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第十章 蜗杆传动

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第十章 蜗杆传动阿 讨论题 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。

10-2 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） 10-3 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°。

思考题及习题 10-1 解： 按蜗杆的形状不同，蜗杆传动可分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动及锥蜗杆传动。 而圆柱蜗杆传动按加工蜗杆时刀刃形状的不同可分为：普通圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。 普通圆柱蜗杆传动由于刀具及加工方法不同、蜗杆齿形不同又分为：阿基米德圆柱蜗杆传动（ZA型），法向直廓圆柱蜗杆传动（ZN型），渐开线圆柱蜗杆传动（ZJ型），锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK型）。 阿基米德蜗杆在端面上齿廓为阿基米德螺旋线，在轴面内为直线齿廓，其齿形角为20°，它可在车床上用直线刀刃车削加工，切削刃须通过蜗杆的轴线。它加工及测量比较方便，但难以磨削，故精度不高，升角大时，车削困难。 法向直廓蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面齿廓为直线，它亦不易磨削，特别是较难获得高精度的蜗轮滚刀。 渐开线蜗杆的端面齿廓为渐开线，在切于基圆柱的截面上为直线齿廓，刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角，它可在专用机床上，用平面砂轮磨削，获得较高精度，适于用范成法加工，是圆柱蜗杆中较理想的传动。 锥面包络圆柱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，铣刀（或砂轮），回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，它便于磨削，以得到较高精度，应用日益广泛。 圆弧齿圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动及锥蜗杆传动克服了普通圆柱蜗杆传动承载能力低、效率低、不易磨削、不能粹火、精度等级难于提高等缺点，为提昌应用的蜗杆传动类型。 10-2 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。 10-3 解： （1）i=w1/w2=n1/n2=z2/z1≠d2/d1；因为蜗杆分度圆直径d1=z1m/tan，而不是d1=z1m。 （2）同理：a=(d1+d2)/2≠m(z1+z2)/2； （3）Ft2=2000T2/d2≠2000T1i/d2；因为蜗杆传动效率较低，在计算中，不能忽略不计，T2=iT1。 10-4 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。 10-5 解： 与齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式有齿面点蚀、磨损、胶合和轮齿折断等，但由于蜗杆传动工作齿面间相对滑动速度较大，当润滑不良时，温升过高，胶合和磨损更容易发生。 对材料的选择，要求有一定的强度且具有良好的减摩性、耐磨性及抗胶合性，且易跑合。 蜗杆一般用碳钢或合金钢制成，一般用途的蜗杆，用40、45、50钢进行调质处理，其硬度为220~300HBS；重要用途（高速重载）的蜗杆，可用20Cr、20CrMnTi等进行渗碳淬火，使表面淬硬至58~63HRC，或用40、45、40Cr等表面淬火到40~55HRC。 常用的蜗轮材料为锡青铜、无锡青铜及铸铁等，可按滑动速度vs选用。当vs>6m/s时选用铸造锡青铜，ZCuSn10P1、ZCuSn10Zn2、ZCuSn5Pb5Zn5；当vs<6m/s时选用无锡青铜如ZCuAl9Fe4Ni4、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2、ZCuAl19Fe3、ZCuZn38Mn2Pb2等；一般低速vs≤2m/s，对效率要求不高时，可采用铸铁HT150、HT200等。 10-6 解： 当蜗轮材料选得不同时，其失效形式不同，故其许用接触应力也不同。当蜗轮材料为锡青铜时，其承载能力按不产生疲劳点蚀来确定，因为锡青铜抗胶合能力强，但强度低，失效形式为齿面点蚀，其许用接触应力按不产生疲劳点蚀来确定。当蜗轮材料为铸铁或无锡青铜时，其承载能力主要取决于齿面胶合强度，因这类材料抗胶合能力差，失效形式为齿面胶合，通过限制齿面接触应力来防止齿面胶合，许用接触应力按不产生胶合来确定。 10-7 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。 10-8 解： 由热平衡验算式（10-13）

CtAKPts5.132202.110

5.7)82.01(1000)1(1000

011

t1>[t1]=70~90°C 该减速器不能连续工作。 10-9 解：

（1）、（2）、（3）见上图 （4）如蜗杆回转方向改变，各力之间的大小不变，径向力Fr方向也不变，Ft1、Ft2、Fa1、Fa2的方向与上图中的方向相反。 10-10 解： 采用阿基米德蜗杆传动 1、选择材料及热处理方式 蜗杆选用45钢，表面淬火处理，齿面硬度>45HRC。蜗轮材料选用ZCuSn10Pb1，砂型铸造。 2、确定蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 由表10-2，取z1=2，则z2=iz1=20×2=40 蜗轮转速n2=n1/i=1460/20=73r/min 3、按齿面接触强度确定主要参数 由式10-11 m2d1≥222][9000HEzZKT （1）T2=800N·m （2）确定载荷系数K，由表10-5查得KA=1.1（连续工作），假设v2<3m/s，取Kv=1；因工作载荷稳定，蜗轮齿圈材料软，易磨合，取K=1。 则 K=KAKvK=1.1×1×1=1.1 （3）确定许用接触应力[H] [H]=ZN×[H0] 由表10-6查得[H0]=200MPa N2=60an2t=60×1×73×15000=6.57×107 N2在取值范围（2.6×105≤N2≤25×107）内，则

79.01057.61010877827NZN

故[H]=0.79×200=158MPa （4）确定弹性系数ZE=160MPa （5）确定蜗杆模数m和分度圆直径d1

m2d1≥1.5076158401608001.19000][90002222HEzZKTmm3 查表10-1得m=8mm，d1=80mm 4、验算蜗轮圆周速度v2，相对滑动速度vs 蜗轮分度圆直径d2=mz2=8×40=320mm

则 v2=1000607332010006022nd=1.22m/s<3m/s 与原假设相符，取Kv=1合适。 由tan=mz1/d1=8×2/80=0.2，得=11.31°

vs=31.11cos100060146080cos10006011nd=6.23m/s 5、验算蜗轮齿根弯曲强度 由式（10-12） mddYKTFaF2122cos1530≤[F] （1）上式中 K、T2、d1、d2、m和同前 （2）确定YFa2 由zv2=z2/cos3=40/cos311.31°=42.42，查表10-8得YFa2=1.51 （3）确定许用弯曲应力[F] [F]=YN·[F0] 由表10-9查得[F0]=51MPa 由前计算可知N2=6.57×107，因N2的取值范围为105≤N2≤25×107，故

628.01057.61010976926NYN

因此 [F]=0.628×51=32.03MPa

83208051.131.11cos8001.11530cos15302122mddYKTFa

F



=9.73MPa<[F]=32.03MPa 蜗轮轮齿弯曲强度足够。 6、热平衡计算 由热平衡验算式（10-14）

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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
第11章 蜗杆传动(第11章)

第11章 蜗杆传动(第11章)


4.导程角：
px

pZ
d1
pz z1 p x z1 m z1 tg d 1 d 1 d 1 q p z 导程; p x 轴向齿距
10
蜗杆分度圆d1，导程角和直径系数q关系：
d q 1 （1） m
tg
zp pz z m z1 1 x 1 d1 d1 d1 q
5
§
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
法面齿廓为直线
6
渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 效率高； 传递功率 较大
端面齿廓为渐开线
7
§11. 2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 在中间平面，普通圆柱蜗杆 传动相当于齿轮和齿条的啮合， 设计时以中间平面的参数为基准。
一、蜗杆传动的主要参数 1.模数m和压力角：在中间平面，即 蜗杆轴平面与蜗轮端面的m和压力角相等 且为标准值。
11
5.中心距a：
1 m a ( d1 d 2 ) ( q z 2 ) 2 2
6.传动比i：
n1 z2 d2 i ( ) n2 z1 d1
12
§ 二、蜗轮的变位 蜗杆传动变位的特点 ：为了保持刀具尺寸不
变，不能改变蜗杆的尺寸，因而常对蜗轮进行变位。
（1）变位前后，蜗轮齿数不变，改变中心距：
有散热片时： 油的温升：
a A 0.33 100
1.75
（a－传动的中心距）
1000 P1 (1 ) ＜55～70℃ t t1 t0 hA
27
热平衡计算2
蜗杆传动的散热措施
自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：
1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积。 2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。 3）在油池内安装冷却管路。 4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器） 。
机械原理课后答案第十章作业

机械原理课后答案第十章作业

解： db = d cosα= m z′cosα df = d -2 hf=(z′-2ha*-2 c*)m
由df ≥db ，有： z′≥2(ha*+2 c*) / (1 - cosα) =41.45（不能圆整）
∴ 当齿根圆与基圆重合时，z′=41.45； 当 z ≥ 42时，齿根圆大于基圆。
10-5 已知一对渐开线标准外啮合圆柱齿轮传动，其模数 m=10mm，
解：1）确定传动类型
a = m ( z1+z2 ) /2 = 10 ( 12+12 ) /2 =120 < a′= 130mm 故此传动应为 正 传动。
2）确定两轮变位系数 α′ = arccos(a cosα/ a′) = arccos(120 cos20°/ 130) = 29.83° x1 + x2 = (z1+z2) (invα′-invα) / (2tanα)
10-2 设有一渐开线标准齿轮 z=20，m=8mm，α=20°，ha* =1，试
求：1)其齿廓曲线在分度圆及齿顶圆上的曲率半径ρ、ρa 及齿顶圆压
力角αa ；2)齿顶圆齿厚 s a 及基圆齿厚 s b ；3）若齿顶变尖( s a =0)时，
齿顶圆半径 ra′又应为多少？并完成图示各尺寸的标注。 解：1）求ρ、αa 、ρa d = m z =8×20=160(mm) da= d +2 ha=(z+2ha*)m=(20+2×1)×8= 176(mm) db= d cosα= 160cos20°= 160×0.9397= 150.35(mm) ρ= rb tanα= 75.175 tan20°= 75.175×0.3640= 27.36(mm) αa =arccos( rb/ra )= arccos( 75.175/88 ) = arccos0.8543=31.32° ρa = rb tanαa =75.175tan31.32°= 75.175×0.6085=45.74(mm) 2）求s a 及s b sa=s(ra/r)-2ra(invαa-invα)= 8π/2×88/80-176×(inv31.32°-inv20°)
重庆大学机械设计考研大纲

重庆大学机械设计考研大纲

重庆大学机械设计考试大纲考核内容与考核要求第一章机械设计概论一、考核知识点1、机械的功能组成，机械零件的失效形式，机械零件的工作能力计算准则。

2、机械设计中的强度问题：载荷及应力、静应力作用下的强度问题、变应力作用下的疲劳强度问题及接触应力。

二、考核要求识记与领会：机械的功能组成，机器的特征，零件、部件概念，机械零件的失效形式，机械零件的工作能力计算准则，载荷及应力分类，安全系数。

第二章摩擦、磨损及润滑概述一、考核知识点无二、考核要求无第三章螺纹联接一、考核知识点1、螺纹及螺纹联接的基本知识。

2、螺纹联接的拧紧与防松。

3、螺纹联接的失效形式和计算准则。

4、螺栓组联接的受力分析，单个螺栓联接的强度计算（松螺栓联接，只受预紧力的紧螺栓联接）。

5、提高螺栓联接强度的措施。

二、考核要求1、识记与领会：螺纹的基本参数，常用螺纹的种类及其应用，常用螺纹联接的种类及其应用，螺纹联接预紧与防松，螺纹联接的失效形式和计算准则，螺栓组联接设计的基本方法，提高螺栓联接强度的措施。

2、简单运用：松螺栓联接的强度计算。

3、综合运用：只受预紧力的紧螺栓联接强度计算。

第四章轴毂联接一、考核知识点1、轴毂联接的功用、分类。

2、平键联接失效形式及强度计算。

3、花键联接的类型、工作特点和应用。

二、考核要求1、识记与领会：轴毂联接的功用、分类，平键联接的类型，平键联接失效形式，花键联接的类型、工作特点。

2、简单运用：平键联接的强度计算。

第五章铆接、焊接和胶接一、考核知识点无二、考核要求无第六章摩擦轮传动一、考核知识点无二、考核要求无一、考核知识点1、带传动的类型、工作原理、优缺点及其应用范围，带与带轮的结构。

2、带传动的受力分析、应力分析，带传动的弹性滑动、打滑。

3、带传动的失效形式、设计准则、设计方法、参数选择及提高带传动工作能力的措施。

4、带传动的张紧方法和张紧装置。

5、同步带传动的特点和应用。

二、考核要求1、识记与领会：带传动的工作原理、类型、优缺点和应用范围，带传动的受力分析、应力分析，带传动的弹性滑动、打滑，带传动的失效形式、设计准则，带传动的张紧方法和张紧装置，同步带传动的特点和应用。