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第11章 蜗杆传动

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第11章 蜗杆传动
1. 判断如讨论题10-1图所示蜗杆传动中蜗轮的转向，并分别在啮合点处画出作用于蜗杆及
蜗轮上的三个分力Ft、Fa、Fr的方向。如改变图中蜗杆的回转方向，这时蜗杆、蜗轮
上的三个分力又如何表示？

n
1

n
1

主动

主动

a)b)
讨论题10-1图

10-1 解：

如改变蜗杆的回转方向，作用于蜗杆，蜗杆上的径向力Fr1、Fr2方向不变，而圆周力
Ft，轴向力Fa的方向均与图中相反。

2. 如讨论题10-2图所示为二级蜗杆传动。已知蜗杆1为右旋，轴I为输入轴，转向如图。
轴Ⅲ为输出轴。试在图上画出：
1）考虑Ⅱ轴上所受轴向力能抵消一部分，定出蜗杆3和蜗轮2、4齿的旋向；
2）Ⅱ轴和Ⅲ轴的转向；
3）蜗轮2和蜗杆3齿上的三个分力（Ft、Fa、Fr）的方向。
蜗杆
蜗轮
II

III

讨论题10-2图
蜗杆
蜗轮

n
1
I

解：

1、3—蜗杆 2、4—蜗轮
（1）根据蜗杆与蜗轮的正确啮合条件，可知蜗轮2与蜗杆1同旋向——右旋。为
使II轴上所受轴向力能抵消一部分，蜗杆3须与蜗轮2同旋向——右旋，故与之啮合
的蜗轮4也为右旋。
（2）II轴和III轴的转向见上图。
3. 影响蜗杆传动效率的主要因素有哪些？导程角的大小对效率有何影响？
解：闭式蜗杆传动的效率一般包括三部分：啮合效率、轴承效率和溅油损耗的效率。其中啮
合效率为主要部分，它与蜗杆导程角和当量磨擦角v有关，v主要与蜗轮齿圈材料、蜗杆
啮面硬度及蜗杆传动的滑动速度vs有关；而起主要作用的为导程角。轴承效率与轴承类型
有关。溅油损耗与回转体浸油深度及宽度、圆周速度和油的粘度等因素有关。
啮合效率1随角的增大而提高，当=45°-时，达到最大值1max，故若继续增大则

1

将下降，过大的使制造较为困难，且在>30°后，1的增长已不明显，故在设计中一般角

不超过30°。
4.为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度？用碳钢或合金钢制造
蜗轮有何不利？

答：因为在蜗杆与蜗轮的配对材料中，蜗轮材料的强度比较低，所以蜗杆传动的承载能力

主要取决于蜗轮轮齿的强度。在蜗杆传动中，啮合齿面是具有很大的相对滑动速度，为了减
少磨损，提高抗胶合的能力，要求配对轮齿材料具有良好的减磨性，磨合性和耐磨性。碳钢
或合金钢制造的蜗轮虽然强度高，但与碳钢蜗杆
5. 阿基米德蜗杆传动为何以中间平面的轴向模数和压力角为标准值？阿基米德蜗杆传动正
确啮合的条件是什么？
解：在中间平面内，阿基米德蜗杆传动就相当于齿条与齿轮的啮合传动，故在设计蜗杆传动
时，均取中间平面上的参数（如模数、压力角等）和尺寸（如齿顶圆、分度圆度等）为基准，
并沿用齿轮传动的计算关系，而中间平面对于蜗杆来说是其轴面，所以轴向模数和压力角为
标准值。
阿基米德蜗杆传动的正确啮合条件是：
mx1=mt2=m（标准模数）
x1=
t2
=20°

（导程角）=
（蜗轮螺旋角）且同旋向

式中：
mx1、x1——蜗杆的轴向模数，轴向压力角；
mt2、t2——蜗轮的端面模数、端面压力角。
6. 图示为一蜗杆传动。已知模数m=6.3mm，蜗杆的头数Z1=2，蜗杆分度圆直径d1=63mm，蜗

轮的齿数Z2=60,蜗杆轴转矩T1=，啮合效率。试确定蜗轮螺旋角大
小、旋向及蜗轮的转向？作用于蜗杆，蜗轮上力的大小与方向？（忽略轴承和搅油损耗）（本
小题15分）

d
1

n
1
解：（1）确定蜗轮螺旋角大小，方向及蜗轮的转向螺杆分度圆导程角

根据蜗杆与蜗轮正确啮合条件，蜗杆分度圆导程角与蜗轮的分度圆螺旋角大小相等，方

向相同。故蜗轮螺旋角=，螺旋线方向为右旋，根据蜗轮圆周向力Ft2的方向可判
定蜗轮的转向为逆时针方向。

（2）确定蜗杆与蜗轮上的力的大小与方向

受力方向如图示
受力的大小

Ft1=Fa2===1269.84 N
Fa1=F
t2
====5206.35 N

Fr1=Fr2=Ft2tg==1894.96N

7. 什么叫蜗杆直径系数？它与哪些因素有关？为什么要规定蜗杆分度圆直径为标准值？
解：蜗杆分度圆直径d1=z1m/tan，令z1/tan=q则d1=mq。q=d1/m称为蜗杆直径系数。q与蜗
杆头数z1及导程角有关。在蜗杆传动中，为保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆
具有同样尺寸的蜗轮滚刀来加工与其配对的蜗轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就得有一
种对应的蜗轮滚刀，而d1=z1m/tan，即同一模数下，当、z1不同时，就有不同直径的蜗杆，
因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀，这是很不经济的，为使刀具数量减少，同时便于滚
刀的标准化，则规定每一标准模数相应只有1~4个蜗杆分度圆直径。

8. 闭式蜗杆传动为什么要进行热平衡计算？如热平衡不能满足要求时，应采用什么措施？
解：对于连续工作的闭式蜗杆传动进行热平衡计算其目的是为了限制温升、防止胶合。蜗杆
传动由于效率低，工作时发热量大，在闭式传动中，如果散热不良温升过高，会使润滑油粘
度降低，减小润滑作用，导致齿面磨损加剧，以至引起齿面胶合，为使油温保持在允许范围
内，对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算，如热平衡不能满足时可采用以下措施：
①增大散热面积A：加散热片，合理设计箱体结构。②增大散热系数Ks：在蜗杆轴端加风扇
以加速空气的流通；在箱体内装循环冷却管道，采用压力喷油循环润滑。

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CH11蜗杆传动

CH11蜗杆传动


有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的
刚度较前一种差。
蜗杆和蜗轮的结构
二、蜗轮的结构 为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当 蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁 或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：
整体式蜗轮
配合式蜗轮
拼铸式蜗轮 组合式蜗轮
螺栓联接式蜗轮
1.53KT2 F YFa 2Y≤ F d1 d 2 m 1.53KT2 m 2 d1 ≥ YFa 2Y z 2 F
设计式：
z 式中：YFa2－齿形系数，按当量齿数 zυ cos 3 Y Y －螺旋角系数， 1
查图11－19；
140 F －蜗轮的许用弯曲应力（MPa)，见表11－8 。
校核式：
H ZE Z
KT2 [ H ] 3 a
式中：ZE－弹性系数，青铜或铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对，ZE取160； Zρ－接触系数 图11-18；
H －蜗轮的许用接触应力（MPa)，见表11－6和表11-7 。
K－载荷系数，K K A Kυ K KA－使用系数，见表11－5；
2T1 Ft1 Fa 2 d1 2T2 Fa1 Ft 2 d2 Fr1 Fr2 Ft2 tan a a
Fn
Fa1
Fa 2
Fa1
Fn
2T2 d 2 cosa n cos
式中：α n－蜗轮的法向压力角， tana n tana a cos
T T2－蜗轮的转矩， 2 T1i1
二、蜗杆传动的变位 变位的目的：调整中心距和传动比，使之符合规定值 变位：切削时，利用刀具相对蜗轮毛坯的径向位移实现变位。
故，为保持刀具尺寸不变，蜗杆尺寸不能改变，只对蜗轮进行变位。
第十一章蜗杆传动

第十一章蜗杆传动

第十一章蜗杆传动11.1 主要内容及特点1. 蜗杆传动与其他传动形式的比较，主要是与齿轮传动、带传动、链传动等的比较，属于选择传动形式的基本知识；2. 蜗杆传动的主要参数及其选择；3. 蜗杆传动的失效形式及其防止；4. 蜗杆传动的材料和热处理的选择；5. 蜗杆传动的受力分析和载荷计算；6. 蜗杆传动的设计计算，包括传动效率和散热计算；7. 蜗杆传动的结构设计和润滑。

11.2 学习要求1. 了解蜗杆传动的特点、应用和分类；2. 掌握普通圆柱蜗杆传动的基本参数和几何计算；了解蜗杆传动变位的特点；3. 掌握蜗杆传动的材料选择、失效形式和计算准则；4. 掌握蜗杆传动的受力分析及强度计算；5. 了解闭式蜗杆传动进行热平衡计算的目的和方法。

11.3 重点、难点提要1. 蜗杆传动的特点蜗杆传动与齿轮传动相比，除可得到很大的传动比外，还有工作平稳、无噪声。

另外，当蜗杆螺旋升角较小时，具有自锁性。

但是传动过程中由于相对滑动速度大，故效率低，是这种传动的特点。

故常用于分度机构，而不宜用于大功率、连续工作的传动。

2. 蜗杆传动的主要参数蜗杆传动是取中间平面的参数为标准参数的，即通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面，对蜗杆来说是其轴面；对蜗轮来说是其端面。

为了使蜗轮刀具标准化、系列化，把蜗杆分度圆直径d1定为标准值，且与模数m相搭配。

3. 蜗杆传动的作用力分析分析作用力时，应先判别螺旋线方向（右旋或左旋），然后按主动轮（通常为蜗杆）左右手定则判定蜗杆轴向力方向及蜗轮的转向。

另外由于蜗杆传动通常是传递交错轴的传动，它的又一特点是F t1=－F a2，F a1＝－F t2，这两对力大小相等方向相反。

3. 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的失效形式与齿轮传动基本相同，但更易发生胶合、点蚀和磨损失效；由于蜗杆材料为钢，蜗轮材料常用铜合金，故失效多发生在蜗轮轮齿上。

所以蜗杆传动的计算方法主要是按蜗轮轮齿的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。

第十一章蜗杆传动000002

第十一章蜗杆传动000002


法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
车制蜗杆,端面齿廓为延伸渐开线，法面 齿廓为直线。
非线性螺旋 齿面蜗杆。 不能在车床 上加工，只 能在铣床上 铣制并在磨 床上磨削。
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
圆弧圆柱蜗杆(zc蜗杆）
蜗杆的螺旋面用刃边为凸圆弧形的刀具切成， 蜗轮用范成法制造。 蜗杆凹圆弧——蜗轮凸圆弧
蜗杆体在轴向 的外形是以凹 圆弧为母线所 形成的旋转曲 面
蜗杆分类－－按形状
ZA型:阿基米德蜗杆
ZI型:渐开线蜗杆
普通圆柱蜗杆
ZN型:法向直廓蜗杆
圆柱蜗杆
ZK型:锥面包络蜗杆
圆弧圆柱蜗杆
环面蜗杆
锥蜗杆
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
车制蜗，它相当于一个少 齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋 角的渐开线圆柱斜齿轮。
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
蜗杆由在节 锥上分布的 等导程的螺 旋所形成
普通圆柱蜗杆传动
中间平面：通过蜗杆轴线，垂直于蜗轮轴线的平面。 即：蜗杆轴面 蜗轮端面 相当于：斜齿条——斜齿轮传动
pa
tgγ px z1 pa z1m z1
π d1 d1 d1 q
蜗杆传动的变位
普通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸 计算关系式见表11-3
→右旋
蜗轮右旋
vS
v1
cos
d1n1
60 1000 cos
冷却方式： （a）风扇冷却 （b）冷却水管冷却 （c）压力喷油润滑冷却
蜗杆结构形式：
a）结构无退刀槽用铣制方法加工螺旋部分 b)结构有退刀槽可用车制、铣制方法加工螺旋部分
蜗杆与蜗轮 旋向相同
Ft1 Fa2 2T1 d1
Fa1 Ft2 2T2 / d2 Fr1 Fr2 Ft2 tan
过程装备基础 第11章 齿轮传动与蜗杆传动

过程装备基础 第11章 齿轮传动与蜗杆传动


rb2 ’
ra2
2 OO 2 2

24
啮合线
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25
11.5
斜齿圆柱齿轮传动
11.5.1 斜齿圆柱齿轮的形成及其传动特点
(1)齿廓曲面的形成 基圆柱上的螺旋角： b 分度圆柱上的螺旋角：
发生面 K K A 发生面 发生面 K
渐开线 ？端面齿形
b
K
A
B
A B
A
直齿轮齿廓曲面的形成

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(5)齿面塑性变形
原因：用软钢或其它较软的材料制造的齿轮在重 载下工作。 条件：低速、起动频繁和瞬时过载。 现象：渐开线形状被破坏，瞬时传动比不恒定。 措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油。

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11.6.2 齿轮材料及热处理 (1)齿轮材料
45号钢 中碳合金钢 金属材料 低碳合金钢 最常用，经济、货源充足 40Cr、40MnB、35SiMn等 20Cr、20CrMnTi等
* 齿根圆直径 d f d 2hf ( z 2ha 2c* )m
基圆直径 db d cos mzcos
p m 齿距 齿厚与槽宽 s e m / 2
基圆齿厚
pb db / z mzcos / z m cos p cos

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(3)按齿面硬度分类
软齿面( HBS≤350)齿轮:
主要失效形式：齿面点蚀。 应用：多用于中、低速传动。 热处理：调质或正火处理，热处理后再进行轮齿的精切。
硬齿面( HBS>350)齿轮:
主要失效形式：齿根弯曲疲劳折断。 应用：高速、中载、无猛烈冲击的重要齿轮。
热处理：中碳钢经表面淬火处理或用低碳钢经表面渗碳淬火处理。