第11章 蜗杆传动
过程装备基础 第11章 齿轮传动与蜗杆传动
rb2 ’
ra2
2 OO 2 2
24
啮合线
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25
11.5
斜齿圆柱齿轮传动
11.5.1 斜齿圆柱齿轮的形成及其传动特点
(1)齿廓曲面的形成 基圆柱上的螺旋角： b 分度圆柱上的螺旋角：
发生面 K K A 发生面 发生面 K
渐开线 ？端面齿形
b
K
A
B
A B
A
直齿轮齿廓曲面的形成
40
(5)齿面塑性变形
原因：用软钢或其它较软的材料制造的齿轮在重 载下工作。 条件：低速、起动频繁和瞬时过载。 现象：渐开线形状被破坏，瞬时传动比不恒定。 措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油。
41
11.6.2 齿轮材料及热处理 (1)齿轮材料
45号钢 中碳合金钢 金属材料 低碳合金钢 最常用，经济、货源充足 40Cr、40MnB、35SiMn等 20Cr、20CrMnTi等
* 齿根圆直径 d f d 2hf ( z 2ha 2c* )m
基圆直径 db d cos mzcos
p m 齿距 齿厚与槽宽 s e m / 2
基圆齿厚
pb db / z mzcos / z m cos p cos
43
(3)按齿面硬度分类
软齿面( HBS≤350)齿轮:
主要失效形式：齿面点蚀。 应用：多用于中、低速传动。 热处理：调质或正火处理，热处理后再进行轮齿的精切。
硬齿面( HBS>350)齿轮:
主要失效形式：齿根弯曲疲劳折断。 应用：高速、中载、无猛烈冲击的重要齿轮。
热处理：中碳钢经表面淬火处理或用低碳钢经表面渗碳淬火处理。
11第11章蜗杆传动2005
§4 蜗杆传动的效率、润滑 及热平衡计算
一、传动效率
功耗 —— 啮合摩擦、轴承摩擦、溅油损耗
总效率： 1 2 3
一般： 2 3 0.95 ~ 0.96
加工方便，应用广，精度不高。
阿
基
米
γ≤3°
德 蜗
杆
(ZA)
γ＞3°
➢ 渐开线蜗杆 （ZI）
齿廓形状：中间平面齿廓 —— 凸廓 端面齿廓 —— 渐开线
加 工： 车削（刀刃顶面与基圆柱相切）， 可磨削，加工精度高。
➢ 法向直廓蜗杆 （ZN） 齿廓形状： 法面齿廓 —— 直线
端面齿廓 —— 延伸渐开线 加 工： 车削（切削刃顶面过其法面）
喷油润滑 压力喷油润滑 润滑方式选择： 由 Vs 查表11－21确定
三、热平衡计算
热平衡计算原因：Vs↑，发热↑，
热平衡计算准则：单位时间内，发热量H1≤散热量H2
发热量 — 摩擦功耗 ：
H1 = 1000P（1- η） 散热量：
H2 =αd S（t0 – ta） t0 – 油的工作温度；ta — 环境温度； αd — 传热系数； S — 散热面积。
§ 1 蜗杆传动的类型和特点
一、蜗杆传动的特点：
１、速比大：i = 5～80， 仪表中：i =1000；
２、冲击载荷小，传动平稳，噪声低；
３、相对滑动速度大， Vs=V1/cosγ＝V2/sinγ
V2 Vsγ V1
2 1
n1
4、效率低 (单头：η＝80％) ，
5、可自锁（γ＜φν），此时η＜50％
第十一章蜗杆传动
β1 γ1
px1
l
γ
d
πd1
蜗杆传动的效率与导程角有关，导程角大，传动效率高；导程角小， 传动效率低。当传递动力时，要求效率高，通常取γ=15°~30°，此时 应采用多头蜗杆。若蜗杆传动要求具有自锁性能时，通常取导程角
2302.50/03/2~04.50的单头蜗杆。
v arctafvn, fv为当量摩
根据相对滑动速度、载荷类型等参考表11-7选择。
三、热平衡计算
2020/3/20
蜗杆传动转化为热量所
消耗的功率 P S
P S 1000 （ 1 - ） P1
经箱体散发热量的相当
功率 Pc 为
P C k s A (t1 t0 )
达到平衡时，
P S P C ，则 t1的计算公式为：
2020/3/20
§11—1 蜗杆传动概述
1 组成：主要由蜗杆和蜗轮组成
2 功用：传递两交错轴之间的运动和动力，常常∑＝90°
3 结构：
4
蜗杆类似于螺杆，也可看成是齿
数 很少的宽斜齿轮，在交错轴斜齿轮
中，当小齿轮的齿数很少（如z1=1）而且 β1很大时，轮齿在圆柱体上构成多圈完 整的螺旋.在此将β1称为导程角γ， 蜗 杆有左旋和右旋之分，除特殊要求之外，
分析： m一定时，q越小导程角γ越大，传动效率越高，但蜗杆的强度、 刚度降低。因此在蜗杆轴刚度允许的情况下，设计蜗杆传动时，要求 传动效率高时q选小值；要求强度和刚度大时q取大值.
5 中心距：
ad1d2 2
m 2(qz2)
2020/3/20
ω2
r2 r1
p a ω1
二、蜗杆传动的几何尺寸
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
机械设计课件第11章蜗杆传动
02
蜗杆传动的原理
蜗杆传动的运动关系
蜗杆传动是一种通过蜗杆和蜗轮 之间的啮合来传递动力的传动方
式。
在蜗杆传动中，蜗杆作为主动件 ，蜗轮作为从动件，通过两者的
配合实现动力的传递。
蜗杆传动的运动关系包括蜗杆和 蜗轮的轴向、周向和空间位置关 系，这些关系决定了传动的准确
性和稳定性。
蜗杆传动的效率
蜗杆传动的效率是指传递动力的 有效程度，通常用传动效率来衡
安全系数校核
根据强度计算结果，确定安全系数，确保蜗 杆的安全运行。
05
蜗杆传动的维护与保养
蜗杆传动的润滑
润滑剂选择
根据蜗杆传动的工况和使用要求 ，选择合适的润滑剂，如润滑油
或润滑脂。
润滑方式
确定合适的润滑方式，如定期手动 润滑、自动润滑或浸油润滑，以确 保蜗杆传动得到充分润滑。
油位检查与补充
定期检查油位，及时补充润滑油或 润滑脂，保持油位的正常。
保证蜗杆传动的长期稳 定运行，减少振动和磨
损。
紧凑性
在满足功能需求的前提 下，尽量减小蜗杆的尺
寸和重量。
可靠性
选用优质材料和先进的 工艺，提高蜗杆的耐用
性和可靠性。
蜗杆的参数选择与计算
模数与压力角
根据传动比和功率要求，选择 合适的模数和压力角。
蜗杆头数与直径系数
根据传动效率和刚度要求，确 定蜗杆的头数和直径系数。
实例三：工业生产线上蜗杆传动的应用与优化
总结词：高可靠性
详细描述：在工业生产线上，蜗杆传动被广泛应用于各种设备和装置。为了确保高可靠性和长寿命， 设计者对蜗杆传动进行了全面的优化设计，包括提高蜗杆的刚度和耐磨性、优化传动系统的布局等。
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蜗杆传动(简)
S——散热面积(m2), 指箱体外壁与空气接触而内壁被油
飞溅到的箱壳面积。对于箱体上的散热片，其散热 面积按50%计算。 1000P1(1-η ) 由热平衡条件H1=H2, 得：t0=ta+ αdS 保持工作温度所需散热面积 1000P1(1-η ) S = m2 α d ( t 0 - t a)
2
mm3
[ςF] ——许用弯曲应力；
YFa2 ——为蜗轮齿形系数，按当量齿数zv=z/cos3γ
以及蜗轮变位系数选取。 Yβ ——为螺旋角影响系数， Yβ =1γ/140˚
3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 齿顶变尖极限
4. 蜗杆头数z1 通常取 z1=1 2 4 6 5. 蜗杆的导程角γ 蜗杆旋向：左旋、右旋(常用) 将分度圆柱展开得 tanγ1=l/πd1 ＝z1pa1/πd1 ＝mz1/d1 ＝z1/q
6. 传动比 i 和齿数比 u n1 z2 传动比 i = — = — = u 齿数比 n2 z1 若想得到大 i , 可取： z1=1，但传动效率低。 对于大功率传动 , 可取： z1=2，或 4。 7. 蜗轮齿数z2 蜗轮齿数 z2= i z1 为避免根切，增大啮合区 z2≥28 一般情况 z2≤80 z2过大 → 结构尺寸↑ → 蜗杆长度↑ → 刚度、啮合精度↓ 8. 蜗杆传动的标准中心距 a＝(d1+d2)/2 ＝m(q+z1)/2
蜗轮蜗杆作业题与答案
第十一章 蜗杆传动 作业题 答案一、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z l=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。
4．闭式蜗杆传动的功率损耗，一般包括三个部分：啮合功率损耗、轴承摩擦损耗和搅油损耗。
5．蜗杆传动设计中，通常选择蜗轮齿数z2>26是为了保证传动的平稳性，z2<80是为了防止蜗轮尺寸过大引起蜗杆跨距大或蜗杆的弯曲刚度过低。
6．蜗杆传动中，蜗杆导程角为γ，分度圆圆周速度为v1，则其滑动速度vs为v l／cosγ，它使蜗杆蜗轮的齿面更容易产生磨损和胶合。
7．有一普通圆柱蜗杆传动，已知蜗杆头数zl=1，蜗杆轮齿螺旋线方向为右旋，其分度圆柱上导程角γ=5°42’38"，蜗轮齿数z2=45，模数m=8 mm，压力角α=20°，传动中心距a=220 mm，则传动比i= 45 ，蜗杆分度圆柱直径dl= 80 mm，蜗轮轮齿螺旋线方向为右，其分度圆螺旋角β= 5°42’38" 。
8．减速蜗杆传动中，主要的失效形式为轮齿点蚀、弯曲折断、齿面胶合和磨损，常发生在蜗轮轮齿上。
9．对闭式蜗杆传动，．通常按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计，而是按蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行校核；对于开式蜗杆传动，则通常只需按蜗轮齿根弯曲疲劳强度进行设计。
10．在圆柱蜗杆传动的参数中，模数m 和压力角及特征系数q为标准值，齿数z l、z2和中心距必须取整数。
第十一章蜗杆传动问答题
问答题1.问：按加工工艺方法不同，圆柱蜗有哪些主要类型？各用什么代号表示？答：阿基米德蜗杆〔ZA蜗杆〕﹑渐开线蜗杆〔ZI蜗杆〕﹑法向直廓蜗杆〔ZN蜗杆〕﹑锥面包络蜗杆〔ZK蜗杆〕。
2.问：简述蜗杆传动变位的目的，特点。
答：变位的目的一般是为了凑中心距或传动比，使符合一定的设计要求。
变位后，被变动的是蜗轮尺寸，而蜗杆尺寸不变；变为后蜗杆蜗轮啮合时，蜗轮节圆与分度圆重合，蜗杆分度圆和节圆不再重合。
3.问：分析影响蜗杆传动啮合效率的几何因素。
答：蜗杆的头数Z1，蜗杆的直径系数q﹑蜗杆分度圆直径〔或模数﹑Z1﹑q〕。
4.问：蜗杆分度圆直径规定为标准值的目的是什么？答：为了减少蜗轮刀具数目，有利于刀具标准化。
5.问：蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要是针对什么来进行的？答：主要是针对蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯曲强度进行的。
6.问：阿基米德蜗杆与蜗轮正确啮合的条件是什么？答：1）蜗杆的轴向模数ma1=蜗轮的端面模数mt2且等于标准模数；2）杆的轴向压力角αa1=蜗轮的端面压力角αt2且等于标准压力角；3）蜗杆的导程角γ=蜗轮的螺旋角β且均可用γ表示，蜗轮与蜗轮的螺旋线方向相同。
7.问：为什么连续传动的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？答：由于蜗杆传动效率低，工作时发热量大。
在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。
所以进行热平衡计算。
8.问：如何确定闭式蜗杆传动的给油方法和润滑油粘度？答：润滑油粘度及给油方法，一般根据蜗杆传动的相对滑动速度及载荷类型来确定。
9.问：蜗杆通常与轴做成一个整体，按蜗杆螺旋部分的加工方法如何分类？答：按蜗杆螺旋部分的加工方法可分为车制蜗杆和铣制蜗杆。
10.问：闭式蜗杆传动的主要失效形式是什么？答：点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损。
选择题1、动力传动蜗杆传动的传动比的范围通常为＿＿。
A、<1B、1~8C、8~80D、>80~1202、与齿轮传动相比，＿＿不能作为蜗杆传动的优点。
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4. 为了凑中心距或改变传动比，可采用变位蜗杆传动，这时（）
A.仅对蜗杆进行变位 B.仅对蜗轮进行变位 C.同时对蜗杆、蜗轮进行变位
5. 阿基米德蜗杆的（）模数，应符合标准数值
A.法向 B.端面 C.轴向
6.蜗杆传动中，齿面在啮合节点处的相对滑动速度Vs等于_____。
A 凑中心距 B 变传动比 C 增加传动自锁性 D 少摩擦磨损 E 避免根切 F 传动承载能力
（1）1个 （2）2个 （3）3个 （4）4个 （5）5个
10.蜗杆传动的失效形式与_____因素关系不大。
（1）蜗杆传动副的材料 （2）蜗杆传动的载荷性质 （3）蜗杆传动的滑动速度
（4）蜗杆传动副的加工方法 （5）蜗杆传动的散热条件
第11章 蜗杆传动
一、判断题
1. 阿基米德蜗杆传动因为比齿轮传动结构紧凑，所以更适用于大功率、连续传动的场合。
A.正确 B.错误
2. 计算蜗轮轮齿弯曲强度时，可直接按斜齿圆柱齿轮的计算公式进行计算。
A.正确 B.错误
3. 设计蜗杆传动，只需对蜗轮轮齿进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度计算，其计算方法与圆柱齿轮相同。
（1）V1/sinλ （2）V1/cosλ （3）V1/tgλ
7.在蜗杆传动中，其他条件相同，若增加蜗杆头数，则滑动速度_____。
（1）增加 （2）减小 （3）不变 （4）可能提高，也可能减小
8.蜗杆传动中，已知蜗杆头数Z1=1，模数m=6mm，蜗杆特性系数12，蜗轮齿数Z2=40，转速n2=50 r/min，则蜗杆传动啮合节点之间的相对滑动速度Vs等于_____m/s。
（1）1.8. 蜗杆传动中，已知蜗杆头数Z1=2，模数m=5mm，升角λ=10°18′17″，转速n1=1000 r/min，则蜗杆传动啮合节点之间的相对滑动速度Vs等于＿＿m/s。
（1）2.93 （2）1.93 （3）1.52 （4）0.5320.在生产实际中采用变位蜗杆传动，可达到下列目的中的_____个目的。
三、分析影响蜗杆传动啮合效率的几何因素。
四、阿基米德蜗杆与蜗轮正确啮合的条件是什么？
五、为什么连续传动的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？
六、闭式蜗杆传动的主要失效形式是什么？
11.蜗轮齿面的接触强度与_____无关。
（1）蜗轮齿圈材料 （2）模数 （3）滑动速度 （4）蜗杆螺旋面的硬度及粗糙度
12.对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了_____。
（1）防止润滑油受热后膨胀外溢，造成环境污染 （2）防止润滑油温度过高后使润滑油条件恶化
（3）防止蜗轮材料在高温下机械性能下降 （4）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏
A.蜗轮齿数 B.蜗轮分度圆直径 C.蜗杆头数 D.蜗杆分度圆直径
2. 蜗杆传动中，轮齿承载能力的计算主要是针对（）来进行的
A.蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度 B.蜗杆齿面接触强度和蜗杆齿根抗弯强度 C.蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度 D.蜗轮齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度
3. 根据蜗杆螺旋面的形成原理和加工方法，（）磨削困难
A.正确 B.错误
4. 规定蜗杆分度圆直径d1或蜗杆直径系数q为标准值是为了有利于蜗杆传动中心距的标准化。
A.正确 B.错误
5. 对于各种材料（ZCuSn10P1、ZCuAl10Fe3、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。
A.正确 B.错误
二、单项选择题
1. 为了减少蜗轮滚刀型号，有利于刀具的标准化，规定（）为标准值