蜗轮蜗杆传动

(12 1)
第十二章
蜗杆传动
z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮直径将 增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
一般取 z2＝32～80。
3. 蜗杆直径系数q和导程角γ 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的比值称为蜗杆的直径系数q。即：
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；
锥蜗杆传动
重合度大；承载能力和效率较高。
本章主要介绍普通圆柱蜗杆及其设计。
三、蜗杆传动的精度等级
分为12个精度等级，常用5～9级。
第十二章
蜗杆传动
第一节 蜗杆传动的特点和类型 蜗杆还有单头和多头之分。 蜗杆分左旋和右旋。
n
第十二章

特点：端面---延伸渐开线
法面---直线
2 蜗杆传动
第一节 蜗杆传动的特点和类型



渐开线 基圆






渐开线蜗杆(ZI)
加工：刀刃与蜗杆的基圆柱相切 特点：端面---渐开线
后两种蜗杆的加工，刀具安装较困难，生产率低，故常用阿 基米德蜗杆。 第十二章 蜗杆传动
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
一、圆柱蜗杆传动的主要参数:
1. 模数m和压力角α
中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。

主平面
第十二章
蜗杆传动
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。
是蜗杆的轴面
是蜗轮的端面
蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面（主平面）内确定。
从动轮（ 蜗轮） ： Ft2与Fa1反向，由此确定其转向。 第十二章 蜗杆传动
例1：标出各图中未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向，绘出蜗 杆和蜗轮在啮合点处的各分力的方向（均为蜗杆主动）。 2 n2 n1 Fa1 Fa2 Ft1 Ft2 1 n2 n1 Ft2 2 n2 第十二章 F 蜗杆传动 a1 1 Fa2 Ft1 径向力Fr 的方向：略 n1 1 Fa1 Ft1 Ft2 2
锡青铜： 适用于齿面滑动速度较高的传动。 （抗胶合能力强，抗点蚀能力差） 蜗轮常用材料有： 铝青铜： vs≤ 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差） 灰铸铁： vs≤ 2 m/s 的场合。
第十二章
蜗杆传动
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。
d f 2 (Z 2 2.4)m
df


arctg
Z1 q
蜗轮螺旋角 径向间隙 标准中心距

c
a
c 0 .2 m
a 0.5(d1 d 2 ) 0.5(q z 2 )
第十二章
蜗杆传动
蜗轮的转向
2
v2
1
左右手法：
左旋左手，右旋右手，四指转 向1，拇指反向；即为v2。 第十二章 蜗杆传动
闭式传动：按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计；之后校核蜗 轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算。
开式传动： 通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。
• 一、蜗杆传动的失效形式及材料选择
第十二章
蜗杆传动
第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构
3.常用材料 由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度， 更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用 青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。 蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、 20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用 45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。
蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递空间交错两轴
之间的运动和动力。交错角一般为90°。传动中一般蜗杆
是主动件，蜗轮是从动件。
第十二章
蜗杆传动
第一节 蜗杆传动的特点和类型
一、蜗杆传动的特点：
1．传动比大，一般 i =10~80，最大可达1000； 2．重合度大，传动平稳，噪声低； 3．结构紧凑，可实现反行程自锁； 4． 蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低； 5. 蜗轮的造价较高。 主要用于中小功率，间断工作的场合。 广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。
γ=β
2. 传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 设蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为z2，当蜗杆转一周时，蜗轮转
过 z1 个齿( z1 / z2周)。因此，其传动比为
n1 z 2 d2 i n2 z1 d1
z1↑→↑→效率 η↑，但加工困难。
z1↓→ 传动比 i↑，但传动效率 η↓。 常取，z1＝1，2，4，6。
第十二章 蜗杆传动
§12-1 蜗杆传动的特点和类型 §12-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 §12-3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 §12-4 圆柱蜗杆传动的受力分析 §12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算 §12-6 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
《机械设计基础 》
第一节 蜗杆传动的特点和类型
二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算

设计蜗杆传动时，一般是先根据传动的功用和传动比的要
求，选择蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2，然后再按强度计算确定
模数m和蜗杆分度圆直径d1(或q)，再根据表12-1计算出蜗杆、 蜗轮的几何尺寸(两轴交错角为90°、标准传动)。 第十二章 蜗杆传动
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
第十二章
蜗杆传动
二、蜗杆传动的类型
第一节 蜗杆传动的特点和类型
阿基米德蜗杆（ ZA蜗杆） 其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 普通圆柱蜗杆传动 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 渐开线蜗杆 （ZI蜗杆） 加工出的蜗杆的齿廓形状不同。 法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 圆弧圆柱蜗杆传动
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
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。
第十二章
蜗杆传动
第三节蜗杆传动的失效形式、材料和结构
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：
③ 蜗轮上的圆周力 Ft2 的方向与蜗轮的转向相同（与蜗杆 上的轴向力 Fa1的方向相反）。
④ 蜗轮上的轴向力 Fa2 的方向与蜗杆上的圆周力 Ft1的方 向相反。 ⑤ 蜗杆和蜗轮上的径向力 Fr1 、Fr2的方向分别指向各自 的轴心。 第十二章 蜗杆传动
第四节圆柱蜗杆传动的受力分析
主动轮（ 蜗杆） ：左旋用左手 右旋用右手 四指------方向 拇指-------Fa1方向
d1
导程pz z1 px1 z1m
z1 px z1m z1 tg d1 d1 q (12 2)

但制造困难 自锁性好
第十二章
蜗杆传动
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
4.齿面间滑动速度vs 蜗杆传动即使在节点C处啮合，齿 廓之间也有较大的相对滑动，滑动 速度vs 沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆 圆周速度为v l、蜗轮圆周速度为v 2 ，由图12-6可得

左 旋
右 旋
第十二章
蜗杆传动
蜗杆的类型
圆柱蜗杆
环面蜗杆 阿基米德蜗杆
圆锥蜗杆
普通圆柱蜗杆
（按刀具位置不同）
延伸渐开线（法向直廓）蜗杆 渐开线蜗杆
nn


2
阿基米德螺线
阿基米德蜗杆(ZA)
n
nn
n
轴面---直线
延伸渐开线

n
延伸渐开线蜗杆(ZI)
加工：刀具平面垂直于螺线
第二节圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
例12-1 在带传动和蜗杆传动组成的传动系统中，初步计算 后取蜗杆模数 m=4mm、头数 z1=2、分度圆直径d1 =40mm，蜗轮齿数 z2=39，试计算蜗杆直径系数q、导程 角γ及蜗杆传动中心距 a 。
第十二章
蜗杆传动
•解
d1 (1) 蜗杆直径系数 q =40/4=10 m z1 (2) t an =2/10=0.2 q
组合式蜗轮
第十二章
蜗杆传动
第四节圆柱蜗杆传动的受力分析
蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿所受 法向力Fn可分解为：径向力Fr、周向力Ft、轴向力Fa。
1. 力的大小

当两轴交错角为90°时，各 力大小为：
2T Ft1 Fa 2 1 d1 2T Fa1 Ft 2 2 d2 Fr1 Fr 2 Ft 2 t g
表12-1 蜗杆传动的几何尺寸计算
符号
d
名称 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆导程角
计算公式
蜗杆
d1 mq
蜗轮
d 2 mz
ha
hf
da
ha m h f 1.2m d a1 (q 2)m d a 2 (Z 2 2)m
d f 1 (q 2.4)m
(12 5) (12 6) (12 7)
式中：T2=T1iη，η为蜗杆传动的效率。 第十二章 蜗杆传动
第四节圆柱蜗杆传动的受力分析
2.力的方向 当蜗杆主动时，各力方向判断如下： ① 蜗杆上的圆周力 Ft1的方向与蜗杆转向相反。 ② 蜗杆上的轴向力 Fa1的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋向 和蜗杆转向，用（左）右手定则判断。