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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。
（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。
机械设计蜗杆知识点机械设计的蜗杆是一种常见且重要的传动装置，它具有较高的传动效率和承载能力。
蜗杆传动是通过蜗杆与蜗轮的啮合传递动力和运动的。
本文将介绍机械设计中关于蜗杆的一些重要知识点，包括蜗杆的结构、工作原理以及设计注意事项。
一、蜗杆的结构蜗杆是一种具有斜交螺旋线的轴，通常与蜗轮配合在一起使用。
它由蜗齿、蜗纹、中心孔等部分组成。
蜗齿是用来传递动力和运动的关键部件，蜗纹则是蜗杆的表面特征，用来增加啮合面积和提高传动效率。
蜗杆通常由金属材料制成，如钢材等，以保证其强度和耐磨性。
二、蜗杆传动的工作原理蜗杆传动是一种螺旋面与螺旋面之间的啮合传动方式。
在传动过程中，蜗齿与蜗轮齿槽进行啮合，蜗杆通过旋转带动蜗轮转动。
由于蜗杆的螺旋线的角度通常较小，所以在传动过程中产生一个大的齿轮减速比，从而实现传动的扭矩放大和速度减小。
蜗杆传动一般用于低速大扭矩的场合，如起重机械、车辆传动系统等。
三、蜗杆传动的设计要点1. 蜗杆与蜗轮的啮合角度：蜗杆的螺旋线与蜗轮齿槽的啮合角度应控制在一定范围内，过大或过小都会影响传动的效果。
通常蜗杆的螺旋线角度为5°-30°之间。
2. 蜗齿的尺寸设计：蜗齿的几何参数是设计中的关键要素，包括蜗齿高度、蜗齿厚度、蜗齿间隙等。
这些参数的选择需要考虑到传动功率、载荷大小、转速等因素。
3. 轴向力的控制：蜗杆传动会产生轴向力，对机械零件的支撑和结构稳定性提出了要求。
设计时需要合理选择轴承和支撑结构，以保证传动的正常运行。
4. 润滑和散热：蜗杆传动由于摩擦和啮合，会产生较多的热量和磨损。
因此，在设计中应考虑到润滑和散热的问题，采取适当的措施来降低传动的温度和减少磨损。
综上所述，机械设计中蜗杆的知识点包括蜗杆的结构、工作原理和设计要点。
蜗杆的结构由蜗齿、蜗纹和中心孔等组成，它与蜗轮配合，通过螺旋线的啮合传递动力和运动。
设计蜗杆传动需要注意蜗杆与蜗轮的啮合角度、蜗齿尺寸、轴向力和润滑散热等问题。
机械设计课程设计蜗杆传动一、课程目标知识目标：1. 理解蜗杆传动的原理、类型及适用条件；2. 掌握蜗杆传动的设计方法、步骤及注意事项；3. 了解蜗杆传动的强度计算、传动效率及润滑方式；4. 掌握蜗杆、蜗轮的加工工艺及装配要求。
技能目标：1. 能够运用所学知识进行蜗杆传动的设计，并绘制出完整的零件图和装配图；2. 学会使用计算软件进行蜗杆传动的强度计算及优化；3. 能够分析蜗杆传动在实际应用中的优缺点，并提出改进方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的创新意识和实践能力，激发他们对机械设计的兴趣；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；3. 引导学生关注蜗杆传动在工业生产中的应用，认识到机械设计在国民经济发展中的重要性。
课程性质：本课程为机械设计课程设计的一部分，旨在让学生通过实际操作，掌握蜗杆传动的设计方法和过程。
学生特点：学生已具备一定的机械设计基础，具有较强的动手能力和一定的创新能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和设计水平。
在教学过程中，注重培养学生的独立思考能力和团队协作精神，使他们在完成设计任务的同时，提升自身的综合素质。
通过本课程的学习，使学生能够达到预定的学习成果，为后续的专业课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 蜗杆传动原理及类型- 蜗杆传动的定义、工作原理- 蜗杆传动的类型、特点及适用范围2. 蜗杆传动设计方法与步骤- 蜗杆、蜗轮的设计计算- 蜗杆传动强度计算与校核- 蜗杆传动设计步骤及注意事项3. 蜗杆传动零件加工与装配- 蜗杆、蜗轮的加工工艺- 零件公差与配合的选择- 蜗杆传动装配工艺及要求4. 蜗杆传动在实际应用中的案例分析- 分析蜗杆传动在工程实际中的应用案例- 探讨蜗杆传动的优缺点及改进措施5. 蜗杆传动课程设计实践- 完成蜗杆传动设计任务，绘制零件图和装配图- 使用计算软件进行蜗杆传动强度计算及优化- 撰写课程设计报告，总结设计过程及心得教学内容安排与进度：第一周：蜗杆传动原理及类型第二周：蜗杆传动设计方法与步骤第三周：蜗杆传动零件加工与装配第四周：蜗杆传动在实际应用中的案例分析第五周：蜗杆传动课程设计实践教材章节关联：本教学内容与教材中关于蜗杆传动章节相关内容紧密关联，涵盖了蜗杆传动的基本原理、设计方法、加工装配及实际应用等方面，确保学生能够系统地掌握蜗杆传动的相关知识。
第十章蜗杆传动本章主要内容▪蜗杆传动的分类；▪蜗杆和涡轮的结构；▪普通圆柱蜗杆传动的主要参数；▪蜗杆传动的受力分析及主要失效形式；▪蜗杆传动效率计算方法；▪蜗杆传动强度计算及热平衡计算。
重点难点▪蜗杆传动转向判断；▪蜗杆传动受力分析；▪蜗杆传动的变位；▪蜗杆传动的热平衡计算第一节概述蜗杆传动用于传递空间交错轴间的回转运动，多数情况下交错角为90 （即垂直交错）。
一、蜗杆传动的特点和应用：1．特点：优点：传动比大，一般为i=10-80，最大可达1000工作平稳，噪声低结构紧凑可实现反向自锁缺点：齿面的相对滑动速度大传动效率低，具有自锁性能的蜗杆传动，效率更低应用：由于上述特点，蜗杆传动主要用于中小功率（一般小于50KW，最大可达750KW），间断工作（因为效率低，发热多、温升高）的场合。
例如：电梯中，各种起重设备中。
二、分类：按蜗杆的形状、加工蜗杆时的位置分：1．圆柱蜗杆2．环面（弧面）蜗杆：蜗杆的外形是圆弧回转面。
蜗杆沿蜗轮的节圆包着蜗轮。
特点：同时啮合的齿对数多。
轮齿间易于形成油膜，承载能力高，效率可达80-90%，但是，需要较高的制造、安装精度。
3．锥蜗杆：蜗杆的外形是圆锥。
特点：啮合齿数多，承载能力高，传动平稳。
三、精度等级由于蜗杆传动的啮合轮齿的刚度比齿轮传动大，所以制造精度对传动的影响比齿轮传动更显著。
蜗杆传动规定了12个精度等级。
对于动力传动，常用的是5-9级，各等级的适用范围见教材上的表10-1。
第二节 蜗杆传动的主要参数与几何尺寸主（中间）平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。
主平面内的参数为标准值。
对蜗杆是轴面，对蜗轮是端面。
就阿基米德蜗杆而言，在中间平面内相当于直齿轮与齿条的啮合。
所以，蜗杆与蜗轮啮合时，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m x1= m t2 = m ，αx1=αt2，且蜗轮与蜗杆的螺旋线方向相同，且γ1＝β2 一、蜗杆传动的主要参数1．模数m ：对蜗杆是轴面模数m x ，对蜗轮是端面模数m t 。
第二节蜗杆传动的类型按蜗杆的形状蜗杆传动可分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。
(a)圆柱蜗杆传动 (b)环面蜗杆传动 (c)锥面蜗杆传动一、圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。
1、普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动多用直母线刀刃加工。
按齿廓曲线的不同，普通圆柱蜗杆传动可分为四种。
(1) 阿基米德蜗杆(ZA蜗杆) 蜗杆的齿面为阿基米德螺旋面，在轴向剖面Ⅰ－Ⅰ上具有直线齿廓，端面齿廓为阿基米德螺旋线。
加工时，车刀切削平面通过蜗杆轴线。
车削简单，但当导程角大时，加工不便，且难于磨削，不易保证加工精度。
一般用于低速、轻载或不太重要的传动。
(2) 渐开线蜗杆(ZI蜗杆)蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线。
加工时，车刀刀刃平面与基圆相切。
可以磨削，易保证加工精度。
一般用于蜗杆头数较多，转速较高和较精密的传动。
(3) 法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面N－N齿廓为直线。
车削时车刀刀刃平面置于螺旋线的法面上，加工简单，可用砂轮磨削，常用于多头精密蜗杆传动。
(4) 锥面包络蜗杆(ZK蜗杆) 蜗杆齿面是圆锥面族的包络曲面，在各个剖面上的齿廓都呈曲线。
加工时，采用盘状铣刀或砂轮放置在蜗杆齿槽的法向面内，由刀具锥面包络而成。
切削和磨削容易，易获得高精度。
目前应用广泛。
2、圆弧圆柱蜗杆传动(ZC型)圆弧圆柱蜗杆的齿形分为两种：其一是蜗杆轴向剖面为圆弧形齿廓，用圆弧形车刀加工，切削时，刀刃平面通过蜗杆轴线（图a）。
另一种蜗杆用轴向剖面为圆弧的环面砂轮，装置在蜗杆螺旋线的法面内，由砂轮面包络而成(图b)，可获很高的精度，我国正推广后者。
圆弧圆柱蜗杆传动，在中间平面上蜗杆的齿廓为内凹弧形，与之相配的蜗轮齿廓则为凸弧形，是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动(图c)，综合曲率半径大，承载能力高，一般较普通圆柱蜗杆传动高50～150%；同时，由于瞬时接触线与滑动速度交角大(图d)，有利于啮合面间的油膜形成，摩擦小，传动效率高，一般可达90%以上；能磨削，精度高。
机械设计V带蜗杆课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解V带蜗杆的基本结构、工作原理及其在机械传动中的应用。
2. 学生能掌握V带蜗杆的设计步骤、计算方法和参数选择。
3. 学生了解V带蜗杆的优缺点，并能与其它传动方式进行比较。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，独立完成V带蜗杆的设计计算。
2. 学生能通过绘图软件绘制V带蜗杆的装配图和零件图。
3. 学生能运用CAD软件对V带蜗杆进行三维建模，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机械设计专业的热爱，增强对工程技术的认识。
2. 学生在团队协作中培养沟通、合作能力，树立集体荣誉感。
3. 学生通过课程学习，增强解决问题的自信心，形成积极向上的学习态度。
课程性质：本课程为机械设计专业核心课程，旨在培养学生具备V带蜗杆设计的基本能力和实践操作技能。
学生特点：学生已具备一定的机械基础知识，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的设计能力和工程素养。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。
课程目标分解为具体学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- V带蜗杆的基本概念、结构特点及工作原理。
- V带蜗杆的传动比计算、功率计算、强度计算。
- V带蜗杆的设计准则、参数选择及优化方法。
2. 实践操作：- V带蜗杆设计计算实例分析。
- 使用CAD软件进行V带蜗杆的三维建模和工程图绘制。
- V带蜗杆装配图和零件图的绘制方法。
3. 教学大纲：- 第一周：V带蜗杆基本概念、结构和工作原理学习。
- 第二周：V带蜗杆传动计算、设计准则学习。
- 第三周：V带蜗杆设计计算实例分析与练习。
- 第四周：V带蜗杆三维建模及工程图绘制实践。
教材章节关联：- 教材第3章“齿轮传动及其设计”相关内容。
- 教材第4章“带传动及其设计”相关内容。
- 教材第6章“蜗杆传动及其设计”相关内容。
154第12章 蜗杆传动12.1 考点提要12.1.1 重要的术语和概念蜗杆的传动特点和分类、蜗杆的效率、蜗杆的头数、导程角、直径系数、12.1.2蜗杆传动的滑动速度和效率蜗杆主动时的机构效率为：）（v tg tg ϕγγη+-=)96.095.0( （12-1） 蜗杆的功率损耗一般由啮合摩擦，轴承损耗及零件搅油和飞溅损耗。
计算效率时，需要用到当量摩擦角v ϕ，其数值可通过arctgf v =ϕ算出，再结合相对滑动速度查表确定。
增加蜗杆的头数会使导程角增大，从而使效率增大，同时滑动速度也增大；如果增大蜗杆的分度圆直径将使导程角减小，从而使效率下降，而蜗杆的刚度提高。
蜗轮主动的效率为）（’v tg tg ϕγγη-= （12-2） 显然若v ϕγ≤，则0≤‘η，机构自锁，显然，如果反行程（蜗轮主动）自锁，正行程的效率（蜗杆主动）一定不大于５０O O /。
蜗杆机构总的效率为啮合效率与轴承效率及搅油效率的乘积。
在设计之初，为近似求出蜗轮的转矩2T ，η数值可按表14-1数值估计。
表１４－１ 效率与蜗杆头数关系1Z １２ ３ ４ 总效率０.７ 0.8 0.85 0.9 影响蜗杆传动啮合效率的几何因素有：蜗杆的头数Z1，蜗杆的直径系数q﹑蜗杆分度圆直径〔或模数﹑Z1﹑q〕。
由于传动多是减速传动，所以蜗杆多处于高速级。
当蜗杆头数较少时，反行程效率低，机构自锁。
只有蜗杆头数多时才有较高的效率，反行程不自锁（可以蜗轮为主动件），但蜗轮和蜗杆的滑动速度过大，对材料要求很高，易出现磨损和胶合，因此很少采用。
12.1.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆蜗轮的正确啮合条件有：1）蜗杆的轴向模数ma1=蜗轮的端面模数mt2且等于标准模数；2）杆的轴向压力角αa1=蜗轮的端面压力角αt2且等于标准压力角；3）蜗杆的导程角γ=蜗轮的螺旋角β且均可用γ表示，蜗轮与蜗轮的螺旋线方向相同。
通过蜗杆轴线并与涡轮端面垂直的平面称中间平面。
