第十一章蜗杆传动精讲讲课教案
《机械设计基础》课程教案主题11 蜗杆传动
主题11蜗杆传动一、教学目标1、能计算蜗杆传动的几何尺寸2、掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则3、了解蜗杆传动特点、类型及主要参数4、掌握蜗杆传动几何尺寸的计算5、掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则二、课时分配本章绪论共 5 个单元，本章安排 6个学时。
其中理论学时 5 个学时，实践学时 1 个学时。
三、教学重点蜗杆传动的失效形式和设计准则四、教学难点蜗杆传动的主要参数五、教学内容单元1 蜗杆传动的类型和特点1、蜗杆传动的类型2、蜗杆传动的特点单元2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸的计算在蜗杆传动中，规定通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面，称为中间平面。
对于阿基米德蜗杆蜗轮，在主平面内蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。
1、蜗杆传动的主要参数及其选择（1）、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i 传动比i=n1／n2=z1／z2蜗杆头数z1=1、2、4、6（单头，i大，易自锁，效率低，但精度好；多头杆，η↑，但加工困难，精度↓）蜗轮齿数z2=iz1，Z2=27～80（2）、模数和压力角（3）、蜗杆分度圆上的导程角（4）、蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数（5）、标准中心距单元3 蜗杆传动的失效形式材料和结构一、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式有齿面胶合、点蚀、齿根折断及磨损二、蜗杆传动的材料和结构单元4 圆柱蜗杆传动的受力分析及强度计算一、圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆与蜗轮轮齿上各方向判断如下。
①圆周力Ft 的方向。
主动轮圆周力Ft1方向与其节点速度方向相反，从动轮圆周力Ft2方向与其节点速度方向相同。
②径向力Fr的方向。
由啮合点分别指向各自轴心。
③轴向力Fa 的方向。
蜗杆主动时，蜗杆轴向力Fa1的方向由“主动轮左、右手定则”判定，即右旋蜗杆用右手（左旋蜗杆用左手），四指顺着蜗杆转动方向弯曲，大拇指指向即蜗杆轴向力Fa1的方向。
二、圆柱蜗杆传动的强度计算单元5 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率由式η1=tanγ/tan（γ+ρv）可知，η1随ρv的减小而增大，而ρv与蜗杆、蜗轮的材料、表面质量、润滑油的种类、啮合角以及齿面相对滑动速度有关。
蜗杆传动教案范文
蜗杆传动教案范文教案：蜗杆传动【教学目标】1.了解蜗杆传动的基本原理和组成结构；2.掌握蜗杆传动的优点和应用范围；3.能够用蜗杆传动解决实际问题。
【教学重点】1.蜗杆传动的基本原理和组成结构；2.蜗杆传动的优点和应用范围。
【教学难点】蜗杆传动的优点和应用范围的深入理解。
【教学方法】1.讲解与演示相结合的方法；2.案例分析和讨论。
【教学过程】【Step 1】导入与目标检测（5分钟）教师通过引入一个实际应用问题，如机械手臂的控制，让学生思考如何实现这一过程。
然后引导学生讨论可能的传动方式，并引出蜗杆传动。
【Step 2】蜗杆传动的基本原理（15分钟）1.教师通过图示和实物展示蜗杆传动的基本原理，解释蜗杆的构造和工作方式。
2.引导学生分析蜗杆传动的工作原理，包括蜗杆与蜗轮之间的接触、相对运动和传递转矩的过程。
【Step 3】蜗杆传动的组成结构（20分钟）1.教师讲解蜗杆传动的组成结构，包括蜗杆、蜗轮、轴承等。
2.教师通过实物展示和图示，让学生了解蜗杆传动的实际构造。
【Step 4】蜗杆传动的优点和应用范围（20分钟）1.教师讲解蜗杆传动的优点，如传递大功率、承载能力强、平稳运行等。
2.引导学生思考蜗杆传动的应用范围，如机械工程、电气工程、航天工程等。
【Step 5】案例分析与讨论（20分钟）1.教师提供一个实际应用案例，让学生通过蜗杆传动解决问题。
2.学生分组讨论，并在讨论中解决问题。
3.学生展示自己的解决方案，并进行讨论和反思。
【Step 6】小结与延伸（10分钟）1.教师对本节课的内容进行小结，并再次强调蜗杆传动的优点和应用范围。
2.教师提供一些延伸问题，让学生进一步思考和学习。
【Step 7】作业布置（5分钟）布置作业：要求学生选择一个机械设备，探究其传动部分是否采用蜗杆传动，并分析其原因和优点。
【教学反思】本节课通过引入实际问题，让学生在思考中获得对蜗杆传动的认识。
在讲解蜗杆传动的原理和结构时，结合图示和实物展示，使得学生能够更加直观地理解。
第十一章蜗杆传动000002
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
车制蜗杆,端面齿廓为延伸渐开线，法面 齿廓为直线。
非线性螺旋 齿面蜗杆。 不能在车床 上加工，只 能在铣床上 铣制并在磨 床上磨削。
锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）
圆弧圆柱蜗杆(zc蜗杆）
蜗杆的螺旋面用刃边为凸圆弧形的刀具切成， 蜗轮用范成法制造。 蜗杆凹圆弧——蜗轮凸圆弧
蜗杆体在轴向 的外形是以凹 圆弧为母线所 形成的旋转曲 面
蜗杆分类－－按形状
ZA型:阿基米德蜗杆
ZI型:渐开线蜗杆
普通圆柱蜗杆
ZN型:法向直廓蜗杆
圆柱蜗杆
ZK型:锥面包络蜗杆
圆弧圆柱蜗杆
环面蜗杆
锥蜗杆
阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）
车制蜗，它相当于一个少 齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋 角的渐开线圆柱斜齿轮。
环面蜗杆传动
锥蜗杆传动
蜗杆由在节 锥上分布的 等导程的螺 旋所形成
普通圆柱蜗杆传动
中间平面：通过蜗杆轴线，垂直于蜗轮轴线的平面。 即：蜗杆轴面 蜗轮端面 相当于：斜齿条——斜齿轮传动
pa
tgγ px z1 pa z1m z1
π d1 d1 d1 q
蜗杆传动的变位
普通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸 计算关系式见表11-3
→右旋
蜗轮右旋
vS
v1
cos
d1n1
60 1000 cos
冷却方式： （a）风扇冷却 （b）冷却水管冷却 （c）压力喷油润滑冷却
蜗杆结构形式：
a）结构无退刀槽用铣制方法加工螺旋部分 b)结构有退刀槽可用车制、铣制方法加工螺旋部分
蜗杆与蜗轮 旋向相同
Ft1 Fa2 2T1 d1
Fa1 Ft2 2T2 / d2 Fr1 Fr2 Ft2 tan
第11章 蜗杆传动(第11章)
4.导程角：
px
pZ
d1
pz z1 p x z1 m z1 tg d 1 d 1 d 1 q p z 导程; p x 轴向齿距
10
蜗杆分度圆d1，导程角和直径系数q关系：
d q 1 （1） m
tg
zp pz z m z1 1 x 1 d1 d1 d1 q
5
§
法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）
法面齿廓为直线
6
渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 效率高； 传递功率 较大
端面齿廓为渐开线
7
§11. 2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸 在中间平面，普通圆柱蜗杆 传动相当于齿轮和齿条的啮合， 设计时以中间平面的参数为基准。
一、蜗杆传动的主要参数 1.模数m和压力角：在中间平面，即 蜗杆轴平面与蜗轮端面的m和压力角相等 且为标准值。
11
5.中心距a：
1 m a ( d1 d 2 ) ( q z 2 ) 2 2
6.传动比i：
n1 z2 d2 i ( ) n2 z1 d1
12
§ 二、蜗轮的变位 蜗杆传动变位的特点 ：为了保持刀具尺寸不
变，不能改变蜗杆的尺寸，因而常对蜗轮进行变位。
（1）变位前后，蜗轮齿数不变，改变中心距：
有散热片时： 油的温升：
a A 0.33 100
1.75
（a－传动的中心距）
1000 P1 (1 ) ＜55～70℃ t t1 t0 hA
27
热平衡计算2
蜗杆传动的散热措施
自然冷却的热平衡温度过高时，可采用以下措施：
1） 在箱体外表面加散热片以增大散热面积。 2）在蜗杆轴端加装风扇以加速空气流通。 3）在油池内安装冷却管路。 4）采用压力喷油循环润滑（安装散热器） 。
第11章蜗杆传动
蜗杆传动的特点、类型及应用
11.1.2 蜗杆传动的特点
1．传动比大 在蜗杆传动中，传动比为蜗轮齿数与蜗杆线数之比：
n1 z 2 i12 n2 z1
（11-1）
通常蜗轮齿数z2=32~80，而蜗杆线数z1=1、2、4、6，故蜗杆 传动的传动比大，而且结构紧凑。 2．传动平稳 因为蜗杆是一个与梯形螺纹相同或相似的连续螺杆，所以与蜗 轮的啮合也是连续的，使得传动平稳，无噪声。 3．效率较低 普通圆柱蜗杆传动在啮合处有较大的相对滑动速度，因而摩擦 损耗大，发热和磨损严重，传动效率低，在自锁时效率仅为0.4~0.5。 为了减摩耐磨，蜗轮常采用贵重的青铜材料制造，蜗杆则多淬硬后 进行磨削，成本较高。
图11-6所示为阿基米德圆柱蜗杆传动的啮合情况。通过蜗杆轴 线并与蜗轮轴线垂直的平面，称为蜗杆传动的中间平面。中间平面 对于蜗杆是轴面；对于蜗轮则是端面。蜗杆传动的计算与加工均以 中间平面上的参数和尺寸为基准。在中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮 合可视为齿条与渐开线齿轮的啮合。因此，蜗杆传动的正确啮合条 件是：蜗杆的轴面模数ma1和轴面压力角αa1，应该分别等于蜗轮的 端面模数mt2和端面压力角αt2；当交错角为90°时，蜗杆的分度圆 柱导程角γ应该等于蜗轮的螺旋角β，且两角旋向相同。即
i
n1 z2 d2 n2 z1 d1 tan
（11-5）
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机械设计基础
Machine Design Foundation
蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
需要注意的是，蜗杆传动的传动比不等于蜗轮与蜗杆的直径之 比。蜗杆传动减速装置传动比的公称值为：5，7.5，10，12.5，15， 20，25，30，40，50，60，70，80。其中，10，20，40，80为基 本传动比。 例11-1 已知某蜗杆传动，m=8mm，q=10，z1=2，z2=43，ha*=1， c*=0.2。试求蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸。 解： 按表11-2计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸。 ①蜗杆主要几何尺寸 蜗杆分度圆直径 d1=mq=8×10=80mm 蜗杆齿顶圆直径 da1= d1+2ha=（q+2）m=（10+2）×8=96mm 蜗杆齿根圆直径 df1= d1-2hf=（q-2.4）m=（10-2.4） ×8=60.8mm 蜗杆导程角 蜗杆轴向齿距 pa1=πm=3.1416×8=25.133mm ②蜗轮主要几何尺寸 蜗轮分度圆上螺旋角 β=γ=11°18´36″
第十一章蜗杆传动
\ 减少磨损, 胶合的机率
★ 加工蜗轮滚刀与蜗杆相似 中圆直径＝ｄ1 齿顶高=齿根高
(三) 蜗杆传动的特点
优点: 1.ｉ很大，一般ｉ＝7～80, 分度ｉ＝500 2. 传动平稳, 噪音低 3.可自锁, 结构紧凑
缺点: 1.Ｖs大→效率低, 发热大→可自锁时η＜50％ 2.需贵重金属→价高 3.不宜用于大功率长期工作
C*=0.2
2.具有螺旋传动的特点
tg Z1 pa1 Z1m Z1m
d1
d1
d1
自锁条件: γ ≤ρ′(当量摩擦角)
效率:
tg tg( )
pa1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Z1 pa1
d1
3.具有齿轮传动的特点→齿条与斜齿轮啮合 受力分析相同 传动比计算同： ｉ＝Ｚ2／Ｚ1≠ｄ2／ｄ1 强度计算仿斜齿轮
(一)蜗杆传动的类型:
取决于蜗杆
按┌ 圆柱蜗杆┌ 阿基米德蜗杆传动（ＺＡ）
蜗│ 传动 │ 渐开线蜗杆传动（ＺＩ）
杆│
│ 法向直廓蜗杆传动（ＺＮ）
的│
└ 锥面包络蜗杆传动（ＺＫ）
形│ 环面蜗杆传动
状└ 锥蜗杆传动
(二) 蜗杆的形成
导程角 →轮齿方向与端面的夹角
螺旋角β→轮齿方向与轴线的夹角
1.外形: 蜗杆→短螺杆 蜗轮→特殊的斜齿轮 →螺母的一部分
第 十一章 蜗 杆 传 动
本章内容：蜗杆传动的类型，基本参数和几何尺 寸，失效形式，受力分析，强度计算
本章重点：受力分析，参数和强度计算特点
学习方法: 与齿轮传动比较，抓住不同的 ⑴ 传动的特点 ⑵ 参数尺寸特点 ⑶ 材料和结构特点 ⑷ 受力特点 ⑸ 强度计算特点
第十一章 蜗杆传动
3. 相对速度较大，效率较低，摩擦磨损较严重，不适用于大功率 长期连续工作。 4.为防止或减轻磨损及胶合，常用青铜等贵重金属制造蜗轮，成 本高。 5. 为了避免过热，需要良好的润滑条件和散热装置。 6．反行程自锁，如铸工车间运铁水包的升降机构。
第二节 阿基米德圆柱蜗杆传动
一、 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 蜗轮蜗杆啮合时， 通过蜗杆轴线并垂 直于蜗轮轴线的平 面被称为中间平面 或主平面。 在中间平面上与阿基米德蜗杆相配的蜗轮是渐开线 齿廓，蜗杆与蜗轮的啮合传动相当于齿条与齿轮的传 动，因此，中间平面是蜗杆传动设计计算的基准面。
d1 q m
5．蜗杆头数 z 1 和蜗轮齿数 z 2
由传动比并考虑效率来选定。一般为 z1 =1~4。
①传递运动，要求传动比大， z1 取小值。
②传递动力 ， z1取大值 ，传动效率和承载能力高；但太多， 蜗杆加工困难。 蜗轮齿数 z2 应根据传动比 i 和 z1 选取。不宜大于80。
6．传动比 i 和齿数比
蜗杆传动的变位图
（ a）
（a）凑中心距 a （c）凑中心距
（ b）
（ c）
； （b）不变位 。
a ， x2 0
， x2 0
x0
；
a a
2．调整传动比
设变位前后蜗轮的齿数分别为
z2 和 z 2
1 1 则有 a mq z 2 a mq 2 x z 2 2 2
求导并令其导数为零，得到当 45 对 在 40 左右时 1 有最大值。 即
tan 由公式 1 tan v
v
2
时
蜗杆传动 的效率与导 程角的关系
蜗轮传动的自锁现象：
tan v 蜗轮主动时 1 tan
蜗杆传动教案
蜗杆传动教案教案标题：蜗杆传动教案教案目标：1. 了解蜗杆传动的基本原理和应用领域。
2. 掌握蜗杆传动的优缺点以及与其他传动方式的比较。
3. 理解蜗杆传动的组成部分及其工作原理。
4. 学会计算蜗杆传动的传动比和效率。
5. 能够应用蜗杆传动解决实际问题。
教学步骤：1. 导入（5分钟）- 引入蜗杆传动的概念，提出问题：你知道什么是蜗杆传动吗？它有哪些应用？ - 学生回答问题并进行简要讨论。
2. 知识讲解（15分钟）- 介绍蜗杆传动的基本原理和应用领域。
- 讲解蜗杆传动的优缺点，与其他传动方式的比较。
- 分析蜗杆传动的组成部分及其工作原理。
3. 计算练习（20分钟）- 给学生提供一些蜗杆传动的实际问题，要求他们计算传动比和效率。
- 学生独立完成计算，并与同桌讨论解题思路。
- 部分学生上台讲解解题过程，并与全班共同讨论。
4. 实例分析（15分钟）- 提供一个实际案例，要求学生分析并设计蜗杆传动方案。
- 学生小组合作完成分析和设计，并向全班展示他们的方案。
- 全班共同讨论各组方案的优缺点。
5. 拓展应用（10分钟）- 引导学生思考蜗杆传动在其他领域的应用，并讨论其优势和限制。
- 鼓励学生自主学习和探索更多蜗杆传动的应用案例。
6. 总结与评价（5分钟）- 总结蜗杆传动的基本原理和应用领域。
- 学生互评课堂表现，教师进行总体评价。
教学资源：1. PowerPoint演示文稿，用于知识讲解和案例分析。
2. 实际案例材料，用于学生分析和设计蜗杆传动方案。
3. 计算练习题，用于学生练习计算传动比和效率。
评估方式：1. 计算练习的答案和解题过程评估。
2. 实际案例分析和设计方案的评估。
3. 学生参与度和表现的评估。
教案特点：1. 结合理论知识和实际应用，注重培养学生的解决问题的能力。
2. 强调学生的合作学习和交流能力，鼓励思考和探索。
3. 通过实例分析和拓展应用，拓宽学生对蜗杆传动的认识和理解。
教案建议和指导：1. 在讲解蜗杆传动的原理时，可使用图示或动画等辅助工具，提高学生的理解和记忆效果。