08机械设计基础-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。

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。

（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。