蜗杆传动设计-机械设计工程师培训
机械设计基础 蜗杆传动
二、蜗杆传动的材料
1. 为了减摩，通常蜗杆用钢材（耐磨），蜗轮用有色金属（ 铜合金、铝合金，较好的减摩性）。 2. 高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr 淬火。 3. 低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。 4. 蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
三、蜗杆、涡轮的结构
蜗杆
蜗轮
二、蜗杆传动的特点
1.蜗杆传动的优点 （1）传动比大，结构紧凑。一般 i =10~40，在只传递运动 的分度机构中，可达1000。这样大的传动比如果用齿轮传 动，则需要采用多级传动才行，因此蜗杆传动结构紧凑， 体积小，重量轻 （2） 传动平稳，噪声低。由于蜗杆上的齿是连续不间断 的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿无啮 入和啮出的过程，因此工作平稳、噪声小。 （3）可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋升角小于啮 合面的当量摩擦角时，机构具有自锁性，蜗杆只能带动蜗 轮转动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。
力的大小
圆周力
2T1 Ft1 Fa 2 d1
轴向力
2T2 Ft 2 Fa1 d2
径向力
Fr 1 Fr 2 Ft 2 tan
蜗杆传动受力方向判断
在分析蜗杆传动受力时，应注意其受力方向的确定。 主、从动轮上各对应的力大小相等，方向相反。蜗杆 所受圆周力的方向总是与它的转向相反；径向力的 方向总是指向轴心的。蜗杆受的轴向力的方向与蜗 杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。 方法： 左右手定则
Fr 2
Fr1
蜗杆传动受力方向判断
蜗杆的旋转方向和螺旋线方向如图所示，试判断蜗杆、 蜗轮所受径向力、圆周力和轴向力的方向，以及蜗轮的旋 转方向。 径向力 Fr1 =径向力 Fr 2 指向各自轴心 与转向相反
机械设计第6章蜗杆蜗轮传动设计
一、蜗杆机构传动的特点
3.蜗杆机构的特点（1）--优点
（1）结构紧凑、传动比大； （2）传动平稳、噪声小；
（3）当蜗杆的导程角1小于轮齿间的当量摩 擦角v时，蜗杆传动具有自锁性；
3
一、蜗杆机构传动的特点
3.蜗杆机构的特点（2）--缺点
（1）相对滑动速度大，摩擦损耗大，易发热， 传动效率低； （2）蜗轮用耐磨材料青铜制造制造，成本高。
2. 主要失效形式
（1）过度磨损（主要失效形式）； （2）点蚀（主要失效形式）； （3）齿面胶合（主要失效形式）； （4）齿根折断。
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八、蜗杆机构的设计准则
1.闭式蜗杆传动
通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校 核齿根弯曲疲劳强度，闭式蜗杆传动还必须 作热平衡计算，以免发生胶合失效。
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八、蜗杆机构的设计准则
2.开式传动，或载荷变动较大， 或蜗轮齿数Z2大于90
通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计
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九、蜗杆机构的材料
1.对材料的总体要求
（1）具有一定的强度； （2）良好的抗摩擦、抗磨损的性能。
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九、蜗杆机构的材料
2.常用材料
（1）为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有 色金属（铜合金、铝合金）； （2）高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬 火，或45钢、40Cr淬火；
（3）低速中轻载的蜗杆可用45钢调质； （4）蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝 青铜、灰铸铁等。
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十、蜗轮齿面接触疲劳强度计算 1.公式
校核
公式
520
KT2
d1d
2 2
520
KT2 m2d1Z22
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六、蜗杆机构的受力分析
机械设计基础之蜗杆传动
机械设计基础之蜗杆传动蜗杆传动是一种高效率的变速传动方式，广泛应用于机械制造、重工业、冶金工业、矿山机械等多个领域。
本文将由以下几个方面来谈论蜗杆传动的基本概念、工作原理以及应用。
一、蜗杆传动的基本概念蜗杆传动是由一对蜗杆与蜗轮组成，通过蜗杆扭转蜗轮的齿轮来实现工作的。
其中蜗轮的斜齿线与蜗杆的螺旋线成一定角度，因此蜗轮只能通过蜗杆旋转而不能回转，同时在传动过程中，蜗轮的速度是滞后于蜗杆的速度，因此能够实现较大的减速比。
蜗杆传动的减速比是由蜗杆设计参数所决定的，包括螺旋角、蜗杆齿数、蜗杆直径等，不同的传动比可以根据具体需要来进行设计。
通常情况下，蜗杆传动的减速比在5-100之间，但也有特殊情况下减速比高达1000以上。
二、蜗杆传动的工作原理蜗杆传动的工作原理是由蜗杆带动蜗轮来实现传动，蜗杆的螺旋线与蜗轮的斜线齿之间的紧密配合可以实现传动功能。
因为蜗杆的螺旋线的斜度比蜗轮的齿线的斜度小很多，所以在传动过程中，螺旋线的每次旋转只能推动蜗轮前进一颗齿，因此能实现大的减速比。
同时由于蜗杆传动的特有设计，使其具有良好的自锁性，可以起到防止倒车的作用。
这种自锁性的原理是钢制蜗杆和铜制蜗轮的制作材料不同，钢的硬度比铜高，蜗杆在向前旋转时，铜制蜗轮受力对硬度较小的钢制蜗杆产生摩擦，并将其牢固紧密地压在一起。
由于钢制蜗杆的硬度高于铜制蜗轮，所以传动的不平衡力可以被牢固地锁住，从而保证了高效稳定的传动效果。
三、蜗杆传动的应用蜗杆传动具有很多优点，如紧凑的结构、高效率、高扭矩、稳定性等。
同时也有一些缺点，如制造难度较大、制造成本高、传动效率低等。
因此，在选择使用蜗杆传动时，需要全面考虑其优缺点和应用情况。
一个常见的应用场景是纺织机械，在制造纤维纺纱机时，采用蜗杆传动来传递较大的扭矩，实现布带收卷以及其他布料加工链环中的转动。
同时，由于蜗杆传动的复杂性，目前也在工业机器人、汽车和液压泵等领域得到广泛应用，也可以用于电动自行车、自行车和其他迷你设备，因其噪声小，结构紧凑等特点。
机械设计基础蜗杆传动
类型与特点
圆柱蜗杆传动
圆柱蜗杆传动具有结构紧 凑、传动比大、工作平稳 、噪音小等优点。常用于 减速装置中。
环面蜗杆传动
环面蜗杆传动的特点是承 载能力高、传动效率高， 但制造和安装精度要求较 高。
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动具有较大的传 动比和较紧凑的结构，但 制造和安装精度也较高。
降低摩擦系数
加强冷却和润滑
通过采用先进的表面处理技术或添加减摩 剂等措施，降低蜗杆和蜗轮之间的摩擦系 数，从而减少摩擦损失。
采用有效的冷却和润滑措施，控制传动的工 作温度，以降低热损失和摩擦损失。
05
蜗杆传动的结构设计与制造工艺
结构设计要点
选择适当的蜗杆类型
根据传动要求选择合适的蜗杆类型，如圆柱 蜗杆、环面蜗杆等。
04
蜗杆传动的效率与润滑Biblioteka 效率分析1 2 3
蜗杆传动效率的计算公式
效率 = (输出功率 / 输入功率) × 100%。由于蜗 杆传动中存在滑动摩擦和滚动摩擦，因此其效率 通常低于齿轮传动。
影响蜗杆传动效率的因素
包括蜗杆头数、导程角、摩擦系数、中心距、传 动比等。其中，蜗杆头数和导程角对效率影响较 大。
首先根据蜗杆和蜗轮的相对位置及运动关系，确定作用在蜗杆和蜗轮上的外力 ；然后分析这些外力在蜗杆和蜗轮上产生的内力，包括弯矩、扭矩和轴向力等 。
蜗杆传动的受力特点
由于蜗杆和蜗轮的螺旋角不同，使得作用在蜗杆和蜗轮上的外力产生不同的分 力，这些分力在蜗杆和蜗轮上产生的内力也不同。因此，蜗杆传动的受力分析 较为复杂。
装配顺序与方法
按照先内后外、先难后易的原则进行 装配，注意保证蜗杆和蜗轮的正确啮 合。
机械设计基础讲义第八章蜗杆传动
（a ）圆柱蜗杆传动 （b ）环面蜗杆传动 （c ）锥面蜗杆传动图8.2 蜗杆传动的类型机械设计基础讲义第八章蜗杆传动具体内容 蜗杆传动特点与类型；蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算；蜗杆传动的效率、热平衡计算及润滑；蜗杆传动受力分析与计算载荷；蜗杆传动失效形式与设计准则；蜗杆传动材料与许用应力；蜗杆强度计算；蜗杆刚度计算；蜗杆传动的结构设计。
重点 蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算；蜗杆传动受力分析；蜗杆强度计算；蜗杆刚度计算。
难点 蜗杆传动受力分析。
第一节 蜗杆传动的特点与类型蜗杆传动由蜗杆与蜗轮构成（图8.1），用于传递交错轴之间的运动与动力，通常两轴间的交错角︒=∑90。
通常蜗杆1为主动件，蜗轮2为从动件。
一、蜗杆传动的特点1、优点传动比大；工作平稳，噪声低，结构紧凑；在一定条件下可实现自锁。
2、缺点发热大，磨损严重，传动效率低（通常为0.7～0.9）；蜗轮齿圈常使用铜合金制造，成本高。
二、蜗杆传动的类型根据蜗杆形状的不一致，蜗杆传动可分为圆杆蜗杆传动、环面蜗杆传动与锥面蜗杆传动三种类型，如图8.2所示。
图8.1 蜗杆传动 1－蜗杆，2－蜗轮根据加工方法不一致，圆柱蜗杆传动又分为阿基米德蜗杆传动（ZA型）、法向直廓蜗杆传动（ZN型）、渐开线蜗杆传动（ZI型）与圆弧圆柱蜗杆传动（ZC型）等。
前三种称之普通圆柱蜗杆传动，见图8.3所示。
（a）阿基米德蜗杆（b）法向直廓蜗杆（c）渐开线蜗杆图8.3 普通蜗杆的类型第二节圆柱蜗杆传动的基本参数与几何尺寸计算在普通圆柱蜗杆传动中，阿基米德蜗杆传动制造简单，在机械传动中应用广泛，而且也是认识其他类型蜗杆传动的基础，故本节将以阿基米德蜗杆传动为例，介绍蜗杆传动的一些基本知识与设计计算问题。
一、蜗杆传动的基本参数通过蜗杆轴线并垂直于蜗杆轴线的平面称之中间平面，见图6.4。
在中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿条与齿轮的啮合。
因此，设计圆柱蜗杆传动时，均取中间平面上的参数与几何尺寸作为基准。
机械设计基础 第七版 第8章 蜗杆传动
(4)蜗杆分度圆直径d1和直径系数q 在切制蜗轮轮齿时，所用滚刀的直径和齿形参数必须与该蜗轮相啮合 的蜗杆一致。 而蜗杆分度圆直径d1不仅与模数有关，还随z1/tanλ的数值而变化。即 使m相同，也会有许多不同直径的蜗杆。 为了限制滚刀的数目以及便于滚刀的标准化，对于每一种模数的蜗杆， 国家标准制定了蜗杆分度圆直径d1的标准值，并把d1 与m的比值称为蜗杆 直径系数q，即
对开式蜗杆传动，通常以保证齿根弯曲疲劳强度作为主要 设计准则。当蜗杆直径较小而跨距较大时，还应作蜗杆轴的刚 度验算。
8.2.2 蜗杆传动的常用材料及选择
蜗杆一般用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用低碳合金 钢，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度56～ 62HRC。 中速中载蜗杆可用优质碳素钢或合金结构钢，如45、 40Cr等。经表面淬火，表面硬度40～55HRC。
8.1.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴 线的剖面称为中间平面。
该平面为蜗杆的轴面或为蜗轮 的端面。
在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮 合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。 因此，该平面内的参数为标准值。
阿基米德蜗杆传动
8.1.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸
1 蜗杆传动的主要参数及其选择
第8章 蜗杆传动
8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸 8.2 蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料 8.3 蜗杆传动的受力分析及强度计算 8.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 8.5 蜗杆和蜗轮的结构 8.6 蜗杆传动的安装与维护
8.1 蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸
学习要点
•掌握蜗杆传动的类型、特点、基本参数及正确啮合条件。 •掌握蜗杆直径系数的概念及几何尺寸计算。
机械设计蜗杆知识点
机械设计蜗杆知识点机械设计的蜗杆是一种常见且重要的传动装置，它具有较高的传动效率和承载能力。
蜗杆传动是通过蜗杆与蜗轮的啮合传递动力和运动的。
本文将介绍机械设计中关于蜗杆的一些重要知识点，包括蜗杆的结构、工作原理以及设计注意事项。
一、蜗杆的结构蜗杆是一种具有斜交螺旋线的轴，通常与蜗轮配合在一起使用。
它由蜗齿、蜗纹、中心孔等部分组成。
蜗齿是用来传递动力和运动的关键部件，蜗纹则是蜗杆的表面特征，用来增加啮合面积和提高传动效率。
蜗杆通常由金属材料制成，如钢材等，以保证其强度和耐磨性。
二、蜗杆传动的工作原理蜗杆传动是一种螺旋面与螺旋面之间的啮合传动方式。
在传动过程中，蜗齿与蜗轮齿槽进行啮合，蜗杆通过旋转带动蜗轮转动。
由于蜗杆的螺旋线的角度通常较小，所以在传动过程中产生一个大的齿轮减速比，从而实现传动的扭矩放大和速度减小。
蜗杆传动一般用于低速大扭矩的场合，如起重机械、车辆传动系统等。
三、蜗杆传动的设计要点1. 蜗杆与蜗轮的啮合角度：蜗杆的螺旋线与蜗轮齿槽的啮合角度应控制在一定范围内，过大或过小都会影响传动的效果。
通常蜗杆的螺旋线角度为5°-30°之间。
2. 蜗齿的尺寸设计：蜗齿的几何参数是设计中的关键要素，包括蜗齿高度、蜗齿厚度、蜗齿间隙等。
这些参数的选择需要考虑到传动功率、载荷大小、转速等因素。
3. 轴向力的控制：蜗杆传动会产生轴向力，对机械零件的支撑和结构稳定性提出了要求。
设计时需要合理选择轴承和支撑结构，以保证传动的正常运行。
4. 润滑和散热：蜗杆传动由于摩擦和啮合，会产生较多的热量和磨损。
因此，在设计中应考虑到润滑和散热的问题，采取适当的措施来降低传动的温度和减少磨损。
综上所述，机械设计中蜗杆的知识点包括蜗杆的结构、工作原理和设计要点。
蜗杆的结构由蜗齿、蜗纹和中心孔等组成，它与蜗轮配合，通过螺旋线的啮合传递动力和运动。
设计蜗杆传动需要注意蜗杆与蜗轮的啮合角度、蜗齿尺寸、轴向力和润滑散热等问题。
机械设计基础之蜗杆传动WormG
在通过蜗轮中间平面所截的蜗杆轴向平面内可见，蜗杆传 动又可视为斜齿圆柱齿轮与齿条的啮合传动。
6.1概述
蜗变轮应失力蜗效作特 杆用征形下的成
第一 项
蜗 杆 加 工
蜗杆传动分类 蜗杆传动特点
第二 第二 项项
蜗 轮 加 工
为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合 ，要用与蜗杆尺寸相同的 蜗杆滚刀来加工蜗轮。
6.1概述
a
=
m 2
(q
Z2)
1 2
m(Z1
Z2)
分度圆直径之和 （无变位）
6.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
主要参数
蜗杆传动变位 几何尺寸计算
第一 变位的目的：(1)配凑中心距
(2)改变传动比
项 第项二 第项二 变位方法：蜗轮变位
变位后蜗轮的节圆仍与分度 圆重合 ，而蜗杆在中间 平面上的节线不再与其分度线重合 。
第二 第二 项项
蜗杆下置式传动直接选取。如上置，则黏性提高30-50%。
6.4受力分析、失效形式与计算准则
变受应失力力效作特分用征下析的
失效形式
计算准则
第一 蜗杆上的力分量：
蜗轮上的力分量：
项 第二 第二 法向力Fn1：轴向力Fa1+径向力Fr1
+圆周力Ft1
项 项 摩擦力Fm1
法向力Fn2：轴向力Fa2 +径向力 Fr2 +圆周力Ft2 摩擦力Fm2
圆
df2
da2
中 圆 直 径
dm2
齿 形 角
ax
蜗 轮 齿 宽
b2
节
中
圆
圆
螺
螺
旋
旋
角
角
b2
bm2