《机械设计基础》第五版蜗杆传动

1、机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动 第第1212章章 蜗杆传动蜗杆传动学习目标：学习目标： 1 1、了解蜗杆传动的应用特点；、了解蜗杆传动的应用特点； 2 2、掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数；、掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数； 3 3、掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料；、掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料； 4 4、掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析及强度计算方法；、掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析及强度计算方法； 5 5、了解蜗杆传动的散热方法。、了解蜗杆传动的散热方法。重点内容：重点内容： 1 1、掌

2、握蜗杆传动的失效形式及设计准则；、掌握蜗杆传动的失效形式及设计准则； 2 2、掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析。、掌握普通圆柱蜗杆传动的受力分析。机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动 12.1 12.1蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动的特点和类型 蜗杆传动的工作原理蜗杆传动的工作原理 蜗杆传动是依蜗杆传动是依靠形似螺杆的蜗杆靠形似螺杆的蜗杆与形似斜齿轮的蜗与形似斜齿轮的蜗轮相互啮合来传递轮相互啮合来传递动力和运动的动力和运动的。蜗杆（主动）蜗杆（主动）蜗轮（从动）蜗轮（从动）机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动1.1.用于传递空间交错轴之用于传递空间交错轴之间

3、的运动和动力间的运动和动力2.2.通常通常蜗杆蜗杆主动，用于减速主动，用于减速单级传动比大、结构紧凑；单级传动比大、结构紧凑；传动平稳传动平稳、噪声和振动小；、噪声和振动小；适当选取蜗杆传动参数，可适当选取蜗杆传动参数，可以实现反行程自锁等。以实现反行程自锁等。传动效率低，一般只有传动效率低，一般只有0.700.92，当有自，当有自锁时其效率低于锁时其效率低于0.5；需用较贵重的有色金属制造需用较贵重的有色金属制造蜗轮。蜗轮。机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动三、应用三、应用减速装置减速装置分度机构分度机构微动装置微动装置机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗

4、杆传动蜗杆传动蜗杆传动的类型的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆圆弧齿圆柱蜗杆阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆延伸渐开线蜗杆1.按蜗杆形状分：按蜗杆形状分：机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动2.2.按旋向分：左旋、右旋按旋向分：左旋、右旋旋向（蜗杆蜗轮啮旋向（蜗杆蜗轮啮合时）合时） ： 蜗杆右旋蜗杆右旋蜗轮也蜗轮也是右旋是右旋蜗杆左旋蜗杆左旋蜗轮也蜗轮也是左旋是左旋右旋蜗杆右旋蜗杆左旋蜗杆左旋蜗杆机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动3 3、按蜗杆头数分

5、、按蜗杆头数分单头蜗杆：单头蜗杆：i，自锁性，自锁性，多头蜗杆：相反多头蜗杆：相反多头蜗杆多头蜗杆Z Z1 1 =1 =1Z Z1 1 =2,4,6 =2,4,6单头蜗杆单头蜗杆机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动4 4、蜗轮、蜗杆转向的判定蜗轮、蜗杆转向的判定手向判定法则：手向判定法则： 四指握住蜗杆转向，则蜗轮转向与拇指向相反！四指握住蜗杆转向，则蜗轮转向与拇指向相反！右旋蜗杆：右旋蜗杆：右手法则右手法则左旋蜗杆：左旋蜗杆：左手法则左手法则机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动n2n2机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动试判断蜗轮或

6、蜗杆的转（旋）向。试判断蜗轮或蜗杆的转（旋）向。机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动 机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动一一 主要参数主要参数1 1、模数、模数m、压力角、压力角 机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动标准压力角标准压力角 = 20 标准模数标准模数m 查表查表正确啮合条件正确啮合条件 ma1 = mt2 = m a1 = t2 = =20 = ZA蜗杆的标准值取在轴面上；ZN、ZI、ZK蜗杆的标准值取在法面上，轴面和法面压力角的关系为：costantanna机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动2、

7、蜗杆分度圆直径、蜗杆分度圆直径d1和和直径系数直径系数q为了限制滚刀数目为了限制滚刀数目 d1标准化（见表标准化（见表5-2） 因因d1和和m 均为标准值，故均为标准值，故q 为导出值，不一定为导出值，不一定是整数。对于动力蜗杆传动，是整数。对于动力蜗杆传动， q 值均为值均为718；对；对于分度蜗杆传动，于分度蜗杆传动， q 值约为值约为1630。机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动3.3.蜗杆头数蜗杆头数z z1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z z2 2z z1 1，自锁，自锁，但效率，但效率； z z1 1，效率，效率，但制造困难。因此，但制造困难。因此，要求传动效率高的蜗

8、杆传动选较多的头数；而要求自锁的蜗杆传，要求传动效率高的蜗杆传动选较多的头数；而要求自锁的蜗杆传动则选单头为宜。动则选单头为宜。蜗杆头数蜗杆头数z1=1、2、4、6机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值传动比传动比iz1z2587161532308064213048286430643080机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动4.蜗杆分度圆柱导程角蜗杆分度圆柱导程角 蜗杆的直径系数蜗杆的直径系数q和蜗杆头数和蜗杆头数z1选定之后，蜗选定之后，蜗秆分度圆柱上的导程角秆分度圆柱上的导程角也就确定了。也就确定了。

9、qzdmzdpzdpaz111111tan分析：当分析：当q值越小（或值越小（或d1越小），升角越小），升角越大，越大，传动效率越高，但蜗传动效率越高，但蜗杆的刚度和强度降低。杆的刚度和强度降低。mdq1机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动121221ddzznni6.6.中心距中心距a2212121zqmdda5.2.35.2.3几何尺寸计算几何尺寸计算( (表表5-4)5-4)12zzu 蜗杆主动时蜗杆主动时: :2112nnizzu机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动12-3 12-3 蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料选择及结构蜗杆传动的失效形式

10、、设计准则、材料选择及结构一一 失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损轮齿折断轮齿折断 由于蜗杆传动中的相对速度较大，效率低，发热由于蜗杆传动中的相对速度较大，效率低，发热量大，所以蜗杆传动的主要失效形式是轮齿的量大，所以蜗杆传动的主要失效形式是轮齿的胶合、胶合、点蚀及磨损点蚀及磨损。 机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动二二 设计准则设计准则 闭式蜗杆传动：胶合、点蚀闭式蜗杆传动：胶合、点蚀 开式蜗杆传动：齿面磨损、轮齿折断开式蜗杆传动：齿面磨损、轮齿折断机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动三三 蜗杆传动的常用材料蜗杆传动的常

11、用材料抗胶合性：抗胶合性：要求匹配材料性质差异大；要求匹配材料性质差异大；减磨性：减磨性：要求材料的摩擦系数小；要求材料的摩擦系数小；耐磨性：耐磨性：要求材料具有较高硬度；要求材料具有较高硬度；机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动 淬火的碳素钢或合金钢淬火的碳素钢或合金钢（要求高硬度并经过磨削）（要求高硬度并经过磨削）蜗杆材料及选择，蜗杆材料及选择，见表见表5-55-5机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动1.1.蜗杆蜗杆结构结构1 1）无退刀槽结构（图）无退刀槽结构（图a) a) 2 2）有退刀槽结构（图）有退刀槽结构（图b) b) 蜗杆的结构蜗杆的结构

12、: :通常与轴制成一体通常与轴制成一体 蜗杆轴蜗杆轴四、蜗杆和蜗轮的结构四、蜗杆和蜗轮的结构机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动2.蜗轮蜗轮结构结构为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：形式如下：机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动12-4 12-4 普通圆柱蜗杆传受力分析普通圆柱蜗杆传受力分析蜗杆传动的受力分析与

13、斜齿圆柱齿轮的受力分析相似。蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相似。指向各自的轮心指向各自的轮心力的方向：力的方向：主动轮用左、右主动轮用左、右手定则手定则从动轮用对应关从动轮用对应关系求系求圆周力：圆周力：径向力：径向力：轴向力轴向力：力的大小：力的大小：216121055. 9nPTiTtgFFFtrr22111212dTFFat22212dTFFtacoscos2n22ndTF机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动例例1机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动例例2图所示为某手动简单起重设备，按图图所示为某手动简单起重设备，按图1 1示方向转动蜗

14、杆，提示方向转动蜗杆，提升重物升重物G G。试求：。试求： 1 1）蜗杆与蜗轮螺旋线方向；）蜗杆与蜗轮螺旋线方向； 2 2）在图上标出啮合点所受诸力的方向；）在图上标出啮合点所受诸力的方向；解题要点：解题要点： （1 1）蜗杆的导程角及蜗轮的螺旋角均为）蜗杆的导程角及蜗轮的螺旋角均为右旋，见图右旋，见图2 2。2 2）啮合点所受各力见图）啮合点所受各力见图2 2。 图图1图图2机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动例例3：如图所示为一蜗杆斜齿轮传动，蜗杆由电动机驱：如图所示为一蜗杆斜齿轮传动，蜗杆由电动机驱动，转动方向、蜗轮螺旋线方向如图所示，当动，转动方向、蜗轮螺旋线方向如

15、图所示，当II轴受力轴受力最小时，试确定斜齿轮最小时，试确定斜齿轮Z4的旋向和转向。的旋向和转向。 解：解： Z4左旋，箭头向下左旋，箭头向下机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动12-5 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算一一 蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点：特点：v强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）原因）v中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，中间平面内相当于齿条与齿轮啮合，蜗轮类似于斜齿轮蜗轮类似于斜齿轮 蜗轮齿面的接触强度计蜗轮齿面的接触强度计算与斜齿轮相似，仍以赫兹算与斜齿轮相似，仍以赫兹公式为基础。以蜗轮蜗杆的公式

16、为基础。以蜗轮蜗杆的节点处啮合相应参数代入即节点处啮合相应参数代入即可。可。蜗轮齿面接触疲劳强蜗轮齿面接触疲劳强度校核公式：度校核公式：2H3AEHK TZ Za 蜗轮齿面接触疲劳强蜗轮齿面接触疲劳强度度设计计算公式：设计计算公式：232EAHZ ZaK T 机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动参数说明：参数说明：a 中心距中心距 ZE材料的弹性系数材料的弹性系数Z Z-接触系数，用以考虑当量曲率半径的影响接触系数，用以考虑当量曲率半径的影响( (图图12-11)12-11)。kA 使用系数，使用系数， kA =1.11.4H H 许用接触应力许用接触应力( (表表12-4

17、)12-4)机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动二二 蜗轮齿根弯曲强度计算蜗轮齿根弯曲强度计算 2FFa2121.53cosAFK TYd d m 当蜗轮齿数过多（当蜗轮齿数过多（z290）, m 时时, 可能出现轮可能出现轮齿折断齿折断221Fa221.53AFK Tm dYz cos 蜗轮齿根弯曲疲劳强度蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核公式：校核公式：蜗轮齿根弯曲疲劳强度蜗轮齿根弯曲疲劳强度设设计计算公式：计计算公式：Y YFa2 Fa2 -为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮为蜗轮齿形系数，按当量齿数以及蜗轮 变位系数选取变位系数选取, , 图图11-811-8。F F-许用弯

18、曲应力；许用弯曲应力；式中式中: 蜗杆导程角蜗杆导程角机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动三三 蜗杆轴的刚度计算蜗杆轴的刚度计算 蜗杆轴刚度计算的目的蜗杆轴刚度计算的目的蜗杆属于比较细长的零件，工作中受到载荷作用后会产生弹性蜗杆属于比较细长的零件，工作中受到载荷作用后会产生弹性变形。如果弹性变形过大，就将影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，导致变形。如果弹性变形过大，就将影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，导致轮齿偏载，甚至会产生干涉。轮齿偏载，甚至会产生干涉。 蜗杆轴刚度计算蜗杆轴刚度计算 yFFEIlyyy21r21t32t22t148式中：式中： y最大许用挠度，最大许用挠度， y =d

19、1/1000 ；其余参数见其余参数见教材。教材。机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动12-6 12-6 蜗杆传动的滑动速度、效率及热平衡计算蜗杆传动的滑动速度、效率及热平衡计算一、齿面间滑动速度一、齿面间滑动速度vS 较大的较大的V VS S引起引起：1 1、易发生齿面磨、易发生齿面磨损和胶合损和胶合2 2、如润滑条件良、如润滑条件良好（形成油膜条好（形成油膜条件）件）, ,则较大的则较大的V VS S则则有助于形成润滑油有助于形成润滑油膜，减少摩擦、磨膜，减少摩擦、磨损，提高传动效率损，提高传动效率 v1 、 v2 分别分别为蜗杆、蜗轮在节为蜗杆、蜗轮在节点点C C的速度

20、的速度,为蜗为蜗杆导程角杆导程角机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动321蜗杆传动蜗杆传动总效率总效率蜗杆传动啮合效率蜗杆传动啮合效率v1tantan搅油或溅油效率搅油或溅油效率99.095.02轴承效率：一对滚动轴轴承效率：一对滚动轴承为承为30.990.995滑动轴承为滑动轴承为30.90.9二、二、 蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率根据蜗杆传动的滑动速根据蜗杆传动的滑动速度由表度由表5-10选取，选取，)()97.095.0(tantanv 机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动设计之初，设计之初， 未知，可按未知，可按 z z1 1 初选：初选：提示：

21、提示：机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动三、三、 蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动热平衡计算的目的蜗杆传动热平衡计算的目的热平衡条件及其计算式热平衡条件及其计算式12传动产生的热量传动产生的热量11000P(1- )散发出去的热量散发出去的热量2KS A(ti-t0)CAKPtti8011000S0热平衡条件：生成的热量热平衡条件：生成的热量1 1 = =散发的热量散发的热量2 21 1、效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降、效率低，发热大，温升高，润滑油粘度下降2 2、润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。、润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损和胶合。 机械

22、设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动热平衡计算的参数选取及有关说明：热平衡计算的参数选取及有关说明：KS散热系数散热系数 8.1517.45A散热面积散热面积 ti热平衡时油温，热平衡时油温，ti在在800以内以内 t0周围空气温度，周围空气温度， t0 =200机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动不能满足热平衡时不能满足热平衡时可采取的措施可采取的措施增加散增加散热面积热面积（4）在箱体内加）在箱体内加装蛇形冷却水管装蛇形冷却水管采用压力喷油循采用压力喷油循环冷却润滑环冷却润滑（2）在蜗杆）在蜗杆端部加装风扇端部加装风扇机械设计基础机械设计基础第第1212章蜗杆传动章蜗杆传动蜗杆传动产生的热量大，蜗杆传动产生的热量大，当润滑不良时，当润滑不良时，传动效率将显著降低，并且会带来剧烈的磨损和产生胶传动效率将显著降低，并且会带来剧烈的磨损和产生胶合破