第八章蜗杆传动
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。
第八章 蜗杆传动
第八章蜗杆传动主要内容1.蜗杆传动的类型、特点及应用场合；2.蜗杆传动的主要参数及其几何尺寸计算；3.蜗杆传动的常用材料、结构形式及润滑方式；4.蜗杆传动的受力分析、失效形式；5.蜗杆传动的设计准则及强度计算；6.蜗杆传动的效率及热平衡计算。
重点内容1．蜗杆传动的特点及应用蜗杆传动是传递空间两交错轴间运动和动力的一种传动机构，两轴的交错角通常为90°。
蜗杆传动是啮合传动，通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面称为蜗杆传动的中间平面，在中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合，相当于斜齿轮与直齿条相啮合。
因此，在受力分析、失效形式及强度计算等方面，它与齿轮传动有许多相似之处。
另一方面，蜗杆传动与螺旋传动有相似之处，具有传动平稳、传动比大，并可在一定条件下实现可靠的自锁等优点。
但由于在啮合处存在相当大的滑动，因而其主要失效形式是胶合、磨损与点蚀，且传动效率较低，所以在材料与参数选择、设计准则及热平衡计算等方面又独具特色。
由于传动效率较低，故不适合于大功率传动和长期连续工作的场合。
但是随着加工工艺技术的发展和新型蜗杆传动技术的不断出现，蜗杆传动的优点正在得到进一步的发扬，而其缺点正在得到很好的克服。
因此，蜗杆传动已普遍应用于各类传动系统中。
2.蜗杆传动的正确啮合条件在蜗杆传动的中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相当于斜齿轮与直齿条相啮合，因此正确的啮合条件是：蜗杆轴向模数m a1与压力角αa2κ分别等于蜗轮端面模数m t2及压力角αt2，此外，由于蜗杆与蜗轮的轴线在空间交错成90°，所以蜗杆分度圆柱导程角γ1应等于蜗轮分度圆上螺旋角β2，且螺旋线方向相同（蜗杆和蜗轮同为右旋或同为左旋）。
即正确啮合条件为ma1=m t2=mακ1=αt2=αγ1=β23.蜗杆的分度圆直径d1由于蜗轮采用与蜗杆几何参数和尺寸相同的蜗杆滚刀加工，而经过分析推导蜗杆的分度圆直径d 1=z 1m/tg γ,所以在同一模数m 时，将有很多不同直径的蜗杆，这就需要配备很多蜗轮滚刀。
《蜗杆传动上课版》课件
04 传动比
蜗杆与蜗轮之间的转速之
比，决定了传动的减速或
增速效果。
蜗杆传动的应用范围
工业制造领域
用于各种机械设备中 的减速或增速传动， 如纺织机械、印刷机
械等。
交通运输领域
用于车辆、船舶和飞 机中的传动系统，如 发动机、变速器等。
农业机械领域
用于拖拉机、收割机 等农业机械中的传动
系统。
新能源领域
在风力发电、太阳能 发电等新能源领域中 ，蜗杆传动也得到了
切削加工是制造蜗杆传动的关键步骤， 需要精确控制切削参数和刀具几何形状 ，以保证蜗杆的精度和表面质量。
材料选择应根据使用要求和工作环境， 选择合适的材料和规格，以确保蜗杆传 动的性能和寿命。
热处理对于提高蜗杆传动的硬度和耐磨 性至关重要，包括淬火、回火和表面处 理等工艺。
蜗杆传动的维护保养
定期检查蜗杆传动的润滑 状况，确保润滑良好以减 少摩擦和磨损。
智能化控制
结合现代控制技术， 实现蜗杆传动的智能 化控制，提高传动精 度和效率。
拓展应用领域
探索蜗杆传动在更多 领域的应用，扩大其 使用范围。
04
蜗杆传动的设计与计算
蜗杆传动的设计原则
高效性
蜗杆传动应尽可能地提高传动效率， 减少能量损失。
稳定性
保证蜗杆传动的长期稳定运行，减少 维护和更换的频率。
材料和许用应力选择
根据计算结果，选择合适的材 料和确定许用应力，以确保蜗 杆传动的安全性和可靠性。
润滑和散热设计
考虑蜗杆传动的润滑和散热需 求，设计合理的润滑和散热系
统。
蜗杆传动的优化设计
参数优化
对蜗杆传动的参数进行 优化设计，以提高其性
能和降低制造成本。
机械设计基础 复习题2要点
机械设计基础复习题（二）第八章蜗杆传动复习题⒈判断题(1) 所有蜗杆传动都具有自锁性。
（×）(2) 蜗杆传动的接触应力计算，其目的是为防止齿面产生点蚀和胶合失效。
（√）(3) 蜗杆传动中，为了使蜗轮滚刀标准化、系列化，新标准中，将蜗杆的分度圆直径定为标准值。
（√）⒉选择题1. 两轴线 C 时，可采用蜗杆传动。
a．相交成某一角度 b．平行 c．交错 d．相交成直角2 计算蜗杆传动比时，公式 C 是错误的。
a．i＝ω1/ ω2 b．i＝z2/ z1 c．i＝d2/ d13. 轴交角为90˚的阿基米德蜗杆传动，其蜗杆的导程角γ＝8˚8΄30˝（右旋），蜗轮的螺旋角应为 B 。
a．81˚51΄30˝ b．8˚8΄30˝ c．20˚ d．15˚4. 对于重要的蜗杆传动，应采用 B 作蜗轮齿圈材料。
a．HT200 b．ZCuSn10Pb1 c．40Cr调质 d．18CrMnTi渗碳淬火5. 当蜗杆头数增加时，传动效率 B 。
a．减小 b．增加 c．不变⒊问答题(1) 蜗杆传动有哪些特点？适用于哪些场合？为什么？大功率传动为什么很少用蜗杆传动？(2) 何谓蜗杆传动的中间平面？何谓蜗杆分度圆直径？(3) 一对阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮的正确啮合条件是什么？(4) 蜗杆传动的传动比等于什么？为什么蜗杆传动可得到大的传动比？为什么蜗杆传动的效率低？(5) 蜗杆传动中，为什么要规定d1与m 对应的标准值？第九章轮系复习题1 选择题(1) _C___轮系中的两个中心轮都是运动的。
a．行星 b．周转 c．差动(2) __A__轮系中必须有一个中心轮是固定不动的。
a．行星 b．周转 c．差动(3) 要在两轴之间实现多级变速传动，选用A轮系较合适。
a．定轴 b．行星 c．差动(4) 自由度为1的轮系是B。
a．周转 b．行星 c．差动(5) 差动轮系的自由度为 C 。
a．1 b．1或2 c．2(6) 在平面定轴轮系中，传动比的符号可由B决定。
第八章 蜗杆传动
第八章 蜗杆传动8-1 基础知识一、蜗杆传动的类型及特点根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥面蜗杆传动等。
圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。
普通圆柱蜗杆又可分为（1）阿基米德蜗杆（ZA 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；（2）渐开线蜗杆（ZI 蜗杆），这种蜗杆的端面齿廓为渐开线；（3）法向直廓蜗杆（ZN 蜗杆），其端面齿廓为延伸渐开线，法面齿廓为直线；（4）锥面包络蜗杆（ZK 蜗杆），一种非线性螺旋齿面蜗杆。
二、蜗杆传动的参数和几何尺寸1、 普通圆柱蜗杆传动的主要参数图8-1 普通圆柱蜗杆传动（1）模数m 和压力角α蜗杆和蜗轮啮合的中间平面上，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即1212a t a t m m mαα===（2）蜗杆的分度圆直径1d 蜗杆的分度圆直径1d q m =⨯，m 为模数，q 为蜗杆的直径系数，已有标准值,且与模数相匹配。
1d q m = （8-1） （3）蜗杆头数1z蜗杆头数1z 通常取为1、2、4、6，也可根据要求的传动比和效率来选定。
（4）导程角γ 111111tan a z z P P z m z d d d q γππ==== （8-2）（5）传动比i 和齿数比u 传动比12n i n =，齿数比21z u z =，（1n 、2n 为蜗杆和蜗轮的转速，单位为r/min ，2z 为蜗轮的齿数）当蜗杆主动时，有 1221n z i u n z === （8-3）（6）蜗轮齿数2z 蜗轮齿数主要根据传动比来确定，通常规定2z 大于28，一般不大于80。
（7）蜗杆传动的标准中心距12211()()22a d d q z m =+=+ （8-4） 变位蜗杆的中心距为 1221(2)2a d d x m '=++ （8-5）2、 蜗杆传动的几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动主要参数的基本公式中心距 12211()()22a d d q z m =+=+ （标准传动中心距） 1221(2)2a d d x m '=++ （变位后实际中心距） 蜗杆轴向齿距a P m π=蜗杆导程1z P mz π=蜗杆分度圆直径1d mq =蜗杆导程角111tan //mz d z q γ==蜗轮变位系数2222z z x '-=（2z '为变位后齿轮的实际齿数） （8-6） 如图8-2 所示图8-2 普通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸三、普通圆柱蜗杆承载能力的计算1、 蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式有点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。
08机械设计基础-蜗杆传动
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：
8蜗杆斜齿设计解析
机械设计基础
应用： 常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大（50kW以下） 或间歇工作的场合。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适用于 中、小功率的地方。
机械设计基础
§8-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
第八章 蜗杆传动
学习要求: 1.了解蜗杆传动的特点、类型及应用 2.熟悉普通圆柱蜗杆传动的主要参数 3.熟练掌握蜗杆传动的失效形式和计算准则；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；了解蜗杆和蜗轮的结构 特点 5.了解蜗杆传动的强度计算特点
机械设计基础
本章重点： 1.熟悉蜗杆传动的特点 2.掌握蜗杆、蜗轮的主要参数 3.掌握蜗杆传动的主要失效形式及设计计算准则 4.了解蜗杆传动的设计计算 5.了解蜗杆传动的热平衡计算以及改善其散热能力的措施 和方法
机械设计基础
二、蜗杆、蜗轮的材料
材料及热处理 40、45（调质） 蜗 杆 20Cr、20CrMnTi（渗碳淬火） 45、40Cr（表面淬火） ZCuSn10P1、ZCuSnPb5Zn5 蜗 轮 用途 不太重要 高速重载 Vs<12~25m/s
ZCuAl10Fe3
HT150、HT200
Vs<10m/s
一、主要参数
机械设计基础
1.模数m、压力角a 中间平面——垂直于蜗轮轴线且过蜗杆轴线的平面。 在中间平面内，蜗杆的啮合传动可视为齿条和渐开线齿轮 的啮合。所以，蜗杆的轴向模数mx1和轴向压力角a x1应与蜗轮 的端面模数mt2和端面压力角at2相等。
即正确啮合条件： mx1 mt 2 m
a x1 a t 2 20 1 （旋向相同） 2
机械设计基础复习题2要点
机械设计基础复习题(二)第八章蜗杆传动复习题1. 判断题(1) 所有蜗杆传动都具有自锁性。
(X )(2) 蜗杆传动的接触应力计算，其目的是为防止齿面产生点蚀和胶合失效。
(V )(3) 蜗杆传动中，为了使蜗轮滚刀标准化、系列化，新标准中，将蜗杆的分度圆直径定为标准值。
(V )2. 选择题1. __________ 两轴线 C _时，可采用蜗杆传动。
a .相交成某一角度b .平行c .交错d .相交成直角2计算蜗杆传动比时，公式_C _是错误的。
a . i = 3 1/ 3 2b . i =乙/ z ic . i = d2/d i3. 轴交角为90?勺阿基米德蜗杆传动，其蜗杆的导程角丫= 8?8?30?(右旋)，蜗轮的螺旋角应为_B _。
a . 81?51?30?b . 8?8?30?c . 20?d . 15?4. 对于重要的蜗杆传动，应采用_B —作蜗轮齿圈材料。
a . HT200b . ZCuSn10Pb1c . 40Cr 调质d . 18CrMnTi 渗碳淬火5. 当蜗杆头数增加时，传动效率 _____ B _____ 。
a .减小b .增加c .不变3•问答题(1) 蜗杆传动有哪些特点？适用于哪些场合？为什么？大功率传动为什么很少用蜗杆传动？(2) 何谓蜗杆传动的中间平面？何谓蜗杆分度圆直径？(3) 一对阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮的正确啮合条件是什么？(4) 蜗杆传动的传动比等于什么？为什么蜗杆传动可得到大的传动比？为什么蜗杆传动的效率低？(5) 蜗杆传动中，为什么要规定d1与m对应的标准值？第九章轮系复习题1选择题(1) _aC 轮系中的两个中心轮都是运动的。
.行星b.周转c.差动⑵A轮系中必须有•个中心轮是固定不动的。
a.行星b.周转c.差动⑶要在两轴之间实现多级变速传动，选用A轮系较合适。
a.定轴b.行星c.差动⑷自由度为1的轮系是 B 。
a.周转b. 行星c.差动差动轮系的自由度为 C 。
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。
蜗杆传动课件
新课内容
任务二、蜗杆传动方向判别
1. 蜗杆、蜗轮螺旋方向的判别
右手定则：伸出右手，掌心对着自己，四指顺着与蜗 杆（或蜗轮）的轴线方向，大拇指指向与螺旋线方向 一致，为右旋。反之，为左旋。
例1 右旋
例2 左旋
比一比
（注：相互啮合的蜗杆传动，蜗杆与蜗轮的螺旋方向一致）
新课内容
2. 蜗轮回转方向的判别
利用假设法与左(右)手螺旋定则
作业布置
见资料：
左右手螺旋定则：当蜗 杆是右旋（或左旋）时， 伸出右手（或左手），并 半握拳，四指顺着蜗杆的 回转方向，这时大拇指指 向相反的就是蜗轮上啮合 点的线速度方向。
试一试巩固小结认识蜗杆传来自:1.组成 2.工作原理
蜗杆传动方向判别
1.蜗杆、蜗轮螺旋方向的判别 2.蜗轮回转方向的判别
1.试判断蜗杆、蜗轮的螺旋方向
左旋
左旋
2.请标注蜗杆、蜗轮的螺旋方向
右旋
左旋
1.判别蜗轮的旋转方向 已知：蜗杆螺旋方向、蜗杆回 转方向，求蜗轮回转方向
利用左(右)手螺旋定则
2.判别蜗杆的旋转方向
已知：蜗杆螺旋方向、蜗轮回 转方向，求蜗杆回转方向
利用假设法与左(右)手螺旋定则
3.判别蜗杆的螺旋方向 已知：蜗杆回转方向、蜗轮回 转方向，求蜗杆螺旋方向
复习引入 问题1：选择图片，判别机械传动的类型
1
2
3
4
5
6
复习引入
问题2：举例说明：日常生活中的蜗杆传动
分度头
减速机
新课内容
任务一、认识蜗杆传动
1.组成
(1)蜗杆
（2）蜗轮
新课内容
2.工作原理
蜗杆传动是以蜗杆为 主动件，蜗轮为从动 件，用于传递在空间 交错的两轴间的运动 和动力，通常两轴交 错角为90°。
机械设计第八章蜗杆传动讲解
用循环油
精品资料
精品资料
§8-5 蜗杆传动的材料(cáiliào)和结构
一、材料(cáiliào)
1、要求
有足够的强度 良好的减摩耐磨性 良好的抗胶合能力
所以：常用青铜作蜗轮的齿圈，与淬硬磨削的钢制蜗杆相配。
2、蜗杆材料
常为碳钢或合金钢
பைடு நூலகம்高速重载—— 采用20Cr、20CrMnTi（渗碳处理至56~62HRC）
查图
Yβ=1-
γ 140
°
∵ 蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力，大都超过了齿面点蚀和热平衡
计算时所限定的承载能力。
∴ 只在少数情况下——如强烈冲击、蜗轮为脆性材料或开式传动时，才
计算蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度。
蜗轮轮齿的弯曲(wānqū)疲劳强度高于斜 齿轮的弯曲(wānqū)疲劳强度。
精品资料
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造价高（蜗轮常用青铜制）
精品资料
缺点
二、分类(fēn lèi)
应用最广，但易车难磨，不易得到较高精度。
阿基米德(ā jī mǐ dé)蜗杆（ZA蜗杆）与车梯形螺纹类似
圆柱蜗杆传动
渐开线蜗杆（ZI蜗杆）
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
便于磨削、精度较高，
应用日渐广泛。
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
圆弧面（环面）蜗杆传动
精品资料
下列各蜗杆传动均以蜗杆为主动件，请标出蜗轮（或蜗杆）的转向， 蜗轮轮齿(lún chǐ)的旋向及蜗杆、蜗轮受力方向。
精品资料
四、齿面接触(jiēchù)疲劳强度计算
与斜齿轮(chǐlún) 相似
σH= ZE·Zρ ·
KT2 a3
≤[σH]
1
ZE——称弹性影响系数（Mpa 2）,青铜或铸铁蜗轮配钢制蜗杆时，ZE=160 Zρ——接触系数 查 图 a——中心距（mm）
蜗杆传动类型课件
03
蜗杆传动的应用场景
工业领域
蜗杆传动在工业领域中广泛应用于各 种机械设备，如减速机、传送带、链 条等，以实现精确的传动和变速。
在工业领域中，蜗杆传动能够承受较 大的载荷，具有较高的传动效率，并 且能够实现较远距离的传动。
机械制造领域
蜗杆传动在机械制造领域中是重要的传动方式之一，广泛应用于各种机床、加工 中心、装配线等机械设备。
智能化发展
智能监测与诊断系统
利用传感器和智能化监测技术，实时监测蜗杆传动的运行状态，实现故障预警和诊断。
远程监控与遥控技术
通过远程监控和遥控技术，实现对蜗杆传动系统的远程操控和维护，提高运行效率和安 全性。
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蜗杆传动的工作原理
当蜗杆转动时，蜗轮会随之转动，从 而实现运动和动力的传递。
蜗杆传动具有较大的传动比，能够实 现减速、增速或变速的功能。
蜗杆传动的特点
传动比大
蜗杆传动的传动比通常较大， 能够实现较大的减速或增速。
传动平稳
由于蜗杆和蜗轮之间的接触是 点接触，因此传动平稳，能够 减小振动和噪音。
承载能力大
圆弧齿圆柱蜗杆传动的齿面加工比较困难，制造成本较高，因此使用范围相对较窄 。
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动是一种以锥面为工作面的 蜗杆传动，其特点是蜗杆和蜗轮的轴 线呈一定角度。
锥蜗杆传动的制造成本较高，且对安 装精度要求较高，因此使用时需要特 别注意。
锥蜗杆传动具有结构简单、承载能力 大、传动效率高等优点，因此在一些 重型机械、石油化工等领域得到广泛 应用。
新材料的应用
高强度材料
利用新型高强度材料，如钛合金 、复合材料等，提高蜗杆传动的 承载能力和耐久性。
第八章 蜗杆传动
§8-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
一、圆柱蜗杆传动的效率 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： tgγ η=（0.95~0.97） tg(γ+ρ’ ) 式中: γ为蜗杆导程角; ρ’称为当量摩擦角， ρ’=arctg f ’, f’为当量摩擦系数 ，取值见表12-6, P190详见下页
ZQSn 10-1
砂型
金属型 砂型 金属型
≤ 12
≤ 25 ≤ 10 ≤ 12
180
200 110 135
200
220 125 150
ZQSn5-5-5
当蜗轮采用无锡青铜或铸铁制造时，蜗轮的损坏形式 主要是胶合。其许用的接触应力应根据材料组合和滑
动速度来确定。
表14-5 铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力[σH]
表8－3 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
m d1 18 20 22.4 2.5 m d1 (22.4) 28 (35.5) 45 m d1 m 6.3 d1 (80) 112 (63) 80 (100) 140
1
1.25
4
40 (50) 71
(40) 50 (63) 90 (50) 63
蜗轮蜗杆轮齿旋向相同. 蜗轮右旋
蜗杆右旋
∴ γ ＝β
s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。
为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1只能取标准值。
es d1
d2
2. 模数m和压力角α 模数m取标准值，与齿轮模数系列不同。 蜗杆模数m值 GB10088-88
第一系列 第二系列
1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
8.蜗杆传动
导程角tan z1m 2 4 0.2
d1 40
∴ arctan0.2 11.31
d2 mz2 4 39 156
中心距a d1 d2 40 156 98mm
2
2
机械设计基础
§8-3 蜗杆传动的失效形式、 设计准则和材料选择
一、失效形式及设计准则 主要失效形式：齿面胶合、点蚀、过度磨损 计算准则： 开式传动中：主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，要按齿 根弯曲疲劳强度进行设计。 闭式传动中：主要失效形式是齿面胶合或点蚀面。要按齿面 接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此 外，闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应作热平衡核算。
机械设计基础
机械设计基础
应用： 常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大（50kW以下）
或间歇工作的场合。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适用于 中、小功率的地方。
机械设计基础
§8-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
本章重点： 1.熟悉蜗杆传动的特点 2.掌握蜗杆、蜗轮的主要参数 3.掌握蜗杆传动的主要失效形式及设计计算准则 4.了解蜗杆传动的设计计算 5.了解蜗杆传动的热平衡计算以及改善其散热能力的措施 和方法
机械设计基础
§8-1 概述
一、蜗杆传动的特点、应用
机械设计基础
蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。 蜗杆：形似螺杆，但具有齿轮的参数。其分度圆直径较 小，螺旋角较大。分左旋和右旋，齿数有：1（单头）、2、 3、4（多头）。 蜗轮：其分度圆直径较大，齿数较多，齿形呈环面，沿 齿宽方向包住蜗杆，使其啮合时为线接触。有左、右旋之 分。 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∑
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。
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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
蜗杆传动的油温：
t1
t0
1000 P(1 ) dS
(C)
直线齿
渐开线
主截面中，蜗杆的齿形为直线（齿条），蜗轮的齿 形为渐开线。其传动相当于齿轮齿条传动。
11
主要参数及其选择
1
a—a
1）模数和压力角
蜗轮蜗杆正确啮合条件：蜗杆的轴向模数、压力较与蜗轮的端 面模数、压力角分别相等。
12
2) 蜗杆分度圆直径ｄ1与直径系数q
ｄ2＝ｍＺ2
ｄ1 ≠ ｍＺ1
为减少滚刀的规格数量→ｄ1定为标准 KT2 / a3 [ ]H
•当蜗轮材料 B 300MP , 许用应力 [ ]H查表8-6 •若蜗轮材料 B 300MP ,许用应力与循环次数有关
[ ]H KHN[ ]H
[ ]H —基本许用接触应力，表8-7
21
设计公式
常用
23
8.4 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
1、蜗杆传动的效率
1 2 3
1 ——啮合效率 1 tg / tg( ) 2 ——轴承摩擦效率 （0.98～0.995） 3 ——蜗杆或蜗轮搅油引起的效率（0.96～0.99）
(0.95
~
0.96)
tan
tan
在蜗杆传动设计之初，可根据蜗杆头数估取传动效率
Z2min 28 7）标准中心距 a
Z2max 80
a
1 2
(d1
d2)
m 2
(q
z2 )
14
8. 3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算
1、失效形式、设计准则及常用材料
1）失效形式 闭式传动主要失效形式: 点蚀与胶合; 开式传动和润滑条件不好的闭式传动主要失效形式: 磨损 2）设计准则 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； 计算热平衡 开式传动： 按齿根弯曲疲劳强度设计；
ｄ1与ｍ搭配 表8—2
把比值 q d1 m称为蜗杆直径系数q
3) 蜗杆头数z1
d1 mq
Ｚ1 =1、2、4、6
13
4) 导程角
tan pz z1 pa z1m z1m z1 d1 d1 d1 d1 q
5) 传动比 i 和齿数比 u
i n1 z2 n2 z1
6）蜗轮齿数Z2
u z大 z小
（3) 低速轻载：蜗杆， 碳钢，不热处理；蜗轮 ， 铸铁。
16
2、蜗杆传动的受力分析
Fn的分解： 啮合点C
1) 各分力的方向： 受力分析
Fa1—左右手法则 ( 左旋用左手，右旋用右手，四 指与n1同向，拇指与Fa1同向。 )
17
2）力的大小 圆周力：
Ft1
2T1 d1
Fa2
径向力：
Fr1 Fr2 Ft2tg
[t]
80C
27
如 t1 >80°时的冷却措施：
图 7-10 图 7-10
28
8.5 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
蜗杆直径不大，常与轴做成一体—蜗杆轴。
蜗杆轴
29
蜗杆轴
30
蜗轮的结构： 对于尺寸大的青铜蜗轮，多 采用组合式结构。 当用铸铁或尺寸小的青铜 蜗轮多采用整体式结构。
31
青铜齿圈
整体式
m2d1
1.53KT2
Z2 cos [ F
] YF 2Y
（表8-2）定m、d1
4、蜗杆的刚度计算
计算模型： 简支梁
集中载荷： P Ft12 Fr21
蜗杆最大挠度：
y Ft12 Fr21 L3 [ y] 48EI
[y] d1 1000
5、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
目的：1）提高效率；
2）降低温升，防止磨损和胶合
• 润滑油——表8-11
• 润滑油粘度及给油方法——表8-12
• 润滑油量
浸油深度
1 3 da2
4、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。
26
设蜗杆传动功率为P（ K W）,效率为 ,则
15
3）材料 •对材料的要求: 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 •原则：
蜗轮： 铸造锡青铜，铸造铝铁青铜
•选材：根据相对滑动速度vs 选材
（1) 高速重载: 蜗杆用合金钢,淬火,磨削；蜗轮用锡青铜；
（2) 低速重载：蜗杆用45,调质；蜗轮用铝铁青铜；
蜗杆传动
d1 γ
L γ
d1
2
2
1
L
两轴线垂直交错
3
4
2、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
5
2） 按齿廓曲线分: 阿基米德蜗杆
渐开线蜗杆
法向直廓蜗杆
6
7
n--n
a--a
t
a n
n a t
=200
t——t
阿基米德螺旋线
8
3、 蜗杆传动的特点
优点:
1.ｉ很大，一般 ｉ＝7～80, 分度ｉ＝1000
a
3
KT2
ZE
[
ZP ]H
2
定m , q（表8-2）
2）蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
主平面内相当于齿条与斜齿轮啮合
校核式：
F
1.53KT2
d1d2m cos
YF 2Y
[ F ]
许用弯曲应力
[ F ] [ F ] KFN
[ F ] —蜗轮基本许用应力，表8-8
K FN
9
106 N
—寿命系数
22
设计公式
过盈与 螺钉连接
铰制孔 用螺栓 连接
铸铁轮芯
浇铸式
32
小
结
1.蜗杆传动的特点：
i 大，一般i=7～80, 分度 ｉ＝1000 ；平稳 ；紧凑 ；可自锁 Ｖs大→效率低, 发热大→贵重金属→价高
2.参数和尺寸计算:
中间平面m、 →标准
ｄ1＝Ｚ1ｍ／tg ≠ mZ1
i = Z2 /Z1 ≠ d2 /d1
第八章 蜗杆传动
教学内容
8.1 概述 8.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 8.3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 8.4 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 8.5 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
本章重点
本章难点
受力分析，参数和强度计算特点
圆柱蜗杆传动承载能力计算
1
8.1 概述
1、蜗轮蜗杆的形成
3.蜗杆传动受力分析:
Fa1=Ft2 Fa2=Ft1
4.蜗杆传动的强度计算
5.蜗杆传动效率及热平衡计算目的及方法。
33
思考题
34