蜗杆传动设计实例

目录一、课程设计任务书 (2)二、传动方案 (3)三、选择电动机 (3)四、计算传动装置的总传动比及其分配各级传动比 (5)五、传动装置的运动和动力参数 (5)六、确定蜗杆的尺寸 (6)七、减速器轴的设计计算 (9)八、键联接的选择与验算 (17)九、密封和润滑 (18)十、铸铁减速器箱主要结构尺寸 (18)十一、减速器附件的设计 (20)十二、小结 (23)十三、参考文献 (23)一、课程设计任务书2007—2008学年第 1 学期机械工程学院（系、部）材料成型及控制工程专业 05-1 班级课程名称：机械设计设计题目：蜗轮蜗杆传动减速器的设计完成期限：自 2007年 12 月 31 日至 2008年 1 月 13 日共 2 周指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日二、传动方案我选择蜗轮蜗杆传动作为转动装置，传动方案装置如下：三、选择电动机1、电动机的类型和结构形式按工作要求和工作条件，选用选用笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v，Y型。

2、电动机容量工作机所需功率wpKWFvpww30.196.010005.25001000=⨯⨯==η根据带式运输机工作机的类型，可取工作机效率96.0=wη。

电动机输出功率dpηwdpp=传动装置的总效率433221ηηηηη⋅⋅⋅=式中，21ηη、…为从电动机至卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。

由表10-2KWPw3.1=电动机外形尺寸：四、计算传动装置的总传动比及其分配各级传动比传动装置总传动比：由选定的电动机满载转速m n 和工作机主轴的转速n ，可得传动装置的传动比是：98.82.1591430===n n i m 所得i 符合单级蜗杆减速器传动比的常用范围。

五、传动装置的运动和动力参数1、各轴转速1n 为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速，则：min /14301r n n m ==2n 为蜗轮的转速，由于和工作机连在一起，其转速等于工作主轴转速，则：m in /2.1592r n n ==各轴输入功率按电动机额定功率cd P 计算各轴输入功率，设1P 为蜗杆轴的功率，2P 为蜗轮轴的功率，3P 为工作机主轴的功率。

双线蜗杆的两级优化设计双导程蜗杆蜗轮传动是一个方便的消隙机构，它可用于精密机械工具和导向装置。

目的是尽量减少蜗杆和齿轮之间的摩擦力。

约束条件包括蜗杆几何体，应力，位移和蜗杆的固有频率。

为了避免困难的三维优化问题，本文介绍一种两阶段优化方法。

第一级优化使用一个近似模型，在这阶段蜗杆的线程是近似的元素。

蜗杆和蜗轮的节圆直径、模数以及左右侧模块的差异是设计变量。

第二级优化使用真正的三维实体模型与连续螺旋线确定最佳形状的蜗杆线程。

实例表明这是可行的和有效的。

关键词：机械设计；双导程蜗杆；两阶段优化引言蜗轮蜗杆齿轮组是一个重要的机械传动机构，这一装置优点在于其较高减速比和紧凑的尺寸。

这一机构的缺点是功率的损失相对其他类型的齿轮组高。

工业上蜗杆蜗轮组主要用于减速器、导向和定位装置。

因为蜗杆蜗轮组几何性质和动力传输机构不同于其他类型的齿轮，很多运动学和接触蜗杆和蜗轮齿的研究已经进行了1–[7]。

由于近年来高科技产业的蓬勃发展，对精密的机器和精密的制造工艺的需求迅速增加。

精确定位的切割工具或工件的关注重点精密机械制造工艺。

在机械领域精密齿轮和滚珠丝杠实现这些目标的关键部件。

但是众所周知，即使在最高级别的精密齿轮中齿间间隙仍不能消除。

反弹是影响定位精度的主要因素之一。

黑尔和斯洛克姆[ 8]提到一些美国隙设计专利。

其中之一是用于蜗轮蜗杆齿轮传动。

其设计理念是类似于一个滚珠螺杆。

在蜗杆的线程和蜗轮的齿牙之间插入滚珠，尽量减小蜗杆蜗轮之间反弹间隙。

这种设计成本高。

一种更便宜的方法，这是本文提到的，使用的是双导程蜗杆蜗轮组。

蜗杆的双引线是特别设计的，有两种不同导致双向的蜗杆线程。

由于不同的引导线，两侧的线程在轴向方向的厚度不同。

这种设计的优点是蜗杆蜗轮之间的间隙可以通过旋转蜗杆轴调整最适宜的线程确保蜗杆与蜗轮齿配合来减小。

拜尔和纂[ 9]讨论了几何型双导程蜗轮蜗杆。

先进的数学模型可以用来做接触分析与研究。

本文拜尔和纂[ 10 ]提出另外讨论接触牙齿，接触比率和双导程蜗轮蜗杆传动运动误差。

了解蜗杆传动的特点，它的适用场合。

了解蜗杆传动的主要参数，如模数、压力角、螺旋头数、螺旋导程角、螺旋螺旋角、螺旋分度圆等。

•熟悉蜗杆、蜗轮构造，蜗杆与蜗轮常用什么材料制造,那个易被损害。

•掌握蜗杆传动效率低的机理，蜗杆传动中箱体内的润滑油温度过高有什么危害，如何降低。

第一节概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的（图3－52），用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。

在一般蜗杆传动中，都是以蜗杆为主动件。

从外形上看，蜗杆类似螺栓，蜗轮则很象斜齿圆柱齿轮。

工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。

为了改善轮齿的接触情况，将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住。

这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触，而不是点接触。

蜗杆传动具有以下特点：1．传动比大，且准确。

通常称蜗杆的螺旋线数为螺杆的头数，若蜗杆头数为z 1，蜗轮齿数为z2，则蜗杆传动的传动比为2＝n1/n2＝z2/z1ω1/ωi＝（3－60）通常蜗杆头数很少（z1=1～4），蜗轮齿数很多(z2=30～80)，所以蜗杆传动可获得很大的传动比而使机构比较紧凑。

单级蜗杆传动的传动比i≤100～300；传递动力时常用i＝5～83。

2．传动平稳、无噪声。

因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿对较多。

03．当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。

=0.4～0.45。

η=0.82～0.92。

具有自锁时，η=0.75～0.82；z1＝3～4时，η=0.7～0.75；z1=2时，η4．传动效率比较低。

当z1＝1时，效率5．因啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造。

由于普通蜗杆传动效率较低，所以一般只适用于传递功率值在50～60kW以下的场合。

一些高效率的新型蜗杆传动所传递的功率可达500kW，圆周速度可达50 m/s。

第二节蜗杆传动的主要参数和几何尺寸本节只讨论普通圆柱蜗杆传动，或称阿基米德圆柱蜗杆传动（在垂直于蜗杆轴线的剖面中，齿廓线是一条阿基米德螺旋线，故称为阿基米德螺杆）。

4.2.5夹具中重要结构的尺寸计算在本夹具中采用手动的蜗轮蜗杆机构带动转盘转动，从而使得工件转动，在铣刀的作用下进而使得工件被加工的加工模式。

因此蜗轮蜗杆机构的设计在本夹具设计中占有很重要的地位。

①蜗轮蜗杆的材料蜗轮蜗杆的材料不仅要具有足够的强度，更重要的是应具有良好的跑合性、减磨性及耐磨性。

蜗杆一般用碳钢或者合金钢制成，对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，可采用40和45钢等，经调质硬度在220~300HBS 。

常用的蜗轮材料为铸造锡青铜、铸造铝青铜及铸铁等，效率要求不高时，特别是要求自锁时，可采用灰铸铁，为了防止变形，一般要对蜗轮进行时效处理。

综合考虑，在本机构中蜗杆采用45碳钢调质处理，硬度在220~250HBS ，蜗轮采用灰铸铁HT150。

②蜗轮蜗杆的尺寸设计在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋齿部分的强度通常高于蜗轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。

在一般情况下，蜗轮轮齿因弯曲疲劳强度不足而失效的情况较少，只有在蜗轮齿数很多或开式传动中，才需要以保证齿根弯曲疲劳强度作为主要计算准则，因此对于闭式蜗杆传动，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。

蜗杆头数常取 =1z 1 ~ 6 ，考虑到自锁取1z =1,按规定蜗杆头数1z =1时，蜗轮齿数402>z ，传动比4012>=z z i 取 2z =42蜗杆设计公式[]22212496⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥H z KT d m σ 3mm 式中 []H σ — 蜗轮材料的许用接触应力[][][]87''10N Z H N H H σσσ=•=[]'H σ—蜗轮材料的基本许用接触应力 取值为125 MPaN Z — 接触疲劳强度的寿命系数N — 应力循环次数 取N=71025⨯2T = 9.7 M N •K= 1代入数据得 312194mm d m ≥由查表得标准模数 m 和蜗杆分度圆直径 1d 的值分别为 2.5和35.5 蜗杆的分度圆柱导程角 γ11tan d m z =γ 代入数据得 γ=︒4○3蜗轮蜗杆的尺寸校核 []F Fa F Y md d KT σγσ≤•=2212cos 53.1 [][]9610N F F •'=σσ 代入数据得 []MPa F 15=σ MPa F 73.3=σ 满足条件 []F F σσ≤由以上分析和计算得出蜗轮蜗杆的几何参数为 mm d 5.351= d 2=105mm 11=Z 422=Z 5.2=m ︒=4γ。

蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。

蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分蜗杆传动，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。

蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。

由蜗杆与蜗轮互相啮合组成的交错轴间的齿轮传动（图1）。

通常两轴的交错角为90°。

一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。

蜗杆传动的传动比大，工作平稳，噪声小，结构紧凑，可以实现自锁。

但一般的蜗杆传动效率较低，蜗轮常须用较贵的有色金属（如青铜）制造。

蜗杆传动广泛用于分度机构和中小功率的传动系统。

单级蜗杆传动的传动比常用 8～80。

在分度机构或手动机构中蜗杆传动的传动比可达300,用于传递运动时可达到1500。

蜗杆传动-类型蜗杆传动有多种类型，如表所示。

蜗杆传动圆柱蜗杆传动是蜗杆分度曲面为圆柱面的蜗杆传动。

其中常用的有阿基米德圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动（图2）。

①阿基米德蜗杆的端面齿廓为阿基米德螺旋线，其轴面齿廓为直线。

阿基米德蜗杆可以在车床上用梯形车刀加工，所以制造简单，但难以磨削，故精度不高。

在阿基米德圆柱蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮齿面的接触线与相对滑动速度之间的夹角很小，不易形成润滑油膜，故承载能力较低。

②弧齿圆柱蜗杆传动是一种蜗杆轴面(或法面)齿廓为凹圆弧和蜗轮齿廓为凸圆弧的蜗杆传动。

在这种传动中，接触线与相对滑动速度之间的夹角较大，故易于形成润滑油膜，而且凸凹齿廓相啮合，接触线上齿廓当量曲率半径较大，接触应力较低，因而其承载能力和效率均较其他圆柱蜗杆传动为高。

蜗杆传动-主要参数各类圆柱蜗杆传动的参数和几何尺寸基本相同。

图3为阿基米德圆柱蜗杆传动的主要参数。

通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面，称为中间平面。

在中间平面上，蜗杆的齿廓为直线，蜗轮的齿廓为渐开线，蜗杆和蜗轮的啮合相当于齿条和渐开线齿轮的啮合。

因此，蜗杆传动的参数和几何尺寸计算大致与齿轮传动相同，并且在设计和制造中皆以中间平面上的参数和尺寸为基准。

蜗轮蜗杆典型例题1． 如图所示，蜗杆主动，主动轮扭矩m N T .201=，模数mm m 4=，21=Z ，mm d 501=， 蜗轮齿数,502=Z 传动的啮合效率75.0=η。

试确定：（1）蜗轮的转向；（2）蜗轮蜗杆所受各力的大小和方向。

2． 如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。

已知输出轴上的圆锥齿轮4Z 的转向4n ：（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向；（2）在图上标出各轮轴向力的方向。

3． 判断图中各蜗杆、蜗轮的转向和螺旋线方向（按构件1主动）画出各蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。

4． 已知两蜗杆均为右旋，轴Ⅰ为输入轴,转向如图所示。

试分析：（1）各蜗杆、蜗轮的螺旋线方向；（2）Ⅲ转向； （3） 蜗杆3和蜗轮2的受力方向。

5． 指出图中未注明的蜗轮的转向和螺旋线方向，并画出蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。

6． 手动绞车采用圆柱蜗轮传动。

已知：mm m 8=，11=Z ，mm d 801=，402=Z ，卷筒直径mm D 200=。

问：（1）欲使重物W 上升1m ，蜗杆应转多少转？ （2）蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数18.0='f ，该机构能否自锁? （3） 若重物W=5KN ，手摇时施加的力F=100N ，手柄转臂的长度l 应为多少？（题6图）7. 如图所示一开式蜗杆传动起重机构，蜗杆与蜗轮之间当量摩擦系数f=0.16(不计轴承摩擦损失），起重时，作用于手柄之力F=200N 。

求：（1）蜗杆分度圆导程角γ,此机构是否自锁?（2）起重、落重时蜗杆的转向（各用一图表示）；（3）起重、落重时蜗杆的受力方向（用三个分力表示）；（4）起重时的最大起重量及蜗杆所受的力（用三个分力表示），重物的重量为W;（5）落重时所需手柄推力及蜗杆所受的力（用三个分力表示）。

（6）重物停在空中时蜗杆所受的力为W;（5）落重时所需手柄推力及蜗杆所受的力（用三个分力表示）。

（6）重物停在空中时蜗杆所受的力。

《机械设计作业》涡轮蜗杆传动设计院系机械电气化工程学院专业机械设计15-1课程名称《机械设计》指导教师设计者题目名称学号下面是赠送的范文，不需要的朋友可以下载后编辑删除2013党风建设心得体会范文按照上级的统一部署，我们认真组织开展了党风廉政建设教育活动。

通过学习，我对活动的重要意义有了一个更高的认识，使我对开展党风廉政建设的重要性和必要性有了更进一步的认识和了解。

可以肯定地说，通过这次教育活动，使自己对相关内容在原有的学习基础上有了更进一步的提高，在一些方面拓宽了思路，开阔了视野，增强了搞好工作的信心。

现就学习情况谈一点粗浅的认识和看法。

一、加强党风廉政建设，干干净净履行职责党风廉政建设关乎民心向背，关乎事业成败。

党中央领导集体对加强党风廉政建设和反腐败斗争给予高度关注和重视，采取了强力措施，中纪委三次全会上提出了“四大纪律”、“八项要求”，中央连续出台了《党内监督条例》和《纪律处分条例》两个法规，充分显示了坚持不懈反腐倡廉的强大决心。

对于廉洁自律问题，要把握好两条：一要干事，二要干净，也就是既勤又廉。

不勤政无以立业，就没地位;不廉政无以立身，就栽跟头。

要把这两条统一起来对待，经得起考验，树立好形象。

1、要警钟长鸣，筑牢防线。

任何腐化、腐败行为都是从思想的蜕化开始的，都有一个思想演变的过程。

因此，把牢思想这一关是最有效的预防，加强思想教育也是反腐倡廉的根本之策。

我们一时一刻都不能放松世界观、人生观、价值观的改造。

要认识到权力是一把双刃剑，用好了能为民造福，用不好也能为自己造“罪”。

我虽然只是公安局一名普通民警，也应该倍加珍惜得来不易的工作，不要因一念之差给家庭、给亲人带来无以挽回的痛苦。

2、从严自律，管住自己。

当前市场经济的趋利性逐步渗透到社会生活的方方面面，形形色色的价值观不断充斥人们的思想，我们现在各方面的条件也有了很大的改善。

但越是在这种形势下，越要保持清醒的头脑，越要保持艰苦奋斗的作风，越要从方方面面严格要求自己。

机械设计---蜗轮蜗杆、斜齿轮、锥齿轮传动机构受力分析例题【例题1】如图所示为一蜗杆—圆柱斜齿轮—直齿圆锥齿轮三级传动。

已知蜗杆1为主动件，且按图示方向转动。

试在图中绘出：
（1）各轴转向。

（2）使II、III轴轴承所受轴向力较小时的斜齿轮轮齿的旋向。

（3）各轮所受诸轴向分力的方向。

【解】
（1）各轴转向如图所示（4分）。

（2）斜齿轮轮齿的旋向如图（2分）。

（3）各轮所受诸轴向分力的方向如图。

（8分）
【解析】
蜗轮蜗杆传动受力分析:
径向力F r:由啮合点指向各自的回转中心。

圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度
方向相反(阻力);
从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。

轴向力F a:主动轮(蜗杆)受力方向用左右手螺旋法则。

从动轮受力方向与F t1相反。

斜齿圆柱齿轮传动受力分析
径向力F r:由啮合点指向各自齿轮的回转中心。

圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相反(阻力)。

从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。

轴向力F a:主动轮受力方向用左右手螺旋法则判定，从动轮受力方向与主动轮相反。

锥齿轮受力分析
径向力F r:由啮合点指向各自的回转中心。

轴向力F a:由啮合点指向各自齿轮的大端(与齿轮转向无关，方常作为隐含条件)。

圆周力F t:主动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相反(阻力)。

从动轮所受圆周力与啮合点切向速度方向相同(动力)。

蜗杆传动设计一般步骤例题：设计一混料机用的闭式普通圆柱蜗杆传动。

已知：蜗杆输入功率p1=10kw，蜗杆转速n1=1460r／min，传动比i=20，单向转动载荷平稳，批量生产。

解：1、选择材料确定许用应力考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度也不太高，蜗杆选用45钢制造，调质处理，齿面硬度220～250hbs；蜗轮轮缘选用铸铝磷青铜zcusn10p1，又因批量生产，采用金属模铸造。

由表8-21得：［σh］=2000 mpa，［σf］=70 mpa。

2、按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径d1确定蜗杆、蜗轮的齿数：由表8—17取z1＝2，则z2=iz1＝20×2=40。

蜗轮转矩t2：由表8—24估计η′=0.8，则确定载荷系数：查表8—10，取k=1.1。

将各参数代入式（8—53）1 查表8—18，按m2d1≥4611mm3，选取m=8 mm，d1=80 mm3.验算效率蜗杆导程角γ由式（8—46）得所以滑动速度：当量摩擦角ρv：查表8—23，得ρv=1°34′效率：现取η=0.85扭矩t2：与初估误差较大，故重新计算查表8—18可知原设计合用4.验算蜗轮疲劳弯曲强度齿形系数yf：蜗轮的当量齿数2 由表8—26查取yf =1.52弯曲强度足够5.计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸(略)。

6.热平衡计算。

所需散热面积：取t0=20℃，t=70 ℃，ks=15 w／(m2·℃) ，根据式8—57，所需的最小散热面积7.选择精度等级：因为这是一般动力传动，v2=1.22m/s＜3 m/s，故取8级精度。

8.蜗杆和蜗轮的结构设计，绘制蜗杆和蜗轮的零件工作图绘制(略)。

3 。

第6章蜗杆传动例题例6-1 图中蜗杆主动，试标出未注明的蜗杆（或蜗轮）的螺旋线方向及转向，并在图中绘出蜗杆、蜗轮啮合点处作用力的方向。

解：(1)蜗轮螺旋线方向已给出，为右旋。

蜗杆传动中，蜗杆的螺旋线方向与蜗轮的相同。

本例中，蜗轮为右旋，那么，蜗杆也为右选，画在图上。

(2)蜗杆转向已在图a 给出，根据视图关系，画在图b 上。

(3)标注件号：1为蜗杆，2为蜗轮，标注节点P 。

(4)蜗杆轴向力F a1和蜗轮圆周力F t2。

根据左右手法则，确定蜗杆轴向力F a1：主动的蜗杆螺旋线方向为右旋，用右手法则，对图b ，四指与n 1相同，拇指(蜗杆轴向力F a1)指向左方向，画在图b 上。

蜗杆轴向力F a1的反作用力为蜗轮圆周力F t2，画在图b 上。

(5)蜗轮的转向n 2。

在蜗轮圆周力F t2的作用下，蜗轮转动，蜗轮P 点的速度方向与蜗轮圆周力F t2相同，据此，确定蜗轮的转向n 2，画再图上。

(6)蜗杆圆周力F t1和蜗轮轴向力F a2。

蜗杆圆周力F t1的方向与蜗杆P 点的圆周速度相反，本例中，蜗杆P 点的圆周速度向右，则蜗杆圆周力F t1方向向左，见图a 。

蜗杆圆周力F t1是蜗轮的轴蜗轮轴向力F a2的反作用力，画在图a 上。

(7)蜗杆径向力F r1和蜗轮径轴力F r2。

蜗杆径向力F r1和蜗轮径轴力F r2，各自指向轮心，画在图上。

(a)(b)n 1F a 1F t 2Pn 2F r 2F r 112例6-2 设计某闭式蜗杆传动。

已知电机驱动，载荷平稳，单向工作，输入功率 P 1＝7.5 kW ，输入转速n 1＝960 r/min ，传动比i ＝16。

单班工作，寿命10年。

解 （l ）选择材料及确定许用应力蜗杆用45钢，蜗杆螺纹部分表面淬火，齿面硬度38～45HRC 。

蜗轮齿圈用铸锡青铜ZCuSn10Pb1，砂模铸造，轮芯用铸铁HT150，采用轮缘(齿圈)过盈配合组合式结构。

由表6-7取蜗轮材料的基本许用接触应力 [σH ]’＝150 MPa ，由表6-9取蜗轮材料的基本许用弯曲应力[σF ]’＝40 MPa(单向工作，单侧工作)。