两交错轴之间的运动和动力，通常用于减速传动。
用于分度机构或增速机构。
用于需要较大传动比的场合，如机床、汽车等。
01030204052023REPORTINGPART02蜗杆传动的工作原理蜗杆与蜗轮在传动过程中，通过螺旋面的紧密配合实现动力传递。
配合关系蜗杆和蜗轮的螺旋角、导程角、中心距等参数需满足一定的匹配关系，以确保传动的平稳性和效率。
配合条件适当的配合间隙对蜗杆传动的性能至关重要，过紧或过松的配合间隙都会影响传动的精度和寿命。
配合间隙蜗杆与蜗轮的配合蜗杆传动的传动比等于蜗轮齿数与蜗杆头数的比值，传动比较大，可实现较大的减速效果。
传动比计算转速与转矩关系传动效率在蜗杆传动中，输入转速与输出转矩成反比关系，即输入转速越高，输出转矩越小。
由于蜗杆传动存在滑动摩擦，其传动效率相对较低，一般不超过50%。
030201轴向力分析轴向力主要由蜗杆的螺旋线方向和角度决定，轴向力过大会导致轴承过早损坏和轴向窜动。
径向力分析蜗杆传动中，径向力主要由蜗杆的螺旋角和导程角决定，径向力的大小直接影响轴承的寿命和传动的稳定性。
摩擦力分析蜗杆传动中的摩擦力主要来源于蜗杆和蜗轮之间的滑动摩擦，摩擦力的大小直接影响传动的效率和寿命。
机械设计基础蜗杆传动
类型与特点
圆柱蜗杆传动
圆柱蜗杆传动具有结构紧 凑、传动比大、工作平稳 、噪音小等优点。常用于 减速装置中。
环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特点是承 载能力高、传动效率高， 但制造和安装精度要求较 高。
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动具有较大的传 动比和较紧凑的结构，但 制造和安装精度也较高。
降低摩擦系数
加强冷却和润滑
通过采用先进的表面处理技术或添加减摩 剂等措施，降低蜗杆和蜗轮之间的摩擦系 数，从而减少摩擦损失。
采用有效的冷却和润滑措施，控制传动的工 作温度，以降低热损失和摩擦损失。
05
蜗杆传动的结构设计与制造工艺
结构设计要点
选择适当的蜗杆类型
根据传动要求选择合适的蜗杆类型，如圆柱 蜗杆、环面蜗杆等。
04
蜗杆传动的效率与润滑Biblioteka 效率分析1 2 3
蜗杆传动效率的计算公式
效率 = (输出功率 / 输入功率) × 100%。由于蜗 杆传动中存在滑动摩擦和滚动摩擦，因此其效率 通常低于齿轮传动。
影响蜗杆传动效率的因素
包括蜗杆头数、导程角、摩擦系数、中心距、传 动比等。其中，蜗杆头数和导程角对效率影响较 大。
首先根据蜗杆和蜗轮的相对位置及运动关系，确定作用在蜗杆和蜗轮上的外力 ；然后分析这些外力在蜗杆和蜗轮上产生的内力，包括弯矩、扭矩和轴向力等 。
蜗杆传动的受力特点
由于蜗杆和蜗轮的螺旋角不同，使得作用在蜗杆和蜗轮上的外力产生不同的分 力，这些分力在蜗杆和蜗轮上产生的内力也不同。因此，蜗杆传动的受力分析 较为复杂。
装配顺序与方法
按照先内后外、先难后易的原则进行 装配，注意保证蜗杆和蜗轮的正确啮 合。
机械设计基础之蜗杆传动WormG
在通过蜗轮中间平面所截的蜗杆轴向平面内可见，蜗杆传 动又可视为斜齿圆柱齿轮与齿条的啮合传动。
6.1概述
蜗变轮应失力蜗效作特 杆用征形下的成
第一 项
蜗 杆 加 工
蜗杆传动分类 蜗杆传动特点
第二 第二 项项
蜗 轮 加 工
为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合 ，要用与蜗杆尺寸相同的 蜗杆滚刀来加工蜗轮。
6.1概述
a
=
m 2
(q
Z2)
1 2
m(Z1
Z2)
分度圆直径之和 （无变位）
6.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
主要参数
蜗杆传动变位 几何尺寸计算
第一 变位的目的：(1)配凑中心距
(2)改变传动比
项 第项二 第项二 变位方法：蜗轮变位
变位后蜗轮的节圆仍与分度 圆重合 ，而蜗杆在中间 平面上的节线不再与其分度线重合 。
第二 第二 项项
蜗杆下置式传动直接选取。如上置，则黏性提高30-50%。
6.4受力分析、失效形式与计算准则
变受应失力力效作特分用征下析的
失效形式
计算准则
第一 蜗杆上的力分量：
蜗轮上的力分量：
项 第二 第二 法向力Fn1：轴向力Fa1+径向力Fr1
+圆周力Ft1
项 项 摩擦力Fm1
法向力Fn2：轴向力Fa2 +径向力 Fr2 +圆周力Ft2 摩擦力Fm2
圆
df2
da2
中 圆 直 径
dm2
齿 形 角
ax
蜗 轮 齿 宽
b2
节
中
圆
圆
螺
螺
旋
旋
角
角
b2
bm2
专升本机械设计基础第8章蜗杆传动PPT课件
对于大功率传动 , 可取： z1=2，或 4。
7. 蜗轮齿数z2
蜗轮齿数： z2= i z1 为避免根切： z2≥ 26
一般情况： z2≤ 80
z2过大 → 结构尺寸↑ → 蜗杆长度↑ → 刚度、啮合精度↓
表8-2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值
传动比i
≈5
7~15
14~30 29~82
蜗杆头数z1 蜗轮齿数z2
二、类型
圆柱蜗杆传动 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 阿基米德蜗杆(ZA)
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
阿基米德螺线
γ
2α 单刀加工
三、圆柱蜗杆传动的主要参数
1. 正确啮合条件
中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。
在中间平面内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。
第二系列 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
压力角
ZA蜗杆： αa=20°轴向 ZN蜗杆： αn=20°法向 ZI蜗杆： αn=20° ZK蜗杆： αn=20°
蜗轮蜗杆轮齿旋向相同. 蜗轮右旋 蜗杆右旋
若 ∑ ＝90°＝β1+β2
∵ γ1+β1 ＝90° ∴ γ1＝β2
v2 p
1
γγ vS v1 t
因蜗轮蜗杆相当于螺旋副的运动，有一种实用且简便的转向判别方法：
用手势确定蜗轮的转向：
右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的 切向速 度vp2的方向与拇指指向相同。
左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。
ω2
2
v2
p 1
ω1
a r2 r1
2 ω2
机械设计基础-蜗杆传动(PPT58页)
通常情况下取蜗轮齿数z2 =28~80。若z2 <28，会使传动 的平稳性降低，且易产生根切；若z2过大，蜗轮直径 增大，与之相应蜗杆的长度增加，刚度减小，从而影
响啮合的精度。z1、z2可根据传动比i按表10-1选取。
传动比i
7~13
14~27
28~40
>40
蜗杆头数z1
4
2
2,1
1
蜗轮齿数z2 28~52
第一节 概述
一、蜗杆传动的组成
螺杆与螺纹一样，有单头、多头之分，也有左旋、右 旋之分。蜗轮的形状像斜齿轮， 它的螺旋角的大小、方向和螺 杆螺旋升角的大小、方向相同， 为了改善蜗杆与蜗轮的啮合情 况，通常将蜗轮圆柱表面的母 线做成圆弧形，部分地包围着 蜗杆，故在轴向剖面中，蜗轮 轮齿沿齿宽方向是圆弧形。
通常λ=3.5°~27°，升角小时传动效率低，但可实现 自锁；升角大时传动效率高，但加工较困难。
3.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q 加工蜗杆时，蜗杆滚刀的参数应与相啮合的蜗杆完全 相同，几何尺寸基本相同。由
tan L d1z1 dm 1zd 1m 1
可得蜗杆的分度圆直径可写成
d1mtaz1n
第二节 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
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，因此，设计蜗杆传动时，其参数和尺 寸均在中间平面内确定，并沿用渐开线圆柱齿轮传动 的计算公式。
一、蜗杆传动的主要参数
1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2 蜗杆头数（齿数） z1即为蜗杆螺旋线的数目，蜗杆的 头数z1一般取1、2、4。当传动比大于40或要求蜗杆自 锁时，取z1 =1；当传递功率较大时，为提高传动效率 、减少能力损失，常取z1为2、4。蜗杆头数越多，加 工精度越难保证。
(机械制造行业)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 蜗杆传动的类型第八章 蜗杆传动具体内容 蜗杆传动特点和类型；蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算；蜗杆传动的效率、热平衡计算及润滑；蜗杆传动受力分析和计算载荷；蜗杆传动失效形式和设计准则；蜗杆传动材料和许用应力；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和几何尺寸计算；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 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成（图8.1），用于传递交错轴之间的运动和动力，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（一般为0.7～0.9）；蜗轮齿圈常采用铜合金制造，成本高。
二、蜗杆传动的类型根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为圆杆蜗杆传动、环面蜗杆传动和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同，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）和圆弧圆柱蜗杆传动（ZC型）等。
前三种称为普通圆柱蜗杆传动，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和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和设计计算问题。
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为中间平面，见图6.4。
在中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿条和齿轮的啮合。
因此，设计圆柱蜗杆传动时，均取中间平面上的参数和几何尺寸作为基准。
08机械设计基础-蜗杆传动精品文档36页
ma1 mt2 m
α
a1 α
t2
α
当轴交错角∑=90°时，还必须让蜗杆的导程角γ与蜗 轮的螺旋角β．
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在主平面，即蜗杆轴向平面与蜗轮端面的m和压力角相等， 且为标准值。（见表６.１５）
2、蜗杆分度圆柱上的导程角γ
蜗杆螺旋线的导程为：
pa p z(导程)=z1p a
一、蜗杆传动的类型
1、按蜗杆的外形分类
圆 柱 蜗 杆 传 动
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环 面 蜗 杆
锥蜗杆
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7.1 齿轮传动的特点和分类
齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆 周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，是现代 机械中应用最广的一种机械传动。
强度计算及热平衡计算等。 （二）教学的重点与难点
重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、 正确啮合条件、强度计算。
难点：蜗杆传动的受力分析。
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§８—1 蜗杆传动的类型和特点
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于 传递交错轴间的运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚ 。
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得
d1
m
z1
tan
（已标准化）
直径系数：
q d1 z1
m tan
当模数一定时，q值越小，d1越小，升角越大，传 动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。
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4.蜗杆头数z1、传动比ｉ、蜗轮齿数z2
蜗杆头数z1=1~4： 单头：易自锁，效率低， 精度高。 多头：η↑，但加工困 难，精度降低。
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。
机械设计基础-蜗杆传动解析PPT教学课件
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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。根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于 蜗轮的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角。 规定中间平面上的模数和压力角为标准值，则:
阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件
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二、蜗杆传动的受力分析
力的大小 ：
圆周力
Ft1
2T1 d1
Fa2
轴向力
Ft2
2T2 d2
Fa1
径向力
2020/1F 0/1r61 F r2F t2 tg
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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
总目录 本章
第８章 蜗杆传动
§８－１ 蜗杆传动的类型和特点 §８－２ 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 §８－３ 蜗杆传动的强度计算 §８－４ 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 §８－５ 蜗杆传动的材料和结构 §８－６ 普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及
其安装维护
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总目录 本章
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一头 两个头 三个头
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总目录 的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数 有关，而不等于分度圆直径之比。
蜗轮齿数：
为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿，但若z2过 大，蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小。蜗轮齿
数z2 常在28~80 范围内选取。
机械设计基础蜗轮蜗杆
c=0.2 m
a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)
§12-3 蜗杆传动旳失效形式、材料和构造
一、蜗杆传动旳失效形式及材料选择 主要失效形式： 胶合、点蚀、磨损。
蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。 材料
蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。
材料牌号选择：
第二系列 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
压力角: α=20° 动力传动，推荐：α=25° 分度传动，推荐用 α=15°
蜗轮蜗杆轮齿旋向相同. 蜗轮右旋 蜗杆右旋
若 ∑ ＝90°＝β1+β2 ∵ γ1+β1 ＝90° ∴ γ1＝β2
t β1
β2 ∑
β1
γ1
s=e旳圆柱称为蜗杆旳分度圆柱。 为了降低加工蜗轮滚刀旳数量，要求d1
z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。
设计：潘存云
一般： 传动比
z1=1~4 : i=
-nn-21-
=
-zz-12-
d
若想得到大 i , 可取： z1=1，但传动效率低。
对于大功率传动 , 可取： z1=2，或 4。
蜗轮齿数： z2= i z1 为防止根切： z2≥ 26
一般情况： z2≤ 80 z2过大 → 构造尺寸↑ → 蜗杆长度↑
→ 刚度、啮合精度↓
表12-2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2旳推荐值
传动比i
7~13
14~27 28~40
>40
蜗杆头数z1 4
2
2、1
1
蜗轮齿数z2 28~52
28~54 28~80
>40
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重点：普通圆柱蜗杆传动的几何参数计算、 正确啮合条件、强度计算。
难点：蜗杆传动的受力分析。
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§８—1 蜗杆传动的类型和特点
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。一般蜗杆为主动件，用于 传递交错轴间的运动和动力，通常两轴交错角∑为90˚ 。
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6. 不能实现互换： 由于蜗轮是用与其匹配的蜗杆滚刀加工 的，因此，仅模数和压力角相同的蜗杆与蜗轮是不能任意互 换的。
蜗杆传动适用于传动比大、传递功率不大且不作长期 连续运转的场合。
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§８-2 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
一、蜗杆主要参数及其选择
1、模数m和压力角α
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为主平面。在主平面上，蜗 杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。（如图８-5）
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4.蜗杆头数z1、传动比ｉ、蜗轮齿数z2
蜗杆头数z1=1~4： 单头：易自锁，效率低， 精度高。 多头：η↑，但加工困 难，精度降低。
一头 两个头 三个头
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传动比：
i n1 z2 n2 z1
注意：蜗杆传动的传动比仅与蜗杆的头数和蜗轮的齿数 有关，而不等于分度圆直径之比。
d1
通常蜗杆螺旋线的升角 γ 3.5 ~ 27，升角小时传动效 率低，但可实现自锁；升角大时传动效率高，但蜗杆的 车削加工困难。
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3.蜗杆分度圆直径d1
蜗杆的分度圆直径：
由
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得
d1
m
z1
tan
（已标准化）
直径系数：
q d1 z1
m tan
当模数一定时，q值越小，d1越小，升角越大，传 动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。
1.齿轮传动的特点
齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点： ➢传递动力大、效率高； ➢寿命长，工作平稳，可靠性高； ➢能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。
齿轮传动与其它传动相比主要缺点有： ➢制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； ➢不宜作轴间距离过大的传动。
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§８-4 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
一、蜗杆传动的滑动速度
v1—蜗杆分度圆圆周速度，m/s
2 d2
V２—蜗轮分度圆圆周速度，m/s
蜗杆蜗轮齿面间相对滑动速度Vs
vs
v1
cos
d1n1
601000 cos
较大的VS引起：
1、易发生齿面磨损和胶合
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图８-５
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蜗杆传动的设计计算都是以主平面内的参数和几何关系为 标准。在主平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与 齿条的啮合。根据正确啮合条件，蜗杆的轴向模数等于蜗轮 的端面模数；蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角。规 定主平面上的模数和压力角为标准值，则:
阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件
蜗轮齿数：
为避免蜗轮发生根切z2应不少于26个齿，但若z2过 大蜗轮直径增加，相应蜗杆越长，刚度越小。蜗轮齿数
z2 常在28~80 范围内选取。
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§８-3 蜗杆传动的强度计算
一、蜗杆传动的失效形式
主要有点蚀、齿根折断、齿面胶合和磨损。最常见失 效是齿面胶合和过度磨损。
（1）开式传动：主要失效是齿面磨损和轮齿折断。 设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计。
（2）闭式传动：主要失效是胶合、磨损和点蚀。 设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿
根弯曲疲劳强度，另计算热平衡和蜗杆刚度。
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二、蜗杆传动的受力分析
力的大小 ：
圆周力
Ft1
2T1 d1
Fa 2
轴向力Biblioteka Ft 22T2 d2
Fa1
径向力
Fr1 Fr2 Ft2tg
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一、蜗杆传动的类型
1、按蜗杆的外形分类
圆 柱 蜗 杆 传 动
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环 面 蜗 杆
锥蜗杆
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7.1 齿轮传动的特点和分类
齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆 周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，是现代 机械中应用最广的一种机械传动。
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第８章 蜗杆传动
§８－１ 蜗杆传动的类型和特点 §８－２ 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 §８－３ 蜗杆传动的强度计算 §８－４ 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 §８－５ 蜗杆传动的材料和结构 §８－６ 普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及
其安装维护
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（一）教学要求 1、了解蜗杆传动特点、类型 2、掌握蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 3、熟悉普通圆柱蜗杆传动的正确啮合条件、
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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ω2方向
判定蜗轮转向 例1
判定蜗轮转向 例2
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三、蜗杆传动的强度计算
（一）蜗轮齿面接触疲劳强度计算
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按主平面内斜齿轮与齿条啮合进行强度计算 校核公式
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二、蜗杆传动的特点和应用
蜗杆传动与齿轮传动相比，具有以下特点：
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：升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。
5. 制造成本较高 ： 为了减摩耐磨，通常蜗轮齿圈需要用 贵重的青铜等材 料制造，蜗杆则采取淬硬后磨削工艺，因 此制造成本较高。
H 15000
kT2 d1d 2
2
＝15000
kT2
d 1 ｍ
2ｚ
2
2
设计公式
m 2 d1
15000
H Z 2
2
KT2
定m , q（表６．１５）
（二）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
对于闭式蜗杆传动，Z2＜80，很少出现蜗轮轮齿折断， 一般无需进行轮齿弯曲疲劳强度计算。
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ma1 mt2 m αa1 αt2 α
当轴交错角∑=90°时，还必须让蜗杆的导程角γ与蜗 轮的螺旋角β．
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在主平面，即蜗杆轴向平面与蜗轮端面的m和压力角相等， 且为标准值。（见表６.１５）
2、蜗杆分度圆柱上的导程角γ
蜗杆螺旋线的导程为：
pa p z(导程)=z1p a
螺旋升角与导程的关系：