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第11章-蜗杆传动

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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
点击图标播放

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

40
(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。

41
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

43
(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。

第十一章蜗杆传动

第十一章蜗杆传动
4.蜗轮齿宽方向呈凹弧型→蜗轮部分包容蜗杆 接触线增长 / σH↓→承载力↑
\ 减少磨损, 胶合的机率
★ 加工蜗轮滚刀与蜗杆相似 中圆直径＝ｄ1 齿顶高=齿根高
(三) 蜗杆传动的特点
优点: 1.ｉ很大，一般ｉ＝7～80, 分度ｉ＝500 2. 传动平稳, 噪音低 3.可自锁, 结构紧凑
缺点: 1.Ｖs大→效率低, 发热大→可自锁时η＜50％ 2.需贵重金属→价高 3.不宜用于大功率长期工作
C*=0.2
2.具有螺旋传动的特点
tg Z1 pa1 Z1m Z1m
d1
d1
d1
自锁条件: γ ≤ρ′(当量摩擦角)
效率:
tg tg( )

pa1

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Z1 pa1
d1
3.具有齿轮传动的特点→齿条与斜齿轮啮合 受力分析相同 传动比计算同： ｉ＝Ｚ2／Ｚ1≠ｄ2／ｄ1 强度计算仿斜齿轮
(一)蜗杆传动的类型:
取决于蜗杆
按┌ 圆柱蜗杆┌ 阿基米德蜗杆传动（ＺＡ）
蜗│ 传动 │ 渐开线蜗杆传动（ＺＩ）
杆│
│ 法向直廓蜗杆传动（ＺＮ）
的│
└ 锥面包络蜗杆传动（ＺＫ）
形│ 环面蜗杆传动
状└ 锥蜗杆传动
(二) 蜗杆的形成
导程角 →轮齿方向与端面的夹角
螺旋角β→轮齿方向与轴线的夹角
1.外形: 蜗杆→短螺杆 蜗轮→特殊的斜齿轮 →螺母的一部分
第 十一章 蜗 杆 传 动
本章内容：蜗杆传动的类型，基本参数和几何尺 寸，失效形式，受力分析，强度计算
本章重点：受力分析，参数和强度计算特点
学习方法: 与齿轮传动比较，抓住不同的 ⑴ 传动的特点 ⑵ 参数尺寸特点 ⑶ 材料和结构特点 ⑷ 受力特点 ⑸ 强度计算特点

11第11章蜗杆传动2005

11第11章蜗杆传动2005
48 EI Ft1、Fr1 : 蜗杆所受周向、径向力； E ： 弹性模量； I =πdf14 / 64 ： 惯性矩； [ y ] = d1/1000
§4 蜗杆传动的效率、润滑 及热平衡计算
一、传动效率
功耗 —— 啮合摩擦、轴承摩擦、溅油损耗
总效率： 1 2 3
一般： 2 3 0.95 ~ 0.96
加工方便，应用广，精度不高。
阿
基
米
γ≤3°
德 蜗
杆
(ZA)
γ＞3°
➢ 渐开线蜗杆 （ZI）
齿廓形状：中间平面齿廓 —— 凸廓 端面齿廓 —— 渐开线
加 工： 车削（刀刃顶面与基圆柱相切）， 可磨削，加工精度高。
➢ 法向直廓蜗杆 （ZN） 齿廓形状： 法面齿廓 —— 直线
端面齿廓 —— 延伸渐开线 加 工： 车削（切削刃顶面过其法面）
喷油润滑 压力喷油润滑 润滑方式选择： 由 Vs 查表11－21确定
三、热平衡计算
热平衡计算原因：Vs↑，发热↑，
热平衡计算准则：单位时间内，发热量H1≤散热量H2
发热量 — 摩擦功耗 ：
H1 = 1000P（1- η） 散热量：
H2 =αd S（t0 – ta） t0 – 油的工作温度；ta — 环境温度； αd — 传热系数； S — 散热面积。
§ 1 蜗杆传动的类型和特点
一、蜗杆传动的特点：
１、速比大：i = 5～80， 仪表中：i =1000；
２、冲击载荷小，传动平稳，噪声低；
３、相对滑动速度大， Vs=V1/cosγ＝V2/sinγ
V2 Vsγ V1
2 1
n1
4、效率低 (单头：η＝80％) ，
5、可自锁（γ＜φν），此时η＜50％

第十一章蜗杆传动

第十一章蜗杆传动
tgγ= z1 px1/πd1 = mz1/d1
β1 γ1
px1
l
γ
d
πd1
蜗杆传动的效率与导程角有关，导程角大，传动效率高；导程角小， 传动效率低。当传递动力时，要求效率高，通常取γ=15°~30°，此时 应采用多头蜗杆。若蜗杆传动要求具有自锁性能时，通常取导程角
2302.50/03/2~04.50的单头蜗杆。
v arctafvn, fv为当量摩
根据相对滑动速度、载荷类型等参考表11-7选择。
三、热平衡计算
2020/3/20
蜗杆传动转化为热量所
消耗的功率 P S
P S 1000 （ 1 - ） P1
经箱体散发热量的相当
功率 Pc 为
P C k s A (t1 t0 )
达到平衡时，
P S P C ，则 t1的计算公式为：
2020/3/20
§11—1 蜗杆传动概述
1 组成：主要由蜗杆和蜗轮组成
2 功用：传递两交错轴之间的运动和动力，常常∑＝90°
3 结构：
4
蜗杆类似于螺杆，也可看成是齿
数 很少的宽斜齿轮，在交错轴斜齿轮
中，当小齿轮的齿数很少（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.在此将β1称为导程角γ， 蜗 杆有左旋和右旋之分，除特殊要求之外，
分析： m一定时，q越小导程角γ越大，传动效率越高，但蜗杆的强度、 刚度降低。因此在蜗杆轴刚度允许的情况下，设计蜗杆传动时，要求 传动效率高时q选小值；要求强度和刚度大时q取大值.
5 中心距：
ad1d2 2
m 2(qz2)
2020/3/20
ω2
r2 r1
p a ω1
二、蜗杆传动的几何尺寸

第十一章蜗杆传动

第十一章蜗杆传动

Fa2
→蜗右杆旋
蜗轮右旋
三、 蜗杆传动强度计算
计算准则: 防止点蚀和胶合: 接触疲劳强度准则 防止磨损和折断: 弯曲疲劳强度准则
计算对象: 蜗轮 原因: ①蜗轮材料差（蜗杆常用碳钢或合金钢，并作淬火处理， 蜗轮常采用青铜，使其形成具有良好减摩性的滑动摩擦 副）； ②中间平面内，蜗杆齿形齿根强度高于蜗轮轮齿的强度。
三、蜗杆传动的热平衡计算 1．目的: 对于闭式传动，若散热性能不好，必须
进行热平衡 计算，为防止胶合或急剧磨损。
2．理论依据 热平衡1 条100件0 1:单hP位1 时间内2 蜗dS杆to 传ta 动所产生的热量
Φ1to ≤ ta同 1一000P时1dS1间h内 tp箱体的散热量Φ2。
式中αd箱体表面的传热系数， αd =（8.7～
2、常用材料 材料的基本要求：足够的强度、磨合和耐磨性。 蜗杆：碳钢或合金钢
高速重载：15Cr、20Cr并经渗碳淬火，或40、 45.40Cr并经
淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性， 要求淬火
后的硬度达到40～55HRC，经氮化后 的硬度为
55～62HRC。 低速中载：40、45，调质，硬度220～
3. 蜗杆的分度圆直径d1和导程角γ
蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角称为导程角γ
pa pa
tan z1 pa z1m z1m d1 d1 d1
πd1
d1
m
z1
tan
加工蜗轮时滚刀的尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同, 但m一
定时, 由于z1和γ的变化, d1是变化的, 即需要配备很多加工蜗
轮的滚刀。
↓刀具数量
蜗杆传动
概述 普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 环面蜗杆传动 蜗杆传动的现状及发展方向

第十一章蜗杆传动问答题

第十一章蜗杆传动问答题

问答题1.问：按加工工艺方法不同，圆柱蜗有哪些主要类型？各用什么代号表示？答：阿基米德蜗杆〔ZA蜗杆〕﹑渐开线蜗杆〔ZI蜗杆〕﹑法向直廓蜗杆〔ZN蜗杆〕﹑锥面包络蜗杆〔ZK蜗杆〕。

2.问：简述蜗杆传动变位的目的，特点。

答：变位的目的一般是为了凑中心距或传动比，使符合一定的设计要求。

变位后，被变动的是蜗轮尺寸，而蜗杆尺寸不变；变为后蜗杆蜗轮啮合时，蜗轮节圆与分度圆重合，蜗杆分度圆和节圆不再重合。

3.问：分析影响蜗杆传动啮合效率的几何因素。

答：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〕。

4.问：蜗杆分度圆直径规定为标准值的目的是什么？答：为了减少蜗轮刀具数目，有利于刀具标准化。

5.问：蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要是针对什么来进行的？答：主要是针对蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯曲强度进行的。

6.问：阿基米德蜗杆与蜗轮正确啮合的条件是什么？答：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。

7.问：为什么连续传动的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？答：由于蜗杆传动效率低，工作时发热量大。

在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。

所以进行热平衡计算。

8.问：如何确定闭式蜗杆传动的给油方法和润滑油粘度？答：润滑油粘度及给油方法，一般根据蜗杆传动的相对滑动速度及载荷类型来确定。

9.问：蜗杆通常与轴做成一个整体，按蜗杆螺旋部分的加工方法如何分类？答：按蜗杆螺旋部分的加工方法可分为车制蜗杆和铣制蜗杆。

10.问：闭式蜗杆传动的主要失效形式是什么？答：点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损。

选择题1、动力传动蜗杆传动的传动比的范围通常为＿＿。

A、<1B、1~8C、8~80D、>80~1202、与齿轮传动相比，＿＿不能作为蜗杆传动的优点。

机械原理蜗杆传动


b)蜗杆法面齿形
c主要参数及几何尺寸
★中间平面（主平面）
——通过蜗杆轴线并垂 直 于蜗轮轴线的平面 ：
蜗杆的轴（x面）
蜗轮的端面（t面）
主要参数
1、模数m、压力角 α ★标准参数——∵中间平
面内→相当于齿轮齿条啮
合∴取中间平面的参数为
标准参数※
① 标准压力角 = 20
1、润滑油及其添加剂
为提高蜗杆传动的抗胶合性能，常采用黏度较大的矿物油、或在润滑油中加入适量 的添加剂，如抗氧化剂、抗磨剂、油性极压添加剂等。在表11-20中列出了蜗杆传动常用 的润滑油牌号。
2、润滑油粘度及给油方法
在表11-21中列出了不同滑动速度时推荐选用的润滑油运动粘度值，供设计时选用。
闭式蜗杆传动常用润滑方法主要有油池浸油润滑、循环喷油润滑等方式。具体选择可根 据蜗杆传动的滑动速度大小确定。若采用压力喷油润滑，应注意控制油压，并应使喷油 嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。
⒉ 蜗杆轴刚度计算
影响蜗杆传动性能的弹性变形主要是蜗杆的挠曲变形。引起蜗杆产生挠取 变形的作用力主要有径向力Fr和圆周力Ft。在这两个力的作用下，蜗杆将在两 个方向上产生弹性变形。为简化计算，通常把蜗杆螺纹部分视为以蜗杆齿根圆 直径为直径的轴段。于是可得
y
yt21
yt22
l3 48EI
Ft21 Fr21 y
滑动轴承为 η3＝0.9７~0.9８
vs
v21
v1
cos
v1
d1n1
60 1000
mz1n1
60 1000
v2
d2n2
60 1000
mz2n2
60 1000
γ
（二）蜗杆传动的润滑

第十一章蜗杆传动


第2页/共14页
普通蜗杆传动的参数与尺寸
一、模数m和压力角a
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 ma1= mt2 = m aa1= at2
二、蜗杆的分度圆直径d1
由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。直径d1与模数m的比值(q= d1 ／m)称为蜗杆的直径系数。
四、导程角g
在m和d1为标准值时，z1↑→g↑
五、传动比 i
六、蜗轮齿数z2
蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2= i z1 。 z2不宜太小（如z2＜26)，否则将使传动平稳性变差。 z2也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 （Z1与Z2的荐用值表）
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圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
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：
第13页/共14页
感谢您的观看！
第14页/共14页
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普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡
四、蜗杆传动的散热措施
当自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：
1. 加散热片以增大散热面积或在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。
第10页/共14页
普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡
2. 加冷却管路或散热器冷却。
传动箱内装循环冷却管路
传动箱外装循环冷却器
传动系统的热平衡计算 ── 防止过热引起的失效。
第5页/共14页

机械设计课件蜗杆传动

d1 18 20 22.4 20 28 (18) 22.4 (28) 35.5
m 2.5 3.15 4
d1 (22.4) 28 (35.5) 45 (28) 35.5 (45) 56 (31.5)
m 4 5 6.3
d1 40 (50) 71 (40) 50 (63) 90 (50) 63
通常取： z1=1 2 4 6
5. 蜗杆的导程角γ
将分度圆柱展开得：
= z1 pa1/πd1
=mz1/d1
tgγ1=l/πd1
πd1
l
pa1
γ1
d1
=z1/q
γ1
β1
(11-2)
（可由传动比和效率来选定）
图所示蜗杆螺旋面与分度圆柱的交线为螺旋线。 若将蜗杆分度圆直径为d1的圆柱 面展成平面，并设γ为蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角，px为轴向齿距，则蜗杆的导程角为
蜗杆传动的主要优点是：①传动比大、结构紧凑； ②传动平稳、噪声较小； ③当蜗杆的导程角γ小于轮齿间的当量摩擦角 ρ′时，蜗杆传动具有自锁性。
蜗杆传动的主要缺点是：①传动效率较低；②蜗杆和蜗轮齿面间相对滑动速度较大，磨损较快且易胶合。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高。
应用:
P 750KW（通常＜50KW），Vs 35 m/s （通常＜15 m/s）。
可以磨削，故传动精度和传动效率较高，适用于成批生产和大功率、高速精密这种蜗杆传动。
类型
环面蜗杆传动
圆柱蜗杆传动
锥蜗杆传动
普通圆柱蜗杆传动
圆弧圆柱蜗杆传动
阿基米德蜗杆
渐开线蜗杆
法向直廓蜗杆
锥面包络圆柱蜗杆
γ
dx
延伸渐开线

第11章蜗杆传动简


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
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
(2)蜗杆圆周力指向与其转动方向相反，且 Ft1=-Fa2 ；
(3)蜗杆轴向力用主动轮的左右手定则，且 Fa1=-Ft2 ；
(4)蜗轮蜗杆所受径向力垂直于各自的轴线，
且 Fr1=-Fr2 。
吕苇白
五、 圆柱蜗杆传动的强度计算 (1)齿面接触疲劳强度
校核公式： HZEZ
KT2 a3
H
设计公式：
→ z2 →强度计算求得 m、d1 →计算几何尺寸
表 11-3 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算
名称
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 中心距
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 =mq
d2=mz2
ha=m
ha=m
hf =1.2m
hf =1.2m
da1=m(q+2) df1=m(q-2.4)
吕苇白
6.
传动传比动i 比和齿i 数= —比nn21
u =
—zz12
=u
齿数比
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。
7. 蜗轮齿数z2
蜗轮齿数 z2= i z1 为避免根切，增大啮合区 z2≥28
一般情况 z2≤80
z2过大 → 结构尺寸↑ → 蜗杆长度↑ → 刚度、啮合精度↓
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环面蜗杆传动 杆传动
锥蜗杆传动
γ
锥面包络圆柱蜗杆(ZK)
2α
是一种非线性螺旋齿面 蜗杆。不能在车床上加 工，只能在铣削或磨削， 加工时工件作螺旋运动， 刀具作旋转运动。
砂轮
近似于阿基米德螺线
γ
机械设计
§11-2 蜗杆传动的类型
阿基米德蜗杆
普通圆柱蜗 渐开线蜗杆 杆传动 法向直廓蜗杆
圆柱蜗杆传动
锥面包络圆柱蜗杆
5）为降低摩擦、减小磨损、提高齿面抗胶合能力， 蜗轮齿圈常用贵重铜合金（锡青铜）制造，成本高。
机械设计
§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱
蜗杆传动
圆柱蜗杆传动
类 型
环面蜗杆传动
圆弧圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动中，蜗杆是由在节锥上分布的等导程 的螺旋形成的，而蜗轮在外观上就像一个曲线锥齿轮， 它是用与锥蜗杆相似的锥滚刀在普通滚齿机加工而成 的。
型
环面蜗杆传动 杆传动
锥蜗杆传动
锥蜗杆
机械设计
锥蜗杆传动特点：
（1）同时接触的点数较多，重合度大；
（2）传动比范围大，一般为10～360；
（3）承载能力和传动效率高；
（4）制造安装简便，工艺性好。
蜗杆旋向：左旋、右旋(常用)
判定方法：与螺旋和斜齿轮的旋向判断方法相同。
精度等级： 对于一般动力传动，按如下等级制造：
由蜗杆传动的功用以及给定的传动比i ,确定z1和z2→ 根据强度要求得a或m2d1 → 查P245表11-2得蜗杆传动的尺寸
和参数→查P248表11-3得基本几何尺寸。
表 11-3 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 中心距
类
圆弧圆柱蜗
型
环面蜗杆传动 杆传动
锥蜗杆传动
环面蜗杆传动特点：
（1）传动效率高，一般可达85%～90%；
环面蜗杆
（2）承载能力高，约为阿基米德蜗杆的2～4倍；
（3）要求制造和安装精度高。
机械设计
§11-2 蜗杆传动的类型
最常用
阿基米德蜗杆
普通圆柱蜗 渐开线蜗杆
杆传动
法向直廓蜗杆
圆柱蜗杆传动
类
圆弧圆柱蜗 锥面包络圆柱蜗杆
v1<7.5 m/s 7级精度 v1< 3 m/s 8级精度 v1<1.5 m/s 9级精度
β1 γ1
d
§11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸
一、圆柱蜗杆传动的主要参数
中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮轴线。
1. 正确啮合条件 中间平面内蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。
蜗轮端面蜗杆轴面模数压力角mt2=ma1=m ,αt2 =αa1=α 取标准值
机械设计
§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱蜗
杆传动
圆柱蜗杆传动
类
圆弧圆柱蜗
型
环面蜗杆传动 杆传动
锥蜗杆传动 圆弧圆柱蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动的 区别仅是加工用的车刀为圆弧刀刃。
圆弧圆柱蜗杆
传动特点： 1）传动效率高，一般可达90%以上； 2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.5～2.5倍； 3）结构紧凑。
m
d1
m
d1
m
d1
1 18
(22.4)
1.25 20
2.5 28 (35.5)
4
22.4
45
11..66
2200 2288
q=12.5 q=17.5 (28)
5
3.15 35.5
(18)
(45)
2 22.4
56
(28)
35.5 4 (31.5) 6.3
40 6.3 (80)
(50)
112
71
(63) (40) 8 80
50
(100)
(63)
140
90
(71) (50) 10 90
63
…
摘自GB-10085—88,括号中的数字尽可能不采用
称比值 q=d1/m 为蜗杆的特性系数一。般取:q=8～18
机械设计
4. 蜗杆头数z1
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。
通常取 z1=1 2 4 6
机械设计
垂直与交错轴齿轮传动
机械设计
第11章 蜗杆传动
§11-1 蜗杆传动概述 §11-2 蜗杆传动的类型 §11-3 普通蜗杆传动的参数与尺寸 §11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算 §11-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 §11-6 圆柱蜗杆与蜗轮的结构设计
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§11-1 蜗杆传动 概述
蜗轮材料： vS >12 vS <12 vS ≤8
m/s时→ ZCuSn10P1锡青铜制造。 m/s时→ ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜 m/s时→ ZCuAl10Fe3铝青铜。
vS <2 m/s时→球墨铸铁、灰铸铁。
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三、蜗杆传动的设计准则 为了防止齿面过度磨损引起的失效，应进行 * 蜗轮的齿根弯曲疲劳强度计算 * 蜗轮的齿面接触疲劳强度计算 为了防止蜗杆刚度不足引起的失效，应进行 * 蜗杆的刚度计算 为了防止过热引起的失效，就要进行 * 传动系统的热平衡计算
圆柱蜗杆
环面蜗杆
锥蜗杆
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§11-2 蜗杆传动的类型
普通圆柱
蜗杆传动
圆柱蜗杆传动
类 型
环面蜗杆传动
圆弧圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆传动
普通圆柱蜗杆
普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直线刀刃的车 刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形 状不同。根据齿廓曲线的不同，普通圆柱蜗杆可分为阿基米德 蜗杆（ZA）渐开线蜗杆（ZI）法向直廓蜗杆（ZN）和锥面包络 蜗杆（ZK）。
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。
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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)
轴向压力角与法向压力角之间的关系：推导过程见机械原理斜齿条
Tanαa=tanαn /cosγ
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3.蜗杆的分度圆直径d1
定义s=e的圆柱称为蜗杆的分度圆柱。
为了减少加工蜗轮滚刀的数量，规定d1只能取标准值。
es
d1 d2
潘存云教授研制
表11-2 蜗杆分度圆直径与其模数的匹配标准系列 mm
m
d1
表11-1 蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值
传动比i
蜗杆头数z1 蜗轮齿数z2
≈ 5 P2457~表1511-2 14~30
6 中心矩标4 准值 2
29~31
29~61 29~61
29~82 1
29~82
8. 蜗杆传动的标准中心距 a =(d1 +d2 )/2 = m(q+ z2) /2
二、圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算
5. 蜗杆的导程角γ蜗杆导程
将分度圆柱展开得 l=z1pa1
轴向齿距 直径γ1=l/πd1 =z1pa1/πd1 =mz1/d1 =z1/q
β1
pa1
γ1
l
d1
γ1
πd1
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6. 传动比 i 和齿数比 u （蜗杆主动时 i=u）
传动比
i
=
n1 n—2
=
z2 z—1
第二系列 1.5, 3, 3.5, 4.5, 5.5 6, 7, 12, 14
ZA蜗杆： αa=20°轴向 archimedes' worm
压力角
ZN蜗杆： αn=20°法向 ZI蜗杆： αn=20° ZK蜗杆： αn=20°
straight sided normal worm involute worm milled helicoid worm
α
渐开线蜗杆
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§11-2 蜗杆传动的类型
阿基米德蜗杆
普通圆柱蜗 渐开线蜗杆
圆柱蜗杆传动
杆传动
法向直廓蜗杆
类
圆弧圆柱蜗 锥面包络圆柱蜗杆
型
环面蜗杆传动 杆传动
延伸渐开线
锥蜗杆传动
法向直廓蜗杆(ZN)
dx
γ
α α 车刀对中齿厚中心法面
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§11-2 蜗杆传动的类型
阿基米德蜗杆
普通圆柱蜗 渐开线蜗杆
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 =mq ha=m
d2=mz2 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)
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为避免齿顶变尖，
m
2 z2'
q z2 z2
2x2
m 2
q z2'
mx2
x2
z2
z2' 2
∣x2∣≤1， 为保证齿数为整数
∣x2∣=0.5（差一齿） ∣x2∣=1 （差两齿）
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§11-4 普通蜗杆传动的承载能力计算
一、蜗杆传动的失效形式及材料选择 蜗杆传动的特点：是齿面相对滑动速度大，导致发热 严重和磨损加剧。 主要失效形式： 胶合、点蚀、磨损。 二、蜗杆传动的常用材料