第十一章 蜗杆传动

面胶合及过度磨损等。
由于蜗杆螺旋齿部分的强度总是高于蜗轮轮齿 的强度，所以失效经常发生在蜗轮轮齿上。因此， 一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算。
蜗杆蜗轮在节点处的相对滑动速度为：
比蜗杆的圆周速度还要大，所以在蜗杆、蜗 轮的齿廓间将产生很大的相对滑动，引起较大的摩 擦、磨损和发热，导致传动效率的降低，从而增加 了产生胶合和磨损失效的可能性，尤其在润滑不良
动效率较高和蜗杆可以磨削等优点，现已大量应用于
冶金、造船、采矿、机械、建筑、天文等行业，受到 普遍欢迎。
二、蜗杆传动的现状
近二十年来，蜗杆传动的研制取得了较大的进
展，出现了各种新型的蜗杆传动与变态蜗杆传动，
如滚锥、指锥或球面的二次包络环面蜗杆传动，曲 率可控点接触蜗杆，超环面行星蜗杆传动等已经达 到相当的水平。尤其是利用计算机技术与图形功能 对蜗杆传动的啮合状态、齿面接触状态进行分析，
圆弧圆柱蜗杆传动 其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形 的车刀切制而成的。
环面蜗杆传动 其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转 曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，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 同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10～360)；承 载能力和效率较高；可节约有色金属。
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
αa1=αt2 阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）的轴面压力角αa=20°， 其余三种(ZA、ZN、ZI、ZK)蜗杆的法向压力角
αn=20°。
tan n tan a cos
2、蜗杆的分度圆直径d1

d1 (分度圆周长)
m
z1m
z1 pa z1m z1 pz tan d1 d1 d1 q
在m和d1为标准值时，z1↑→ γ↑ 正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且γ＝β2
5、传动比 i 6、蜗轮齿数z2
n1 z 2 d 2 mz2 i n2 z1 d1 mq
第十一章 蜗杆传动
§11-1 蜗杆传动的类型 §11-2 普通蜗杆传动的主要参数与尺寸计算 §11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算 §11-5 普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡计算
§11-6 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
概
述
蜗杆传动是一种在空间 交错轴间传递运动的机构。
两轴线交错的夹角可为任意
值，常用的为90°。这种传
环面蜗杆传动均有显著的提高。
三、
锥蜗杆传动也是一种空间交错轴之间的传动，两
轴交错角通常为90°。蜗杆是由在节锥上分布的等导 程的螺旋所形成的，故称为锥蜗杆。而蜗轮在外观上 就象一个曲线齿锥齿轮，它是用与锥蜗杆相似的锥滚 刀在普通滚齿机上加工而成的，故称为锥蜗轮。
锥蜗杆传动的特点是：同时接触的点数较多， 重合度大；传动比范围大（一般为10～360），承
普通蜗杆传动的参数与尺寸2
蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2=iz1，z2不宜
太小，z2min≥17,避免根切。 但当z2＜26时，传动平 稳性较差，当z2≥30时，可以始终有两对以上的齿啮 合, 通常规定z2大于28。 当蜗轮直径一定时，z2越大，模数就越小，使轮
齿的弯曲强度降低；当模数不变时，蜗轮尺寸就要加
其主要特点为：效率高，一般可达90%以上；
承载能力高，一般可较普通圆柱蜗杆传动高出
50%～150%；体积小；质量小；结构紧凑。这种传
动已广泛应用到冶金、矿山、化工、建筑、起重等 机械设备的减速机构中。
二、
环面蜗杆传动的特征是，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，所以把这种蜗杆
传动叫做环面蜗杆传动。在这种传动的啮合带内，蜗
动由于具有结构紧凑、传动
比大、传动平稳以及在一定 的条件下具有可靠的自锁性
等优点，应用颇为广泛。
蜗杆传动的主要特点：
1．传动比大，一般为i=5～80，大的可达300以上； 2．重合度大，传动平稳，噪声低； 3．当蜗杆的螺旋升角小于当量摩擦角时，传动具有自锁性； 4．摩擦磨损问题突出，磨损是主要的失效形式； 5．传动效率低，具有自锁性时，效率低于40%。 由于上述特点，蜗杆传动主要用于运动传递，而在动力
两种。
（1）阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)
这种蜗杆，在垂直于 蜗杆轴线的平面(即端面) 上，齿廓为阿基米德螺旋 线，在包含轴线的平面上 的齿廓(即轴向齿廓)为直 线，其齿形角α=20°。 它可在车床上用直线刀刃 的单刀(当导程角γ≤3° 时)或双刀(当γ>3°时) 车削加工。安装刀具时， 切削刃的顶面必须通过蜗 杆的轴线。这种蜗杆磨削 困难，当导程角较大时加 工不便。一般用于低速、 轻载或不太重要的传动。
在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确 啮合，常用与蜗杆尺寸相同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。对于同一模数，可以有很多不同 直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。 为了限制蜗轮滚刀的数目以及便于刀具的标准化， 将蜗杆分度圆直径d1定为标准值，即对应于每一标准模 数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径d1。并把直径
d f 2 (Z 2 2.4)m
df


arctg
Z1 q

c
a
c 0 .2 m
a 0.5(d1 d 2 ) 0.5(q z 2 )
二、 蜗杆传动的几何尺寸计算
§11-3 普通蜗杆传动的承载能力计算
普通蜗杆传动的承载能力计算1
一、蜗杆传动的失效形式
蜗杆传动的失效形式也有点蚀、齿根折断、齿
d1与模数m的比值(q=d1／m)称为蜗杆的直径系数。
3、蜗杆的头数z1
普通蜗杆传动的参数与 尺寸1
较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大
的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效
率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数 取为1、2、4、6。
4、导程角γ
蜗杆头数和直径 系数选定之后，导程 角也就确定了。
（3）重视正式使用前的低速轻载跑合工序和跑合
规律的研究。
§11-2 普通蜗杆传动的主要参数与尺寸计算
在中间平面上，普通圆柱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 度圆等）为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。
一、 普通蜗杆传动的主要参数及其选择 1、模数m 和压力角α
载能力和效率较高；侧隙便于控制和调整；能作离
合器使用；可节约有色金属；制造安装简便，工艺 性好。但由于结构上的原因传动具有不对称性，因 而正、反转时受力不同，承载能力和效率也不同。
蜗杆传动的类型
圆柱蜗杆传动
其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 车刀切制而成，车刀安装位臵不同， 普通圆柱蜗杆传动 加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。 法向直廓蜗杆 锥面包络圆柱蜗杆
对参数进行优化等方面的研究都取得了突破性的进
展。
三、蜗杆传动的发展趋势
目前，蜗杆传动的发展趋势主要表现在改善蜗杆 传动质量的途径与措施的研究方面，主要措施有：
（1）改善蜗杆副啮合瞬时接触线的形状，增大齿
面接触点处的诱导曲率半径。近年出现的各种新型蜗 杆传动及变态蜗杆传动，都是朝着这方面努力的结果。 （2）在共轭齿面作出“人工油涵”，为连续充分 供油创造条件，使共轭齿面具备形成动压油膜的条件。
传输中的应用受到限制。
随着加工工艺技术的发展和新型蜗杆传动技术的不断出现， 蜗杆传动的优点得到进一步的发扬，而其缺点得到较好地克服。
因此蜗杆传动已普遍应用于各类运动与动力传动装臵中。
§11-1 蜗杆传动的类型
按蜗杆的形状不同，蜗杆传动可分为：圆柱蜗杆 传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。
圆柱蜗杆传动分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆
蜗杆传动的历史、现状与发展趋势
一、蜗杆传动的历史
古典的直纹面圆柱蜗杆传动，是历史最长、应用 最广的蜗杆传动机构，它具有设计简便，制造和安装 工艺性能好，成本低等优点。但是，由于其瞬时接触
线形状不利于流体动压油膜的形成，致使润滑状态不
良，蜗轮齿面上存在胶合“危险区”，因而存在功率 耗损大，传动效率低、磨损严重和承载能力低等缺点，
使其不能满足工业发展的需要。
从20世纪20年代起，随着材料技术、润滑技术、 计算机技术等一系列新技术的发展及蜗杆传动新啮合
理论的应用，极大地促进了蜗杆传动技术的进步，对
已有的蜗杆传动进行了改进，提高了承载能力、使用
寿命和传动效率，同时诸多新型蜗杆传动相继问世。
如二次包络尼曼圆柱蜗杆副，偏臵蜗杆副、圆弧圆柱 蜗杆及其各种变态形式，为蜗杆传动技术的发展开辟 了新的途径。
轮的节圆位于蜗杆的节弧面上，亦即蜗杆的节弧沿蜗 轮的节圆包着蜗轮。
在中间平面内，蜗杆和蜗轮都是直线齿廓。由于
同时相啮合的齿对多，而且轮齿的接触线与蜗杆齿运
动的方向近似于垂直，这就大大改善了轮齿受力情况 和润滑油膜形成的条件，因而承载能力约为阿基米德 蜗杆传动的2～4倍，效率一般高达0.85～0.9；但它 需要较高的制造和安装精度。 除上述环面蜗杆传动外，还有包络环面蜗杆传 动。这种蜗杆传动分为一次包络和二次包络(双包) 环面蜗杆传动两种。它们的承载能力和效率较上述
根据蜗杆的齿廓形状及形成原理，蜗杆传动可分为：
20世纪 60年代初我国开始引进、研制平面一次
包络环面蜗杆传动，并成功地应用于冶金、机床行业。
1971年首都钢铁公司机械厂在制造斜齿平面蜗轮副的 基础上又创造了我国第一套平面包络环面蜗轮副， 1977年命名为首钢SG71型蜗杆副，获得国家发明二等 奖。平面二次包络环面蜗杆传动具有承载能力大、传
柱蜗杆传动。
一、