机械设计课程复习：第12章 蜗杆传动
第12章齿轮传动和蜗杆传动
主要缺点是： （1）制造齿轮需要专用的设备和刀具，成本较高； （2）对制造及安装精度要求较高，精度低时，传动的 噪声和振动较大； （3）不宜用于轴间距离较大的传动。
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1.1.2齿轮传动的类型
按两轴线的空间位臵，齿轮传动分为：平行轴齿轮传动、 相交轴齿轮传动、交错轴齿轮传动三大类。 按齿向不同分为直齿、斜齿、人字齿、曲线齿等类型； 根据啮合形式分为外啮合、内啮合两类。 齿轮传动的类型、特点及应用见表12-1。
1.6 齿轮常见失效形式及材料选择
1.7 齿轮传动的润滑
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第2节 蜗杆传动
2.1 蜗杆传动的类型和特点 2.2 蜗杆传动的基本参数和几何尺寸 2.3 蜗杆传动的失效形式 *2.4 蜗轮蜗杆的结构和常用材料 2.5 蜗杆传动的维护
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第1节 齿轮传动
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续表
相 交 轴 齿 轮 传 动 两轴线相交，轴夹角 为90º ，制造和安装简单 ，传动平稳性较差，承载 能力较低，轴向力大用于 速度较低、载荷较小而稳 定的运转 两轴线相交，重合度 大，工作平稳，承载能力 高用于速度较高及载荷较 大的传动 两轴线交错，一般成 90º ，传动比大，一般 i=10~80，结构紧凑，传 动平稳，噪声振动小，传 动效率低，易发热
1.1齿轮传动概述
1.1.1齿轮传动的特点 齿轮传动是应用最广的一种机械传动形式，它依靠主动齿 轮与从动齿轮的啮合，传递运动和动力。与其他传动相比，齿 轮传动的主要特点： （1）传动比恒定效率高； （2）效率高； （3）结构紧凑； （4）工作可靠且寿命长； （5）可实现平行轴、任意角相交轴、任意角交错轴之间的 传动。
《机械设计》第12章 蜗杆传动
阿基米德蜗杆：αx=20°
标准值
法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆：αn=20°
s
pz=zpx1 px1
2.蜗杆导程角γ和分度圆直径d1 螺纹
蜗杆
ψ πd1
tanψ =
s πd1
=
np πd1
∴ d1
=
Z1 tanγ
m
=
qm
γ πd1
tanγ
=
pZ πd1
=
πmZ πd1
1
=
mZ 1 d1
q
=
Z1 tanγ
具有良好的减摩性、耐磨性、跑合性和抗胶合能力
特点：软硬搭配
蜗杆硬：优质碳素钢、合金结构钢 经表面硬化及调制处理
蜗轮软：铸锡青铜、无锡青铜、灰铸铁
1、蜗杆材料
蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造。 对于高速重载的传动，蜗杆常用低碳合金钢， 如20Cr，20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度 HRC56～62，并应磨削。
MPa
= 12.86MPa < [σ F ]
齿根的弯曲疲劳强度校核合格。
（5）验算传动效率h
蜗杆分度圆速度为
v1
=
π d1n1
60×1000
=
3.14×112×1450 60×1000
m/
s
=
8.54m /
s
vs
= v1
cosλ
8.54
=
m / s = 8.59m / s
cos6.412°
查表4.9得
ρ v = 1°09′(1.15°)
h
(0.95
~
0.97)
tan tan( v)
H
480 d2
《机械设计基础》试题库_蜗杆传动
第12章蜗杆传动习题与参考答案一、选择题1 与齿轮传动相比较，不能作为蜗杆传动的优点。
A. 传动平稳，噪声小B. 传动效率高C. 可产生自锁D. 传动比大2 阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的模数，应符合标准值。
A. 法面B. 端面C. 中间平面3 蜗杆直径系数q＝。
A. q=d l/mB. q=d l mC. q=a/d lD. q=a/m4 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆直径系数q，将使传动效率。
A. 提高B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小z，则传动效率。
5 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数1A. 提高B. 降低C. 不变D. 提高，也可能降低z，则滑动速度。
6 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数1A. 增大B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小z，则。
7 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，减少蜗杆头数1A. 有利于蜗杆加工B. 有利于提高蜗杆刚度C. 有利于实现自锁D. 有利于提高传动效率8 起吊重物用的手动蜗杆传动，宜采用的蜗杆。
A. 单头、小导程角B. 单头、大导程角C. 多头、小导程角D. 多头、大导程角9 蜗杆直径d1的标准化，是为了。
A. 有利于测量B. 有利于蜗杆加工C. 有利于实现自锁D. 有利于蜗轮滚刀的标准化10 蜗杆常用材料是。
A. 40CrB. GCrl5C. ZCuSnl0P1D. L Y1211 蜗轮常用材料是。
A. 40Cr B．GCrl5C. ZCuSnl0P1D. L Yl212 采用变位蜗杆传动时 。
A. 仅对蜗杆进行变位B. 仅对蜗轮进行变位C. 同时对蜗杆与蜗轮进行变位13 采用变位前后中心距不变的蜗杆传动，则变位后使传动比 。
A. 增大B. 减小C. 可能增大也可能减小。
14 蜗杆传动的当量摩擦系数f v 随齿面相对滑动速度的增大而 。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 可能增大也可能减小15 提高蜗杆传动效率的最有效的方法是 。
蜗轮蜗杆传动详解
§蜗杆传动的特点和类型 §圆柱蜗杆传动的主要参数 §蜗杆传动的失效形式、材料和结构 §圆柱蜗杆传动的效率、润滑
《机械设计基础 》
Northwest A&F University
第一节 蜗杆传动的特点和类型
蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传，蜗轮是从动件。
第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构
二、蜗杆和蜗轮的结构
由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆 轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。
无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。
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。
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蜗杆导程角
蜗轮螺旋角 径向间隙 标准中心距
第十二章 蜗杆传动
符号
d ha
hf da
df
c
a
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 mq
d2 mz
ha m h f 1.2m
d a1 (q 2)m da2 (Z2 2)m
d f 1 (q 2.4)m arctg Z1
q
d f 2 (Z 2 2.4)m
第十二章 蜗杆传动
第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
二、蜗杆传动的润滑
➢ 目的：减摩、散热。 ➢ 润滑油的粘度和给油方法可参照表11-5选取。 ➢ 一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。
蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 给油方法： 油池润滑： 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/6～1/3。
圆弧圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动 蜗杆的外形是圆弧回转面，同时啮合的齿数多，传动平稳； 齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；
蜗杆传动3
A----散热面积, m2, 指箱体外壁与空气接触而内壁 被油飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其 散热面积按50%计算。
[∆t]----温差许用值，一般取： [∆t]=60~70 ℃
要求油温： t = t0+ ∆t <90 ℃
不能满足要求时，可采取冷却措施：
1）增加散热面积----加散热片；
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。
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)
1.2 20
2.5 28
4
(35.5)
1.6 22.4
45
20
28
(28)
10.2˚ 7.4˚ 5.14˚
4˚ 3.15˚ 2.58˚ 2.29˚ 2˚ 1.72˚
分析：
η=（0.95~0.97）
tgγ tg(γ+ρ’
)
γ ↑ → η ↑ → 对动力传动，宜采用多头蜗杆
γ 过大 → 蜗杆加工困难
当γ> 28˚ 时，效率η增加很少。
当γ≤ ρ’ 时，蜗杆具有自锁性，但效率η很低。<50%
* 蜗杆未经淬火时需将表中[σH]值降低20%。
§12-6 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 功率损耗：啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损耗。
蜗杆主动时，总效率计算公式为：
η=（0.95~0.97）
tgγ tg(γ+ρ’
)
式中:
γ为蜗杆导程角;
机械设计基础第12章蜗轮蜗杆
机械设计基础第12章蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆是一种常见的传动机构，广泛应用于机械设备中。
蜗轮蜗杆传动具有体积小、传动比大、传动平稳等特点，在机械设计中有着重要的应用价值。
蜗轮蜗杆传动是一种通用型的不可逆传动，典型的结构包括蜗轮和蜗杆两个部分。
蜗轮是一种螺旋状的齿轮，其齿面与蜗杆的蜗杆螺旋面相配合。
蜗杆是一种具有螺旋线形状的轴，其作为传动元件，通过旋转运动驱动蜗轮。
蜗轮齿与蜗杆螺旋线的位置关系使得蜗轮只能顺时针旋转，而无法逆时针旋转。
这种结构特点决定了蜗轮蜗杆传动是一种不可逆传动。
蜗轮蜗杆传动的主要工作原理是靠蜗杆的螺旋面与蜗轮的齿轮面的啮合来实现传动。
在传动过程中，蜗杆通过旋转带动蜗轮转动，从而实现动力传递。
由于蜗杆的螺旋面与蜗轮的齿轮面接触面积小，所以传动效率相对较低。
为了提高传动效率，降低摩擦损失，需要在蜗轮齿面和蜗杆螺旋面之间添加润滑油。
蜗轮蜗杆传动具有很高的传动比，可达到1:40以上，因此在机械设备中常常使用蜗轮蜗杆传动来实现大速比的传动。
例如在起重机构中，通常采用蜗轮蜗杆传动来提高起重高度。
此外，蜗轮蜗杆传动还可以实现两个轴的不同速度传动，例如在机械车床中使用蜗轮蜗杆传动来实现工件的不同转速。
在机械设计中，蜗轮蜗杆传动的设计需要根据实际应用情况确定传动比、工作环境要求等参数。
首先需要确定传动比，在确定传动比的同时要考虑传动效率和传动正反转的能力。
其次，需要根据工作环境来选择蜗杆和蜗轮的材料，以提高传动的可靠性和耐用性。
还需要注意蜗杆和蜗轮的几何尺寸和配合精度，以保证传动的准确性和稳定性。
此外，在设计过程中还需要进行强度校核、轴承选择等工作，以确保传动的安全可靠。
总之，蜗轮蜗杆传动在机械设计中具有重要的应用价值。
它的特点是传动比大、传动平稳，适用于需要大速比、不可逆传动的场合。
在设计蜗轮蜗杆传动时，需要根据实际应用情况，确定传动比、材料、尺寸、配合精度等参数，以保证传动的稳定性和可靠性。
机械课件第12章蜗轮蜗杆
蜗轮蜗杆的设计流程
确定传动比
根据实际需求确定蜗轮蜗杆的传动比 ，以满足工作要求。
设计蜗轮蜗杆的结构
根据实际应用需求，设计蜗轮蜗杆的 结构，包括蜗杆的长度、直径、螺旋
线方向等。
选择设计参数
根据工作条件和强度要求，选择合适 的模数、压力角、蜗杆直径等设计参 数。
蜗轮蜗杆传动由两个交错轴线、相互咬合的蜗轮 02 和蜗杆组成，通过蜗轮的旋转带动蜗杆的旋转。
蜗轮蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平 03 稳、自锁等特点，广泛应用于各种机械传动系统
中。
蜗轮蜗杆的传动比计算
01 蜗轮蜗杆的传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿 数，即i=z2/z1。
02 传动比的大小取决于蜗轮和蜗杆的齿数比，可以 根据实际需求选择合适的齿数比来满足不同的传 动要求。
02 传动比的计算是蜗轮蜗杆设计中的重要参数，对 于确定传动系统的性能和尺寸至关重要。
蜗轮蜗杆的效率分析
1
蜗轮蜗杆的效率受到多种因素的影响，包括润滑 条件、齿面摩擦、齿面磨损、制造精度等。
2
在理想情况下，蜗轮蜗杆的传动效率可以达到 90%以上，但在实际应用中，由于各种因素的影 响，效率可能会降低。
校核强度和稳定性
根据设计参数和实际工况，对蜗轮蜗 杆进行强度和稳定性的校核，确保其 能够满足工作要求。
蜗轮蜗杆的制造工艺
01
02
03
铸造工艺
通过铸造方法制造蜗轮蜗 杆的毛坯，常用的铸造工 艺有砂型铸造、金属型铸 造等。
切削加工
对铸造毛坯进行切削加工 ，以获得精确的外形和尺 寸，包括车削、铣削、磨 削等加工方式。
机械设计基础第六版第12章 蜗杆传动
v2 p 2 2
ω2
v2 ω 1
1
ω1 a
r2 r1
p
1
7.中心距 a = r1+r2 = m(z2+q)/2
蜗轮的转向
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 , 选择 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*
机械设计基础
第十二章 蜗杆传动
自用盘编号JJ321001
第12章
§12-1 §12-2 §12-3 §12-4 §12-5 §12-6
蜗杆传动
蜗杆传动的特点和类型 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 圆柱蜗杆传动的受力分析 圆柱蜗杆传动的强度计算 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
一般蜗杆：40 45 钢调质处理(硬度为220~250HBS) 蜗轮材料： vS >12 m/s时→ ZCuSn10P1锡青铜制造。 vS <12 m/s时→ ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜。 vS ≤6 m/s时→ ZCuAl10Fe3铝青铜。 vS <2 m/s时→球墨铸铁、灰铸铁。
二、蜗杆蜗轮的结构 蜗杆通常与轴制成一体 → 蜗杆轴
♦圆柱蜗杆传动 (二） 圆弧圆柱蜗杆传动
传动效率高，承载能力大，使用寿命长，体积小， 重量轻，结构紧凑。
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： 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；
速度来确定。
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习题与参考答案
计算蜗杆传动的效率，其当量摩擦系数可由两者的相对滑动速度选取。
蜗杆传动采用风扇冷却，风扇装在蜗杆轴上。
一、选择题
1 与齿轮传动相比较，不能作为蜗杆传动的优点。
A. 传动平稳，噪声小
B. 传动效率高
C. 可产生自锁
D. 传动比大
2 阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的模数，应符合标准值。
A. 法面
B. 端面
C. 中间平面
3 蜗杆直径系数q＝。
A. q=d l/m
B. q=d l m
C. q=a/d l
D. q=a/m
4 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆直径系数q，将使传动效率。
A. 提高
B. 减小
C. 不变
D. 增大也可能减小
z，则传动效率。
5 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数
1
A. 提高
B. 降低
C. 不变
D. 提高，也可能降低
z，则滑动速度。
6 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，增加蜗杆头数
1
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 增大也可能减小
z，则。
7 在蜗杆传动中，当其他条件相同时，减少蜗杆头数
1
A. 有利于蜗杆加工
B. 有利于提高蜗杆刚度
C. 有利于实现自锁
D. 有利于提高传动效率
8 起吊重物用的手动蜗杆传动，宜采用的蜗杆。
A. 单头、小导程角
B. 单头、大导程角
C. 多头、小导程角
D. 多头、大导程角
9 蜗杆直径d1的标准化，是为了。
A. 有利于测量
B. 有利于蜗杆加工
C. 有利于实现自锁
D. 有利于蜗轮滚刀的标准化
10 蜗杆常用材料是。
A. 40Cr
B. GCrl5
C. ZCuSnl0P1
D. L Y12
11 蜗轮常用材料是。
A. 40Cr B．GCrl5
C. ZCuSnl0P1
D. L Yl2
12 采用变位蜗杆传动时 。
A. 仅对蜗杆进行变位
B. 仅对蜗轮进行变位
C. 同时对蜗杆与蜗轮进行变位
13 采用变位前后中心距不变的蜗杆传动，则变位后使传动比 。
A. 增大
B. 减小
C. 可能增大也可能减小。
14 蜗杆传动的当量摩擦系数f v 随齿面相对滑动速度的增大而 。
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 可能增大也可能减小
15 提高蜗杆传动效率的最有效的方法是 。
A. 增大模数m
B. 增加蜗杆头数1z
C. 增大直径系数q
D. 减小直径系数q
16 闭式蜗杆传动的主要失效形式是 。
A. 蜗杆断裂
B. 蜗轮轮齿折断
C. 磨粒磨损
D. 胶合、疲劳点蚀
17 用 计算蜗杆传动比是错误的。
A. i =ω1/ω2
B. i =2z /1z
C. i =21/n n
D. i =21/d d
18 在蜗杆传动中，作用在蜗杆上的三个啮合分力，通常以 为最大。
A. 圆周力F tl
B. 径向力F r1
C. 轴向力F a1
19 下列蜗杆分度圆直径计算公式：
（a ）d 1=mq ； （b ）d 1=m 1z ；（c ）d 1=d 2/i ；（d ）d 1=m 2z /（itan ）； （e ）d 1=2a /（i +1）。
其中有 是错误的。
A. 一个
B. 两个
C. 三个
D. 四个
20 蜗杆传动中较为理想的材料组合是 。
A. 钢和铸铁
B. 钢和青铜
C. 铜和铝合金
D. 钢和钢
72 题2—72图所示为一标准蜗杆传动，蜗杆主动，转矩T 1=25 000N ·mm ，模数m =4 mm ，压力角α=20°，头数1z =2，直径系数q =10，蜗轮齿数2z =54，传动的啮合效率75.0=η。
试确定：
题 2—72图
（1）蜗轮的转向；
（2）作用在蜗杆、蜗轮上的各力的大小及方向。
75 题2—75图所示为某手动简单起重设备，按图示方向转动蜗杆，提升重物G 。
试求：
（1）蜗杆与蜗轮螺旋线方向；
（2）在图上标出啮合点所受诸力的方向；
（3）若蜗杆自锁，反转手柄使重物下降，求蜗轮上作用力方向的变化。