圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算
蜗杆传动设计
14
3.34
15
3.22
16
3.07
17
2.96
18
2.89
19
2.82
20
2.76
22
2.66
24
2.57
26
2.51
Z2 YF2
28 2.48
30 2.44
35 2.36
40 2.32
45 2.27
50 2.24
60 2.20
70 2.17
80 2.14
90 2.12
100 2.10
150 2.07
Fnc = K Fn
载荷系数K=l～1.4
3、蜗轮齿面的接触强度计算
校核公式： 设计公式：
H 500
KT2 KT 500 2 2 2 [ H ] d1d2 2 m d1 z2
2
500 2 m d1 KT2 z2 [ H ]
4、蜗轮轮齿齿根弯曲强度计算
1.53KT2 cos YF 2 F 校核公式： F d1d 2 m 1.53KT2 cos 设计公式： m2 d1 YF 2 z2 F
表2-9-6 蜗轮的齿形系数YF2（α=20°，ha*=1）
Z2
YF2
10
4.55
11
4.14
12
3.70
13
3.55
（a）圆柱蜗杆传动
（b）圆环面蜗杆传动
（c）锥面蜗杆传动
阿基米德蜗杆
渐开线蜗杆
法向直廓蜗杆 圆弧圆柱蜗杆
（2）按蜗杆旋向不同来分类，蜗杆传动可以分成左旋和右旋蜗杆 传动两种类型 。 （3）按工作条件不同分类蜗杆传动可以分为闭式蜗杆传动和开式 蜗杆传动两种类型。 2、蜗杆传动的特点 （1）蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。i=10～40，最 大可达80。若只传递运动（分度运动），其传动比可达1000。 （2）传动平稳、噪声小 （3）可制成具有自锁性的蜗杆 （4）传动效率低 （5）制造成本高 二、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。 在中间平面上蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。 因此蜗杆传动的设计计算都以中间平面上的参数和几何关系为准。
普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算
普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算1．基本参数：（1）模数m和压力角α：在中间平面中，为保证蜗杆蜗轮传动的正确啮合，蜗杆的轴向模数m a1和压力角αa1应分别相等于蜗轮的法面模数m t2和压力角αt2，即m a1=m t2=mαa1=αt2蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为:tgαa=tgαn/cosγ式中：γ-导程角。
（2）蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q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。
由于相同的模数，可以有许多不同的蜗杆直径，这样就造成要配备很多的蜗轮滚刀，以适应不同的蜗杆直径。
显然，这样很不经济。
为了减少蜗轮滚刀的个数和便于滚刀的标准化，就对每一标准的模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1，而把及分度圆直径和模数的比称为蜗杆直径系数q，即：q=d1/m常用的标准模数m和蜗杆分度圆直径d1及直径系数q，见匹配表。
（3）蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆头数可根据要求的传动比和效率来选择，一般取z1＝1-10，推荐z1＝1，2，4，6。
选择的原则是：当要求传动比较大，或要求传递大的转矩时，则z1取小值；要求传动自锁时取z1＝1；要求具有高的传动效率，或高速传动时，则z1取较大值。
蜗轮齿数的多少，影响运转的平稳性，并受到两个限制：最少齿数应避免发生根切与干涉，理论上应使z2min≥17，但z2＜26时，啮合区显著减小，影响平稳性，而在z2≥30时，则可始终保持有两对齿以上啮合，因之通常规定z2＞28。
另一方面z2也不能过多，当z2＞80时(对于动力传动)，蜗轮直径将增大过多，在结构上相应就须增大蜗杆两支承点间的跨距，影响蜗杆轴的刚度和啮合精度；对一定直径的蜗轮，如z2取得过多，模数m就减小甚多，将影响轮齿的弯曲强度；故对于动力传动，常用的范围为z2≈28-70。
对于传递运动的传动，z2可达200、300，甚至可到1000。
z1和z2的推荐值见下表（4）导程角γ蜗杆的形成原理与螺旋相同，所以蜗杆轴向齿距p a与蜗杆导程p z的关系为p z＝z1p a，由下图可知：tanγ=p z／πd1＝z1p a／πd1＝z1m／d1＝z1／q导程角γ的范围为3.5°一33°。
普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算
普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算1．基本参数：（1）模数m和压力角α：在中间平面中，为保证蜗杆蜗轮传动的正确啮合，蜗杆的轴向模数m a1和压力角αa1应分别相等于蜗轮的法面模数m t2和压力角αt2，即m a1=m t2=mαa1=αt2蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为:tgαa=tgαn/cosγ式中：γ-导程角。
（2）蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q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。
由于相同的模数，可以有许多不同的蜗杆直径，这样就造成要配备很多的蜗轮滚刀，以适应不同的蜗杆直径。
显然，这样很不经济。
为了减少蜗轮滚刀的个数和便于滚刀的标准化，就对每一标准的模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1，而把及分度圆直径和模数的比称为蜗杆直径系数q，即：q=d1/m常用的标准模数m和蜗杆分度圆直径d1及直径系数q，见匹配表。
（3）蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆头数可根据要求的传动比和效率来选择，一般取z1＝1-10，推荐z1＝1，2，4，6。
选择的原则是：当要求传动比较大，或要求传递大的转矩时，则z1取小值；要求传动自锁时取z1＝1；要求具有高的传动效率，或高速传动时，则z1取较大值。
蜗轮齿数的多少，影响运转的平稳性，并受到两个限制：最少齿数应避免发生根切与干涉，理论上应使z2min≥17，但z2＜26时，啮合区显著减小，影响平稳性，而在z2≥30时，则可始终保持有两对齿以上啮合，因之通常规定z2＞28。
另一方面z2也不能过多，当z2＞80时(对于动力传动)，蜗轮直径将增大过多，在结构上相应就须增大蜗杆两支承点间的跨距，影响蜗杆轴的刚度和啮合精度；对一定直径的蜗轮，如z2取得过多，模数m就减小甚多，将影响轮齿的弯曲强度；故对于动力传动，常用的范围为z2≈28-70。
对于传递运动的传动，z2可达200、300，甚至可到1000。
z1和z2的推荐值见下表（4）导程角γ蜗杆的形成原理与螺旋相同，所以蜗杆轴向齿距p a与蜗杆导程p z的关系为p z＝z1p a，由下图可知：tanγ=p z／πd1＝z1p a／πd1＝z1m／d1＝z1／q导程角γ的范围为3.5°一33°。
机械设计(7.2.1)--圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸计算
变 圆分离 ;
位 : 蜗杆分度线与蜗轮分度
中心距较标准值改 变;
位 , 减小 .
正变位 , 增大 ; 负变
(4) 变位后 , 蜗轮分度圆仍然与其节圆重 合,
但轮尺尺寸有变化 .
负变位 x2<0
标准 x2=0
正变位 x2>0 变位系数 , 过小 ,
( 变位后的 ) 实际中心距
a
a
a
1 2
(d1
● 蜗杆径向尺寸： d1= 按标准或自定 齿全高 , 齿顶高 , 齿根高及顶圆、
根圆同标准齿轮 , 无关变位 .
da1 d1 2ha1;ha1 ha*m d f 1 d1 2hf 1;hf 1 (ha* c* )m
ha* 1.0,0.8(短);c* 0.2,0.15,0.25
与链传动不同
7. 蜗轮齿数 表z26-3 给出了 z2 荐用值 ( 结合传动比和 蜗杆头数， z1=1,2,4,6) 。
为避免根切：
z1=1 ， z2>17~18
z1=2 ， z2>27
动力传动时，
z2<80, 根强度
避免尺寸过大 , 削弱齿
6-2 圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸计算 一、圆柱蜗杆传动主要参 数
6-2 圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸计算 一、圆柱蜗杆传动主要参 数
一、圆柱蜗杆传动主要参数
4. 蜗杆分度圆直径 d1(1) 为保证正确啮合，用蜗杆尺寸基
本相同的滚刀来加工蜗轮 .
(2) 为减少滚刀的数量和使之标准化 ，每个标准模数的规定了一定数量 的滚刀直径 ( 即蜗杆直径 ).
(3) 表 6-2 列出了 m 和 d1 常用标准 值.
普通圆柱蜗杆传动基本几何尺寸计算关系式
名称
代号
计算关系式
说明
中心距
a
a=(d1+d2+2x2m)/2
按规定选取
蜗杆头数
z1
按规定选取
蜗杆齿数
z2
按传动比确定
齿形角
α
αa=20°或αn=20°
按蜗杆类型确定
模数
m
m=ma=mn/cosγ
按规定选取
传动比
i
i=n1/n2
蜗杆为主动，按规定选取
齿数比
u
u=z2/z1当蜗杆主动时，i=u
经磨削的蜗杆，按左式所求的长度应再增加下列值：
当m<10mm时，增加25mm；
当m=10～16mm时，增加35～40mm；
当m>16mm时，增加50mm；
2
≤da2+1.5m
4
≤0.67da1
≤da2+m
0
-0.5
-1.0
0.5
1.0
≥(12.5+0.09z2)m
≥(9.5+0.09z2)m
≥(10.5+z1)m
蜗轮咽喉母圆半径
rg2
rg2=a-0.5da2
蜗轮齿宽
b2
由设计确定
蜗轮齿宽角
θ
θ＝2arcsin(b2/d1)
蜗杆轴向齿厚
sa
sa＝0.5πm
蜗杆法向齿厚
sn
sn=sa·cosγ
蜗轮齿厚
st
按蜗杆节圆处轴向齿槽宽ea'确定
蜗杆节圆直径
d1'
d1'=d1+2x2m=m(q+2x2)
第十一章蜗杆传动
Fa2
→蜗右杆旋
蜗轮右旋
三、 蜗杆传动强度计算
计算准则: 防止点蚀和胶合: 接触疲劳强度准则 防止磨损和折断: 弯曲疲劳强度准则
计算对象: 蜗轮 原因: ①蜗轮材料差（蜗杆常用碳钢或合金钢，并作淬火处理， 蜗轮常采用青铜，使其形成具有良好减摩性的滑动摩擦 副）； ②中间平面内，蜗杆齿形齿根强度高于蜗轮轮齿的强度。
三、蜗杆传动的热平衡计算 1．目的: 对于闭式传动，若散热性能不好，必须
进行热平衡 计算，为防止胶合或急剧磨损。
2．理论依据 热平衡1 条100件0 1:单hP位1 时间内2 蜗dS杆to 传ta 动所产生的热量
Φ1to ≤ ta同 1一000P时1dS1间h内 tp箱体的散热量Φ2。
式中αd箱体表面的传热系数， αd =（8.7～
2、常用材料 材料的基本要求：足够的强度、磨合和耐磨性。 蜗杆：碳钢或合金钢
高速重载：15Cr、20Cr并经渗碳淬火，或40、 45.40Cr并经
淬火，以提高表面硬度，增加耐磨性， 要求淬火
后的硬度达到40～55HRC，经氮化后 的硬度为
55～62HRC。 低速中载：40、45，调质，硬度220～
3. 蜗杆的分度圆直径d1和导程角γ
蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角称为导程角γ
pa pa
tan z1 pa z1m z1m d1 d1 d1
πd1
d1
m
z1
tan
加工蜗轮时滚刀的尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同, 但m一
定时, 由于z1和γ的变化, d1是变化的, 即需要配备很多加工蜗
轮的滚刀。
↓刀具数量
蜗杆传动
概述 普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 环面蜗杆传动 蜗杆传动的现状及发展方向
蜗杆传动基本尺寸计算公式
计算项目中心距模数轴截面齿形角传动比变位系数径向间隙头数Z1特性系数q 齿顶高h di 齿根高hg 分度圆直径D fe1节圆直径D je1齿顶圆直径D di1齿根圆直径D g1分度圆螺旋导角λ法向模数m f 轴截面齿距P螺旋导程P Z 螺牙沿分度圆柱上的轴向齿厚S z1螺牙沿分度圆柱上的法向齿厚S f1齿厚测量高度h~齿数Z 2分度圆直径D fe2节圆直径D je2齿根圆直径D g2齿顶圆直径D di2最大外圆直径Dw 2轮缘宽度b 齿顶圆弧半径R 1代 号A M du α螺旋长度L☆蜗 轮圆柱蜗杆传动基本几i ξc蜗杆齿根圆弧半径R 2轮基本几何尺寸计算公式公 式计算结果备注A=0.5M du(Z2+q+2ξ)175.00Mdu=2A/(Z2+q+2ξ) 3.15α=20°20.00i=Z2/Z1=n1/n297.00ξ=(A/Mdu)-0.5(q+z2) 2.06C=0.25Mdu0.79Z1=1,2,4 1.00q=Dfe1/Mdu10.00hdi=Mdu 3.15hg=1.25Mdu 3.94Dfe1=qMdu31.50Dje1=Dfe1+2Mduξ=Mdu(q+2ξ)44.45Ddi1=Mdu(q+2)37.80Dg1=Mdu(q-2.5)23.63λ=arctgZ1/q0.10mf=Mducosλ 3.13L=(12+0.1z2)Mdu68.36Z1=1,2 L=(13+0.1z2)Mdu71.51Z1=4 P=πMdu9.90PZ=πMduZ19.90Sz1=0.45πMdu97.00Sf1=Sz1cosλ96.52h~=Mdu 3.15Z2=iZ197.00Dfe2=MduZ2305.55Dje2=Dfe2=MduZ2305.55Dg2=2(A-0.5Ddi1-0.25Mdu)310.63Ddi2=2(A-0.5Dfe1+Mdu)324.80Dw2=Ddi2+Mdu327.95b=0.65Ddi124.57R1=0.5Dfe1-Mdu12.60R1=0.5Ddi1+0.25Mdu19.69。
蜗杆传动的效率
d 2 mz2
da 2 d2 2m
d1 d 2 a 2
蜗轮齿根圆直径
中心距
d f 2 d2 2.4m
普通蜗杆传动几何尺寸计算见表10-2.
§10-3 蜗杆传动的滑动速度及效率
一、蜗杆传动的滑动速度
2 d 2 n2
60
m2 z2 n2
60
i
a1
mz1n1
齿轮传动重点
1.外齿啮合正常齿制标准渐开线直齿圆柱 齿轮的啮合原理，几何尺寸计算； 2.轮齿的失效形式及产生原因，直齿圆柱 齿轮受力分析和强度计算； 3.斜齿圆柱齿轮和锥齿轮受力分析，及其 强度计算与直齿圆柱齿轮传动的异同点。
齿轮传动难点
1.斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮的当量齿轮 和当量齿数的理解； 2.合理选择齿轮材料、热处理方法、精度 等级等； 3.直齿圆柱齿轮强度计算；
t
如热平衡条件不满足时，可采取以下措施： 1、增大散热面积； 2、加风扇； 3、加冷却水管。
学时：４８
§10-2圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸
一、主要参数—以中间平面上的参数为基准。
L
2
p
x1
中间平面
d f1
p x1 pt 2
d1
da 1
pt2
d2
a
d f 2 da2 d t 2
垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间 平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线 齿条与齿轮的啮合。在蜗杆传动的设计计算中，均以中 间平面上的基本参数和几何尺寸为基准 。
查表１０－１取蜗杆分度圆直径 d1 28mm 。
例１ ３．计算中心距 a
因 z1 1 ， 则 z2 iz1 30 1 30 ，