最新机械设计基础PPT课件-第12章蜗轮蜗杆课件PPT

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蜗轮和蜗杆设计详解PPT课件

Ks A
t1
t0－环境温度(℃)。可用于系统热平衡验算，一般t1≤70~90℃
1000(1h)P1 KsA(t1 t0 ) 可用于结构设计
第20页/共34页
11.6 蜗杆传动的强度计算
第21页/共34页
11.7 蜗杆传动的精度等级选择及其安装维护蜗杆传动的精度选择
GB 10089-88对普通圆柱蜗杆传动规定了1~12个精度等级➢1级精度最高，其余等级依次降低，12级为最低，6~9级精度应用最多 ➢6级精度传动一般用于中等精度的机床传动机构，圆周速度v2≥5m/s ➢7级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合,速度v2≥7.5m/s ➢8级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度v2≥3m/s ➢9级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构
第3页/共34页
11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
11.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择
1.蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2和传动比 i 较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效
率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为1、2、4、6。
环面蜗杆传动
其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；
锥蜗杆传动
同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。
第1页/共34页
11.1 蜗杆传动的类型和特点
11.1.2 蜗轮传动的特点
计算寿命系数
K KHN
FN
KHN
8
107 N
8
107 5.22107

蜗轮蜗杆传动PPT课件

蜗杆传动
蜗杆传动的类型和特点蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
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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、
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。
VS
V1 cos
d1n1 60 1000 cos
(m / s) V1
较大的VS易发生齿面磨损和胶合；如润滑条件良好（形成油膜条件）则较大的VS则有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率。
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2.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。
11.8 常用各类齿轮传动的选择
11.8.1 各类齿轮传动性能的比较
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11.8.2 传动类型的选择
在选择传动类型时应考虑以下几个方面传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。在联合使用圆柱、圆锥齿轮时，应将圆锥齿轮放在高速级
圆柱齿轮和谐齿轮相比，一般斜齿轮的强度比直齿轮高，且传动平稳，所以用于高速场合。直齿轮用于低速场合
为了减摩，通常蜗杆用碳钢和合金钢制成，高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳(shentan)淬火，或45钢、 40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。
蜗轮用有色金属，常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
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11.4.2 蜗杆、蜗轮的结构
1.蜗杆的结构蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。（1）铣(xi)制蜗杆
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总效率：
1 2 3

机械设计基础：第12章蜗轮蜗杆讲解

vS ≤6 m/s时→ ZCuAl10Fe3铝青铜。 vS <2 m/s时→球墨铸铁、灰铸铁。
精品资料
二、蜗杆蜗轮的结构(jiégòu) 蜗杆通常(tōngcháng)与轴 → 蜗杆轴制成一体
b1 蜗杆长度b1的确定：
z1=1或2时：b1 ≥(11+0.06z2)m
z1= 4时: b1≥ (12.5+0.09z2)m
140
90
(71)
(50) 10 90
63
…
摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用
精品资料
当蜗轮采用青铜(qīngtóng)制造时，蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其许用的接触应力如下表：
表12-4 锡青铜蜗轮的许用接触应力[σH]
蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度
蜗杆齿面硬度
Vs m/s
齿面接触(jiēchù)强度验算公式：
σH = 500
KT2 = 500 d1d22
KT2 m2d1z22
≤[σH ]
500 2 由上式可得设计公式： m2d1≥ z2 [σH ] KT2
式中K为载荷系数，取：K =1.1~1.3
m、d1应选取标准值确定。
精品资料
表12－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
锡青铜
HRC>45
f’ ρ’
0.11 0.08 0.055
第二系列 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
压力(yālì)角: α=20°
动力传动，推荐：α=25° 分度传动，推荐用 α=15°
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蜗轮蜗杆轮齿(lún chǐ)旋向相蜗同轮. 右旋蜗杆右旋
若 ∑ ＝90° ＝β1+β2 ∵ γ1+β1 ＝90°

《机械设计基础》课件第12章

4.内齿轮与齿条
图12-14所示为一内齿圆柱齿轮，内齿轮的轮齿是分布在空心圆柱体的内表面上的。与外齿轮相比，内齿轮有下列几个不同点：
(1)内齿轮的齿厚相当于外齿轮的齿槽宽，内齿轮的齿槽宽相当于外齿轮的齿厚。
(2)内齿轮的齿顶圆在它的分度圆之内，齿根圆在它的分度圆以外。
图12-15所示为一齿条，它可以看作为齿轮的一种特殊形式。与齿轮相比，齿条有下列两个主要特点：
图12-1 外啮合齿轮传动
图12-2 内啮合齿轮传动
图12-3 齿轮齿条传动
(2)斜齿圆柱齿轮传动。斜齿圆柱齿轮简称斜齿轮。斜齿轮的轮齿与轴线成一定角度，如图12-4所示。斜齿轮传动也可分为外啮合、内啮合和齿轮齿条传动。
(3)人字齿轮传动。人字齿轮的轮齿成人字形，如图 12-5所示。
图12-4 斜齿圆柱齿轮传动
图12-5 人字齿轮传动
2．空间齿轮传动
空间齿轮传动用于相交轴和交错轴之间的传动。 (1)圆锥齿轮传动。圆锥齿轮传动用于相交轴之间的传动，有直齿圆锥齿轮传动(如图12-6所示)和曲齿圆锥齿轮传动(如图12-7所示)。 (2)螺旋齿轮传动。螺旋齿轮传动用于交错轴之间的传动，如图12-8所示。 (3)蜗轮蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动用于垂直交错轴之间的传动，如图12-9所示。
a
r1
r2
r1
r2
m 2
(Z1
Z2)
标准安装时两齿轮留有径向间隙c
c (ha* c*)m ha*m c*m
3.连续传动条件
1)渐开线齿轮的啮合过程
图12-19
1为
主动轮，轮2为从动轮，两轮的角速度方向如图所示。
N1N2为啮合线。开始进入啮合时，先是主动轮的齿根部分与从动轮的齿顶部分接触，啮合的起点为从动轮的齿顶圆

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。

《蜗轮蜗杆》PPT课件

淬火钢* 250 230 210 180 160 120 90
HT 150、HT 200 渗碳钢 130 115 90 — — — —
HT 150
调质钢 110 90 70 — — — —
* 蜗杆未经淬火时需将表中[σH]值降低20%。
精选PPT
21
7.5 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
作速度向量图，得: vS = v2 2+ v1 2 = v1 / cos γ v2 = v1 tgγ 蜗轮的转向: CW
精选PPT
2
ω2
v2
p
1
t
ω2 2 ω1
v2 p
1
γγ vS v1 t
23
表12-6 当量摩擦系数和当量摩擦角
蜗轮材料
蜗杆齿面硬度
滑动速度 vs m/s
0.01 0.10 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 8.00 10.0 15.0 24.0
式中：T1 、T1分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。
T2= T1 i η
精选PPT
18
7.4.2 圆柱蜗杆传动的强度计算
1.接触疲劳强度
蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即可。
H
11
Fn •
1 2
b
1 12
1
2 2
E1
E2
精选PPT
19
m/s时→ ZCuAl10Fe3铝青铜。 m/s时→球墨铸铁、灰铸铁。
精选PPT
17
7.4 圆柱蜗杆传动的强度计算
7.4.1 力分析
ω2

《蜗杆蜗轮传动》课件

蜗杆通常具有螺旋形状的轴，而蜗轮则是一个具有与蜗杆相匹配的齿形的齿轮。
蜗杆蜗轮传动的特点
高传动比
蜗杆蜗轮传动的传动比通常较大，可以实现较大的减速或增速。
传动平稳
由于蜗杆和蜗轮的啮合是线性的，因此传动过程相对平稳，振动和冲击较小。
结构紧凑
蜗杆蜗轮传动装置结构紧凑，占用空间小，适用于空间受限的场合。
脂润滑
将润滑脂填入蜗杆蜗轮接触区，起到润滑作用。脂润滑适用于低速重载的工况。
润滑对蜗杆蜗轮传动效率的影响
润滑作用
良好的润滑可以减少摩擦和磨损，降低热量产生，提高传动效率。
润滑不良的影响
如果润滑不良，会导致摩擦和磨损增加，热量积累，降低传动效率，甚至引起蜗杆蜗轮的烧伤和咬合。
04
蜗杆蜗轮传动的安装和维护
02
蜗杆蜗轮传动的组成和工作原理
蜗杆蜗轮传动的组成
蜗杆
通常是一根斜面的圆柱体，具有螺旋线，常与蜗轮配合使用。
蜗轮
具有与蜗杆相配合的轮齿，通常为圆盘形状。
箱体
用于支撑和固定蜗杆和蜗轮，确保其正常运转。
蜗杆蜗轮的工作原理
转动运动
当蜗杆转动时，蜗轮会随之转动，从而实现转动运动。
传动比
蜗杆蜗轮的传动比是根据蜗杆和蜗轮的齿数比来确定的，通常为1:1或1:2。
《蜗杆蜗轮传动》 PPT课件
目录
• 蜗杆蜗轮传动的概述 • 蜗杆蜗轮传动的组成和工作原理 • 蜗杆蜗轮传动的效率和润滑 • 蜗杆蜗轮传动的安装和维护 • 蜗杆蜗轮传动的发展趋势和未来展望
01
蜗杆蜗轮传动的概述
蜗杆蜗轮传动的定义
蜗杆蜗轮传动是一种机械传动方式，通过蜗杆和蜗轮的啮合来实现动力的传递。

机械设计基础第12章蜗杆传动

d1 mq
pz z1 px
tan pz z1 px z1m z1 d1 d1 d1 q
蜗杆导程蜗杆轴向齿距
蜗杆导程角
d1越小（或q越小），越大，传动效率越高，但蜗杆的刚度
和强度越低。通常，转速高的蜗杆可取较小的d1值，蜗轮齿数z2较大时可取较大的d1值。
当导程角小于当量摩擦角时，蜗轮为主动时则发生自锁。
蜗杆材料：20Cr渗碳淬火；40Cr、35CrMo淬火；45调质
蜗轮材料：ZCuSn10P1 ZCuAl10Fe3
vs 25 m/s 耐磨性好、抗胶合
vs 6 m/s 价格便宜
HT200
vs 2 m/s 经济、低速
二、蜗杆和蜗轮的结构蜗杆结构：通常与轴为一体，蜗杆轴
蜗轮结构：整体式（铸铁蜗轮或尺寸很小的青铜蜗轮）组合式（有色金属齿圈＋钢或铸铁轮芯）
二、蜗杆传动的类型因蜗轮是用形状与蜗杆相同的滚刀加工而成，故蜗杆传动的类型是按蜗杆的不同进行分类。
按蜗杆形状分：圆柱蜗杆和环面蜗杆。
圆柱蜗杆用直线刀刃的车刀车削成形，根据刀具安装位置的不同，可加工出阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆等。
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
阿基米德蜗杆：刀具两刃与蜗杆轴线共面；轴面内相当于直线齿条，端面齿形为阿基米德螺线。渐开线蜗杆：用两把车刀，其刀刃顶面切于蜗杆基圆柱；端面齿廓为渐开线，在切于蜗杆基圆柱的剖面内，齿廓的一侧为直线，轴面内为凸廓曲线。蜗杆有左、右旋之分，常用的是右旋蜗杆。
蜗轮径向力
各力方向的确定：类似于斜齿轮
【例】图示蜗杆传动，蜗杆1主动，转向如图。试指出蜗轮2、 3轮齿旋向及转向，并画出蜗杆1上啮合处的作用力三个分力方向。
2

机械设计基础蜗轮蜗杆PPT34页

45、法律的制定是为了保证每一个人自由发挥自己的才能，而不是为了束缚他的才能。—— 罗伯斯庇尔
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克

机械设计基础蜗轮蜗杆
41、实际上，我们想要的不是针对犯罪的法律，而是针对疯狂的法律。 ——马克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就像影子跟随着身体一样。— —贝卡利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进步。— —杰弗逊 44、人类受制于法律，法律受制于情理。— —托·富勒

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长沙交通学院专用
=
-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↓
长沙交通学院专用
表12-2 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值
2.5 28 (35.5)
4
22.4
45
11..66
2200 2288
q=12.5 q3.=1517.53(258.5)
5
(18) 2 22.4
(28) 35.5
(45) 56
4 (31.5) 6.3
d1
m
d1
40 6.3 (80)
(50)
112
71
(63) (40) 8 80
50
(100)
(63)
第一系列 1, 1.25, 1.6, 2, 2.5 , 3.15, 4, 5, 6.3 8 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40
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°
定义： q=d1/m
q 为蜗杆: 直径系数
一般取: q=8～18。
可由表12－1计算得到。
见下页
于是有： d1 = mq
tgγ1 = px z1 /πd1 = mz1 / d1
= z1 / q
长沙交通学院专用
表12－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
m
d1
m
d1
m
1 18
(22.4)
1.25 20
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
4. 蜗杆的导程角γ 将分度圆柱展开得：
tgγ1=l/πd1 = z1 px1/πd1 = mz1/d1
β1 γ1
px1
l
d1
长沙交通学院专用
γ1
πd1
5.蜗杆直径系数q 加工时滚刀直径等参数与蜗杆分度圆直径等参数相同，为了限制滚刀的数量，国标规定分度圆直径只能取标准值，并与模数相配。
ω1 1
长沙交通学院刀具做成蜗杆状，用范成法切制蜗轮，所得蜗轮蜗杆为线接触。
优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：i=1000, 通常i=8~80
缺点：传动效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。
长沙交通学院专用
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
中心距
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 =mq
d2=mz2
ha=m
ha=m
df =1.2mq
df =1.2mq
da1=m(q+2) da1=m(q+2) df1=m(q-2.4) df2=m(q-2.4)
pa1=pt2= px=π m
c=0.2 m
a=0.5(d1 + d2) m=0.5m(q+z2)
§12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构一、蜗杆传动的失效形式及材料选择主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。
长沙交通学院专用
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 s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。
t β1
β2 ∑
为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1 只能取标准值。 e s
β1
γ1 t
d1
d2
长沙交通学院专用
表12－1 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
γγ vS v1 t
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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
p
v2 ω1
1
7.中心距 a = r1+r2 = m(z2+q)/2
蜗轮的转向
长沙交通学院专用
二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算
由蜗杆传动的功用，以及给定的传动比 i , → z1
→ z2 →计算求得 m、d1 →计算几何尺寸
表 12-3 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算
名称
蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径
齿顶高齿根高
顶圆直径根圆直径
蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距
径向间隙
长沙交通学院专用
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：
高速重载蜗杆：20Cr,20CrMnTi(渗碳淬火56~62HRC) 或 40Cr 42SiMn 45 (表面淬火45~55HRC)
一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220~250HBS)
蜗轮材料： vS >12 vS <12 vS ≤6 vS <2
140
90
(71) (50) 10 90
63
…
长沙交通学院专用
6.齿面间滑动速度vS及蜗轮转向的确定
由相对运动原理可知: v2 = v1 + vS
作速度向量图，得:
vS = v2 2+ v1 2 = v1 / cos γ
v2 = v1 tgγ
2
ω2
v2
p
1
t
ω2 2 ω1
v2 p
1
蜗轮的转向: CW
机械设计基础PPT课件-第 12章蜗轮蜗杆
§12-1 蜗杆传动的特点和类型
作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。蜗杆主动、蜗轮从动。∑＝90°
形成：若单个斜齿轮的齿数很少（如z1=1）而且β1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完整的螺旋。
所得齿轮称为:蜗杆。
蜗轮
而啮合件称为:蜗轮。
ω2
2 蜗杆
(63)
140
90
(71) (50) 10 90
63
…
摘自GB10085-88,括号中的数字尽可能不采用
长沙交通学院专用
3. 传动比 i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2
蜗杆头数z1 ：即螺旋线的数目。蜗杆转动一圈，相当于齿条移动
z1个齿，推动蜗轮转过z1个齿。
通常：传动比
z1=1~4 : i=
-nn-21-
m
d1
m
d1
m
1 18
(22.4)
1.25 20
2.5 28 (35.5)
4
22.4
45
20
1.6 28
(28)
5
3.15 35.5
(18) 2 22.4
(28) 35.5
(45) 56
4 (31.5) 6.3
d1
m
d1
40 6.3 (80)
(50)
112
71
(63) (40) 8 80
50
(100)