第二节蜗杆传动的基本参数
《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
《蜗杆传动上课版》课件
04 传动比
蜗杆与蜗轮之间的转速之
比，决定了传动的减速或
增速效果。
蜗杆传动的应用范围
工业制造领域
用于各种机械设备中 的减速或增速传动， 如纺织机械、印刷机
械等。
交通运输领域
用于车辆、船舶和飞 机中的传动系统，如 发动机、变速器等。
农业机械领域
用于拖拉机、收割机 等农业机械中的传动
系统。
新能源领域
在风力发电、太阳能 发电等新能源领域中 ，蜗杆传动也得到了
切削加工是制造蜗杆传动的关键步骤， 需要精确控制切削参数和刀具几何形状 ，以保证蜗杆的精度和表面质量。
材料选择应根据使用要求和工作环境， 选择合适的材料和规格，以确保蜗杆传 动的性能和寿命。
热处理对于提高蜗杆传动的硬度和耐磨 性至关重要，包括淬火、回火和表面处 理等工艺。
蜗杆传动的维护保养
定期检查蜗杆传动的润滑 状况，确保润滑良好以减 少摩擦和磨损。
智能化控制
结合现代控制技术， 实现蜗杆传动的智能 化控制，提高传动精 度和效率。
拓展应用领域
探索蜗杆传动在更多 领域的应用，扩大其 使用范围。
04
蜗杆传动的设计与计算
蜗杆传动的设计原则
高效性
蜗杆传动应尽可能地提高传动效率， 减少能量损失。
稳定性
保证蜗杆传动的长期稳定运行，减少 维护和更换的频率。
材料和许用应力选择
根据计算结果，选择合适的材 料和确定许用应力，以确保蜗 杆传动的安全性和可靠性。
润滑和散热设计
考虑蜗杆传动的润滑和散热需 求，设计合理的润滑和散热系
统。
蜗杆传动的优化设计
参数优化
对蜗杆传动的参数进行 优化设计，以提高其性
能和降低制造成本。
蜗轮蜗杆参数_蜗轮蜗杆传动特点
蜗轮蜗杆基本参数模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。
其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即涡轮端面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q 为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值。
蜗杆传动的三大种类及特点一、圆柱蜗杆1、普通圆柱蜗杆（1）阿基米德蜗杆：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α0=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。
（2）渐开线蜗杆：渐开线蜗杆（ZI蜗杆）蜗杆齿面为渐开螺旋面，端面齿廓为渐开线。
加工时，车刀刀刃平面与基圆相切。
可以磨削，易保证加工精度。
一般用于蜗杆头数较多，转速较高和较精密的传动。
（3）法向直廓蜗杆：这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面（N-N）齿廓为直线。
ZN蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。
车削时车刀刀刃平面置于螺旋线的法面上，加工简单，可用砂轮磨削，常用于多头精密蜗杆传动。
（4）锥面包络蜗杆：这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。
它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。
加工时，盘状铣刀或砂轮放置在蜗杆齿槽的法向面内，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。
这时，铣刀（或砂轮）回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，在I-I及N-N截面上的齿廓均为曲线。
这种蜗杆便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。
2、圆弧圆柱蜗杆圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状有所区别。
这种蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的，而蜗轮是用范成法制造的。
在中间平面（即蜗杆轴线和蜗杆副连心线所在的平面）上，蜗杆的齿廓为凹弧，而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形。
蜗轮蜗杆传动详解
§蜗杆传动的特点和类型 §圆柱蜗杆传动的主要参数 §蜗杆传动的失效形式、材料和结构 §圆柱蜗杆传动的效率、润滑
《机械设计基础 》
Northwest A&F University
第一节 蜗杆传动的特点和类型
蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传，蜗轮是从动件。
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。
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。
Northwest A&F University
蜗杆导程角
蜗轮螺旋角 径向间隙 标准中心距
第十二章 蜗杆传动
符号
d ha
hf da
df
c
a
计算公式
蜗杆
蜗轮
d1 mq
d2 mz
ha m h f 1.2m
d a1 (q 2)m da2 (Z2 2)m
d f 1 (q 2.4)m arctg Z1
q
d f 2 (Z 2 2.4)m
第十二章 蜗杆传动
第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
二、蜗杆传动的润滑
➢ 目的：减摩、散热。 ➢ 润滑油的粘度和给油方法可参照表11-5选取。 ➢ 一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。
蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高； 给油方法： 油池润滑： 蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/6～1/3。
圆弧圆柱蜗杆传动
环面蜗杆传动 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；
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。
机械基础---蜗杆传动
二、蜗杆的基本参数
（1）模数和压力角 中间平面 过蜗杆的轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中 间平面。
在中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相当于齿条于渐开线 齿轮的啮合。
中间平面
以蜗杆的轴面参数、蜗轮的端面参数为标准参数，标准 压力角为α=20° （2）蜗杆的分度圆直径d1
即为蜗杆螺纹的中圆直径，简称中径，取值已被标准化
蜗杆传动
结构与特点 基本参数 材料 结构 传动比与几何尺寸计算
蜗杆传动的失效与维护
蜗杆传动
蜗杆传动的特点
蜗杆传动的组成： 由
蜗杆、蜗轮和 机架
组成
只能以蜗杆为主动件、蜗 轮从动件，传递空间交错 轴间的运动和动力
蜗杆传动的类型
类 型
圆柱蜗杆传动 圆弧面蜗杆传动
圆柱蜗杆
圆弧面蜗杆
蜗杆传动由于摩擦大，传动效率低，所以工作时发热量 较大。
在闭式传动中，如果不能及时散热，会使传动装置及润 滑油的温度不断升高，促使润滑条件恶化，最终导致胶 合等齿面损伤失效。
当工作油温t0 > 80℃ 时，须采取散热措施： 1）加散热片---增大散热面积（S↑）； 2）在蜗杆轴端加装风扇---加速空气的流通 3）在箱内装循环冷却水管或用循环油冷却 4）压力喷油循环润滑
蜗轮、蜗杆的材料不仅要求具有足够的强度，更重
要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。 蜗杆采用碳素钢或合金钢：表面光洁、硬度高。 蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。 ◆ 蜗杆 高速重载传动 一般传动： 15Cr、20Cr 渗碳淬火 55 ~ 62 HRC
40、45、40Cr 表面淬火45 ~ 55 HRC
蜗杆传动的基本参数
蜗杆传动的特点
高传动比
蜗杆传动的传动比通常较大，可以在较小的 空间内实现较大的减速或增速。
平稳传动
蜗杆传动的啮合方式使得其传动平稳，振动 小，噪音低。
承载能力强
蜗杆传动具有较大的承载能力，能够传递较 大的扭矩和功率。
效率较低
相对于其他机械传动方式，蜗杆传动的效率 较低，因为存在较大的摩擦损失。
蜗杆传动的应用场景
对于低速或轻载的蜗杆传 动，可以选择粘度较大、 油膜强度较高的润滑脂。
05
蜗杆传动的安装与维护
蜗杆传动的安装注意事项
确定安装位置
根据蜗杆传动的工作需求，选 择合适的安装位置，确保蜗杆
和蜗轮的正确啮合。
调整安装角度
根据设计要求，调整蜗杆传动 装置的安装角度，确保蜗杆和 蜗轮的正确传动。
检查安装精度
中速的蜗杆传动。
选择合适的润滑方式需要根据 蜗杆传动的具体工况和使用要
求来确定。
蜗杆传动的润滑剂选择
蜗杆传动的润滑剂应具有 良好的润滑性能、冷却性 能、防锈性能和抗氧化性 能。
对于高速或重载的蜗杆传 动，应选择粘度较小、油 膜强度较高的润滑油。
ABCD
在选择润滑剂时，需要考 虑蜗杆传动的工况条件， 如温度、湿度、速度、负 载等。
调整与校准
根据需要调整蜗杆和蜗轮的位置和角 度，确保其正确啮合和传动精度。
记录与报告
对每次维护保养的情况进行记录，及 时发现并处理潜在问题，确保蜗杆传 动装置的安全可靠运行。
蜗杆传动常见故障及排除方法
齿面磨损 由于润滑不良或金属颗粒进入， 导致齿面磨损。应加强润滑，定 期清洗传动部分，更换磨损严重 的零部件。
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一、蜗杆传动的基本参数
垂直于蜗轮轴线并包含蜗杆轴线的平面叫主 平面。 在主平面内， 蜗轮与蜗杆的传 动相当于齿轮与 齿条的传动。 蜗杆传动的 设计计算都以主 平面为准。
蜗杆传动的基本参数
蜗杆传动的基本参数有七个：
1、模数：蜗杆轴向模数mx1、蜗轮端面模数mt2 2、压力角α 3、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z２ 4、齿顶高系数ha* 5、顶隙系数c* 6、蜗杆分度圆导程角γ（对应于螺纹的升角） 7、蜗轮螺旋角β
圆柱蜗杆模数m 和分度圆直径d1的搭配值
蜗杆传动的基本参数
3、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z２和传动比i 蜗杆头数z1
z1＝1~4，自锁时取z1=1,过多则制造困难,过 少则效率低。传递运动的蜗杆取单头，γ小，自
锁性能好，但效率低。
蜗轮齿数z2
z２＝27~80，小于27则根切，太多则蜗杆支承
跨度大，易挠曲,使结构不紧凑。
d 2 mz2b源自6、蜗轮喉圆直径d a 2 ( z2 2)m
7、蜗轮齿顶圆直径
d e 2 ( z2 3)m
8、蜗轮齿根圆直径
d f 2 ( z 2 2.4)m
9、蜗轮轮缘宽度
df2 d2 d d a2 e2
b (0.65 ~ 0.75)d a1
几何尺寸计算
10、蜗轮分度圆上齿厚
蜗杆传动的基本参数
Z1、Z2 推荐数值
d1
传动比i
mz1 tan
n1 z2 d2 d2 i n2 z1 d1 tan d1
蜗杆传动的基本参数 * 4、齿顶高系数和顶隙系数 ha 、 c*
h 1
* a
c 0.2
*
基本参数有七个：
m 、α、z、ha*、c* 、γ、β
mx1 mt 2 x1 t 2
圆柱蜗杆模数m和分度圆直径d1 的搭配值 mz1 d1 tan
当模数一定时,取不同的z1 和，会得到不同 的蜗杆直径d1 。 制造蜗轮的滚刀的参数与蜗杆参数一样，制 造一种分度圆的蜗轮，就要有一把切制蜗轮的滚 刀。 为了减少刀具的数量，便于标准化，规定了d1 的标准值。
蜗杆传动的基本参数
s2 0.55m
2
(
11、蜗杆分度圆上齿厚
s1 0.45m
12、中心距
rf
rg
a (d1 d 2 ) 2
13、喉圆半径
a
rg d1 2 m rf d1 2 1.2m
14、齿根圆环面母圆半径
15、齿宽角
2 45 ~ 130
三、蜗杆传动的正确啮合条件
蜗杆的轴向齿 距和蜗轮的分度圆 上的齿距相等。
z1 px1 z1m tan d1 d1
几何尺寸计算
蜗杆螺旋部分长度L
z1 3或4
z1 1或2
L (12 0.1z2 )m L (13 0.1z2 )m
蜗轮齿数z２的选择 z２＝27~80 ，小于27根切，太大蜗杆长,刚度差。
L
几何尺寸计算
5、蜗轮分度圆直径
px1 pt 2 p
mx1 mt 2
x1 t 2 20
蜗杆传动的正确啮合条件
两轴间交错角∑等于90°，所以蜗杆的 分度圆柱上的导程角γ与蜗轮的分度圆上螺 旋角β相等，旋向相同。
蜗杆头数z1 取1~4, 自锁时取z1=1；蜗轮齿 数z2 取27-80。
二、几何尺寸计算
1、蜗杆分度圆直径
hf df1
2=40
ha
d1 取标准值
2、齿顶圆圆直径
d1 da1
Px1=πmx1
d a1 d1 2m
3、蜗杆齿根圆直径
d f 1 d1 2.4m
4、蜗杆分度圆上的导程角γ
z1m tan d1 d1 z1 px1
蜗杆传动的基本参数
mz1 d1 tan px1 ： 轴向齿距； z1 ： 蜗杆头数； d1 ： 分度圆直径； ： 分度圆导程角； s ：导程。
d1
mz1 tan
d1
s z1 p x1
d1
蜗杆传动的基本参数
蜗杆传动的基本参数
1、模数m和压力角α
蜗杆分度圆导 程角γ、蜗轮螺旋 角β必须相等，方 向一致。 两轴间的交错 角等于90°的阿基 米德蜗杆传动正确 啮合时
pt2 = px1 pt2 = mt2π、 px1 = mx1π
mx1
=
mt2
αx1 =αt2
2α
中间平面
2、蜗杆分度圆直径d1和分度圆导程角