蜗杆传动二
蜗杆传动
H1 1000P 1 (1 )
W
式中：P1—蜗杆传动的功率，KW
—蜗杆传动的总效率
单位时间由箱体外壁散发到空气中的热量为
H 2 aW A(t1 t0 )
式中 aw—表面散热系数 A—箱体的散热面积
W
t1—箱体的工作温度，在800以内
t0—周围空气温度， t0=200
根据热平衡条件H1=H2可求得箱体的工作温度和应满 足的要求为
式中 px 蜗杆轴向齿距；z1－蜗杆头数； u－齿数比，导程角大，传动效率高； 导程角小，传动效率低。
普通蜗杆传动的m与d1搭配值 (注：d1与m的比值称为蜗杆直径系数q）
3 、传动比i、蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2
n1 Z 2 i n2 Z1
蜗杆头数Z1通常取为：1，2，3，4，或6
确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮 传动，也可按照主动件左右手定则来判断。而轴向力Fa的方向 则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定，即Fa1与 Ft2方向相反， Ft1与 Fa2的方向相反。
力的方向判断例题
2. 蜗杆传动的计算载荷
计算载荷=K*名义载荷
K K A K K
1000 P 1 (1 ) t1 t0 80C C aW A
在既定工作条件下，保持正常油温所需要的散热面积， 对于散热肋布置良好的固定式蜗杆减速器，其散热面 积可用下式估算：
A 9 105 a1.88 m2 式中a为传动中心距，mm
若t>80℃或有效的散热面积不足时,则必须 采取措施,以提高其散热能力
1
d1n1
m/s
式中：
d1--蜗杆分度圆直径，mm
n1--蜗杆的转速，r/min
《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
蜗杆减速器的二级传动设计
一.传动方案的拟定本设计要求设计一台应用于带式输送机上的二级减速器，原动机为三相异步电动机，工作机为卷筒。
输送机多用在室内，选用闭式齿轮传动，对于传动比较大的减速器，利用蜗轮蜗杆的大传动比可以使减速器尺寸结构紧凑，为提高承载能力和传动效率将蜗轮蜗杆传动布置在高速级，低速级用斜齿轮传动，可提高减速器的平稳性。
初步估算蜗杆分度圆圆周速度，v 4~5 m/s ，采用蜗杆下置。
整体结构如图1所示：图1 减速器机构简图二．电动机的选择及传动比确定1．性能参数及工况运输机皮带牵引力：F=2287N 运输机皮带作速度：V=0.31m/s 滚筒直径：D=0.41m 使用地点：室内 生产批量：大批 载荷性质：平稳 使用年限：五年一班2．电动机型号选择根据室外使用条件，选择Y 系列三相异步电动机。
运输机所需工作功率：⨯===22870.310.70910001000w FVP Kw联轴器效率η1=0.99，轴承效率η2=0.99 ，一对斜齿轮啮合传动效率η3=0.97，蜗轮蜗杆啮合传动效率η4=0.8，卷筒的效率η5=0.96可得减速器总效率为ηηηηηη==24总123450.7014电动机所需功率η===电总0.709 1.01080.7014w P P KW卷筒轮转速ππ⨯⨯⨯===⨯卷6010006010000.3114.45/min 360n V r D蜗杆—齿轮减速器总传动比合理范围为:i 总 =60~90所用电机转速范围1445609086713005n n i r ==⨯=）电卷总.（~~.(/min)选取Y100L-6型号的电机，主要性能参数如表1：表1 Y100L-6型电机性能参数总传动比为94065051445n i n ===额总卷.. 齿轮传动比i 2=（0.04~0.07）i 总，所以齿轮传动比范围为0040076505260245535i =⨯=齿（.~.）..~.根据总齿蜗=⨯i i i ，则142925i i i ==蜗总齿/.~，蜗杆取两头，则传动比在15~32范围内。
第十二章蜗杆传动介绍
η=0.70~0.75 η=0.75~0.82 η=0.87~0.92 η=0.60~0.70
第五节
蜗杆传动的设计
一、失效形式、设计准则和材料选择
1．失效形式 由于蜗杆传动齿面间相对滑动速度大，发热量大，其失效 形式主要是齿面胶合，其次是点蚀、断齿、磨损和塑性变形 等。 2. 设计准则
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。
3．蜗杆分度圆直径 d1 和导程角
z1 pa z1πm z1m tan πd1 πd1 d1
d1 m
z1 mq tan
为了限制蜗轮滚刀的数目并有利于标准化，
规定了蜗杆分度圆直径的系列值，即将蜗杆直 径系数 q 、d1标准化 。
d1 q m
是导出值
d1 = q m≠z1m
本章总结
• 1、了解蜗杆传动用途、传动特点，掌握蜗杆传动正确啮合
条件、主要概念及几何参数（中间平面、蜗杆分度圆直径、 传动比、自锁等） • 2、重点掌握蜗杆传动力分析、特别是各力方向与旋向及转 向关系。 • 3、掌握蜗杆传动失效形式、蜗轮蜗杆结构及材料、强度计 算思路。 • 4、了解蜗杆传动热平衡计算（重点原因、目的、措施）。
五、热平衡计算 1.热平衡计算
目的：控制油温稳定地处于规定的范围内（由于蜗杆传动效 率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高， 润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合）。 热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量=散发的热量。
式中： t 散热系数， A 散热面积；
1000 P 1 (1 ) t (t t 0 ) [ t ] t A
机械设计蜗杆传动
圆周力：Ft 轴向力：Fa 径向力：Fr 且有如下关系：
Ft1 = -Fa2 = - 2T1 / d1 Fa1 = -Ft2 = - 2T2 / d2
Fr1 = -Fr2 = - Ft2 tgα
ω2
潘存云教授研制
Fa2 Fr2 α Ft2
ω2
Fa1
潘存云教授研制
Fr1
Ft1
式中：T1 、T2分别为作用在蜗杆与蜗轮上的扭矩。
普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算
名称
蜗杆中圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶圆直径 根圆直径
蜗杆轴向齿距、蜗轮端面齿距 径向间隙
中心距 2020/8/3
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 =mq
d2=mz2
ha=m
ha=m
df =1.2m 潘存云教授研制
df =1.2m
da1=m(q+2) da1=m(Z2+2) df1=m(q-2.4) df2=m(Z2-2.4)
2020/8/3
2 蜗杆传动的类型
最常用
阿基米德蜗杆
普通圆柱 渐开线蜗杆
蜗杆传动 法向直廓蜗杆
圆柱蜗杆传动
锥面包络圆柱蜗杆
类 型
环面蜗杆传动 圆弧圆柱 蜗杆传动
锥蜗杆传动
锥蜗杆传动特点：
潘存云教授研制
1）同时接触的点数较多，重合度大；
2）传动比范围大，一般为10~360； 3）承载能力和传动效率高； 4）2020/制8/3 造安装简便，工艺性好。
1.25 20
2.5 28 (35.5)
4
22.4
45
11..66
2200 q=12.5 2288 潘存云教授q3研.=制1517.53(258.5)
7-4-2 《蜗杆传动》练习题(二)
《蜗杆传动》课堂练习一、是非题1．蜗杆传动的正确啮合条件之一是蜗杆的端面模数与蜗轮的端面模数相等。
( F ) 2．在蜗杆传动中，由于蜗轮的工作次数较少，因此采用强度较低的有色金属材料。
( F )3．蜗杆传动中，其他条件相同，若增加蜗杆头数，则齿面相对滑动速度提高。
( T )4．蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，增加蜗杆分度圆直径，将使传动效率降低，蜗杆刚度提高。
( T )5．采用铸铝青铜ZCuAll0Fe3作蜗轮材料时，其主要失效方式是胶合。
( T ) 6．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。
( T )7．在蜗杆传动比i=z2／z1，中，蜗杆头数z1相当于齿数，因此其分度圆直径d1=z1m。
( F )8．蜗杆传动中，蜗轮法面模数和压力角是标准值。
( T )9．为提高蜗杆轴的刚度，应增大蜗杆的直径系数q。
( T )10．对于各种材料(ZCuSnl0P1、ZCuAll0Fe3、HT300)制成的闭式蜗轮，都是按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度两个公式进行计算。
( T )11．不计摩擦力时，蜗轮的圆周力为F t2=2T1/d1。
( F )12．制造蜗轮的材料，其主要要求是具有足够的强度和表面硬度，以提高其寿命。
( F )13．闭式蜗杆传动的主要失效形式是磨损。
( F )14．蜗杆传动设计需作蜗杆轮齿的强度计算。
( F )二、填空题1．在润滑良好的情况下，减摩性好的蜗轮材料是青铜类，蜗杆传动较理想的材料组合是蜗杆选用碳素钢或合金钢，蜗轮选用青铜类或铸铁。
2．有一标准普通圆柱蜗杆传动，已知zl=2，q=8，z2=42，中间平面上模数m=8 mm，压力角a=20°，蜗杆为左旋，则蜗杆分度圆直径d1= 64 mm，传动中心距a= 200 mm。
蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角γ=arctan 0.25 。
蜗轮为左旋，蜗轮分度圆柱上的螺旋角β= 14.036°。
3．限制蜗杆的直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，便于滚刀的标准化。
蜗杆传动(二)
课题蜗杆传动（二）课型新授
授课日期授课
时数
总课
时数
教具
使用
课件
教学目标1、了解蜗杆传动的特点，主要参数
2、掌握蜗杆传动的受力分析，掌握蜗杆与蜗轮之间的转向、受力方向
教学重点和难点重点：1、了解蜗杆传动的特点，主要参数
2、掌握蜗杆传动的受力分析，掌握蜗杆与蜗轮之间的转向、受力方向
难点：掌握蜗杆传动的受力分析，掌握蜗杆与蜗轮之间的转向、受力方向
学情分析蜗轮蜗杆是比较复杂的一节内容，涉及的知识点很多，细细给学生分析每一个知识点
板
书设计三、蜗杆传动的受力分析1．蜗杆传动回转方向的确定
2．蜗杆传动的受力分析
教学后记
第1页
课前提问:1、圆锥齿轮传动的正确啮合条件是什么？
2、圆锥齿轮传动如何进行受力分析？
新授：
三、蜗杆传动的受力分析
1．蜗杆传动回转方向的确定
（1）螺旋方向的判定
蜗杆传动与斜齿轮传动一样，也有左旋与右旋之分。
蜗杆、蜗轮的螺旋方向可用右手法则判定：手心对着自己，四指顺着蜗杆（蜗轮）的轴线方向摆肩。
若啮合与右手拇指指向一致，该蜗杆（蜗轮）为右旋，反之为左旋。
图11
（2）蜗轮旋转方向的判定
蜗轮的旋转方向不仅与蜗杆的旋转方向有关。
蜗轮旋转方向的判定方法如下：当蜗杆是左旋（或右旋）时，伸出右手（或左手）半握拳，用四指顺着蜗杆的旋转方向，大拇指指向的相反方向就是蜗轮的旋转方向，蜗轮旋转方向判定。
图11
第2页。
《机械设计基础》第12章 蜗杆传动
3、摩擦磨损问题突出，磨损是主要 的失效形式。为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高；
4、传动效率低，具有自锁性时，效率低于50%。
由于上述特点，蜗杆传动主要用于传递运动，而在动力传输中的应用受到限制。
其齿面一般是在车床上用直线刀刃的 车刀切制而成，车刀安装位置不同， 加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。
γ
β
γ＝β （蜗轮、蜗杆同旋向）
一、蜗杆传动的主要参数及其选择
1、模数m和压力角α
§12-2 蜗杆传动的参数分析及几何计算
ma1= mt2= m αa1=αt2 =α=20°
在蜗杆蜗轮传动中，规定中间平面上的模数和压力角为标准值，即：
模数m按表12-1选取，压力角取α=20° （ZA型αa＝20º；ZI型αn＝20º） 。
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 渐开线蜗杆（ZI蜗杆）
圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
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。
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。
三、分类
在轴剖面上齿廓为直线，在垂直于蜗 杆轴线的截面上为阿基米德螺旋线。
§12-5 圆柱蜗杆传动的强度计算
一、蜗轮齿面接触疲劳强度的计算
1、校核公式:
2、设计公式:
式中：a—中心距，mm；T2 —作用在蜗轮上的转矩，T2 = T1 iη； zE—材料综合弹性系数，钢与铸锡青铜配对时，取zE=150；钢与铝青铜或灰铸铁配对时， 取zE=160。 zρ—接触系数，由d1/a查图12-11，一般d1/a=0.3~0.5。取小值时，导程角大，故效率高，但蜗杆刚性较小。 kA —使用系数，kA =1.1~1.4。有冲击载荷、环境温度高(t>35oC)、速度较高时，取大值。
机械原理蜗杆传动
b)蜗杆法面齿形
c主要参数及几何尺寸
★中间平面（主平面）
——通过蜗杆轴线并垂 直 于蜗轮轴线的平面 ：
蜗杆的轴（x面）
蜗轮的端面（t面）
主要参数
1、模数m、压力角 α ★标准参数——∵中间平
面内→相当于齿轮齿条啮
合∴取中间平面的参数为
标准参数※
① 标准压力角 = 20
1、润滑油及其添加剂
为提高蜗杆传动的抗胶合性能，常采用黏度较大的矿物油、或在润滑油中加入适量 的添加剂，如抗氧化剂、抗磨剂、油性极压添加剂等。在表11-20中列出了蜗杆传动常用 的润滑油牌号。
2、润滑油粘度及给油方法
在表11-21中列出了不同滑动速度时推荐选用的润滑油运动粘度值，供设计时选用。
闭式蜗杆传动常用润滑方法主要有油池浸油润滑、循环喷油润滑等方式。具体选择可根 据蜗杆传动的滑动速度大小确定。若采用压力喷油润滑，应注意控制油压，并应使喷油 嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。
⒉ 蜗杆轴刚度计算
影响蜗杆传动性能的弹性变形主要是蜗杆的挠曲变形。引起蜗杆产生挠取 变形的作用力主要有径向力Fr和圆周力Ft。在这两个力的作用下，蜗杆将在两 个方向上产生弹性变形。为简化计算，通常把蜗杆螺纹部分视为以蜗杆齿根圆 直径为直径的轴段。于是可得
y
yt21
yt22
l3 48EI
Ft21 Fr21 y
滑动轴承为 η3＝0.9７~0.9８
vs
v21
v1
cos
v1
d1n1
60 1000
mz1n1
60 1000
v2
d2n2
60 1000
mz2n2
60 1000
γ
（二）蜗杆传动的润滑
5-2蜗杆传动的主要参数和啮合条件
课题序号理论授课班级授课课时 2 授课形式理论：使用多媒体教学方法讲授（.PPT）；授课章节名称第五章蜗杆传动§5-2 蜗杆传动的主要参数和啮合条件使用教具课件教学目的1、理解蜗杆传动的主要参数2、掌握蜗杆传动正确啮合条件教学重点蜗杆传动正确啮合条件教学难点蜗杆传动正确啮合条件更新、补充、删节内容课外作业教学后记授课主要内容或板书设计第五章蜗杆传动§5-2 蜗杆传动的主要参数和啮合条件一、初识蜗杆传动二、蜗杆传动的组成蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，通常由蜗杆（主动件）带动蜗轮（从动件）转动，并传递运动和动力。
二、蜗杆的分类(P67)三、阿基米德蜗杆四、蜗轮回转方向的判定1．判断蜗杆或蜗轮的旋向2．判断蜗轮的回转方向课堂教学安排教学过程主要教学内容及步骤新课引入新授学生自习知识精讲举例【复习】1、蜗杆传动的组成2、蜗杆的分类(P67)3、、蜗轮回转方向的判定判断蜗杆或蜗轮的旋向判断蜗轮的回转方向【导入】第五章蜗杆传动§5-2 蜗杆传动的主要参数和啮合条件在蜗杆传动中，其几何参数及尺寸计算均以中间平面为准。
过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面。
一、蜗杆传动的主要参数1．模数m、齿形角α蜗杆的轴面模数m x1和蜗轮的端面模数m t2相等，且为标准值。
蜗杆的轴面齿形角αx1和蜗轮的端面齿形角αt2相等，且为标准值。
m x1＝m t2＝m αx1＝αt2＝α＝20°2．蜗杆分度圆导程角γ指蜗杆分度圆柱螺旋线的切线与端平面之间的锐角。
tanγ= p x z1/πd1 = z1m / d13．蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q切制蜗轮的滚刀，其分度圆直径、模数和其他参数必须与该蜗轮相配的蜗杆一致，齿形角与相配的蜗杆相同。
为了使刀具标准化，限制滚刀的数目，对一定模数m的蜗杆的分度圆直径d1作了规定，即规定了蜗杆直径系数q，且q = d1/m。
4．蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2课堂训练课堂小结布置作业蜗杆头数z1：根据蜗杆传动传动比和传动效率来选定，一般推荐选用z1= 1、2、4、6。
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第五章 蜗杆传动 2、蜗杆传动概述
【学习目标】
1、能够判断蜗杆、蜗轮螺旋线方向及蜗轮回转方向 【学习重难点】
1、判断蜗杆、蜗轮螺旋线方向及蜗轮回转方向 【复习巩固】
1、蜗杆传动在通常情况下， 做主动件， 做从动件。
2、在闭式传动中，蜗轮主要失效形式是 和
3、蜗杆传动具有传动比大、承载能力大、传动效率高等特点。
（ ） 【新授内容】
一、蜗轮回转方向的判定 1．判断蜗杆或蜗轮的旋向
右手法则：
手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋。
2．判断蜗轮的回转方向
左、右手法则：
左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，用四指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表蜗杆轴线，则拇指所指方向的相反方向即为蜗轮上啮合点的线速度方向。
注意：在蜗杆传动中，蜗轮蜗杆齿的旋向是一致的，即同为左旋或同为右旋。
蜗轮的回转方向取决于蜗杆的旋向和蜗杆的回转方向。
例如：判断蜗杆传动中蜗轮、蜗杆的回转方向或螺旋方向。
【课堂过关】
1、根据蜗杆螺旋线方向的不
同，蜗杆有 和 之分，一般常用的是
蜗杆。
3、蜗杆传动时，蜗轮的回转方向只与蜗杆轮齿的螺旋线方向有关，与蜗杆的回转方向无关。
（ ）
【课后作业】
完成习题册
p26、四题。