任务3-3蜗杆传动的设计

改变生活的机械设计技以载道，匠心筑梦课程导入时代楷模-南仁东任务3.2齿轮传动的设计计算领悟机械之魂-关键传动件的设计-任务3模块三领悟机械之魂01强素养03讲重点

02引思考04攻难点05强技能06促提升

目录任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考讲重点攻难点强技能促提升

强素养早会负责人任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3讲重点攻难点强技能促提升

引思考强素养任务3-3蜗杆传动的设计

左图所示为垂直升降电梯外观图，右图所示为台阶式电梯外观图。电梯是以电动机作为动力的，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输的目的。这里所用的减速器应该是何种结构的呢？具体应具有什么特点呢？课程导入任务3-3蜗杆传动的设计带式输送机电动机V带传动一级齿轮减速器传动滚筒输送带课程导入任务分析任务3-3蜗杆传动的设计

传递空间两交错轴之间的运动和动力时常采用由蜗杆、蜗轮组成的蜗杆传动，如图3-3-1所示，通常两轴交错角为90º，作大传动比的减速传动。

课程导入任务3-3蜗杆传动的设计任务目标（1）能阐述蜗杆传动的组成、工作原理、特点和应用。（2）熟练掌握蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算。（3）了解蜗杆传动的失效形式、材料选择及蜗轮、蜗杆结构设计。（4）掌握普通圆柱蜗杆传动的运动分析和受力分析，掌握蜗杆传动强度计算和热平衡计算的基本原理与方法。

任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升结合课前预习情况针对本次课的重点内容进行分析讲解。找出课后难点及时调整教学找出预习问题表扬优秀学员讲解重点问题巩固课前预习分析课后作业

分析课前预习讲解重点内容任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计齿轮轴线平行齿轮轴线相交齿轮轴线交错圆柱齿轮传动圆锥齿轮传动蜗轮蜗杆传动齿轮按两轮轴线相对位置一、蜗杆传动的类型和特点任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计组成蜗杆、蜗轮和机架。作用传递空间两交错轴交错角为90°的运动和动力，

做减速传动。蜗杆传动任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计阿基米德蜗杆法面直廓蜗杆渐开线蜗杆蜗杆传动类型

圆柱蜗杆传动(齿廓曲线形状)圆弧面蜗杆传动锥面蜗杆传动按蜗杆形状按蜗杆螺旋方向右旋左旋按蜗杆头数多头双头单头

按蜗杆安装位置下置蜗杆上置蜗杆（一）蜗杆传动的类型任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计蜗杆传动的类型任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计阿基米德蜗杆渐开线蜗杆法面直廓蜗杆任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计下置蜗杆上置蜗杆任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计单头蜗杆多头蜗杆双头蜗杆任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计左旋蜗杆右旋蜗杆任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计蜗杆的形成任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计（二）蜗杆传动的特点任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计中间平面垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面。中间平面上的基本参数和几何尺寸为基准。中间平面二、蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算和正确啮合条件任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计（1）蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i

蜗杆头数z1

蜗杆螺旋线的数目蜗轮齿数z2

蜗轮圆周上均匀分布的轮齿总数传动比i

蜗杆转数与蜗轮转数的比值（2）模数和压力角蜗杆的轴面模数和蜗轮的端面模数蜗杆的轴面压力角和蜗轮的端面压力角（一）蜗杆传动的主要参数

？任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计（3）蜗杆的导程角蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端面的夹角

（4）蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数

蜗杆直径系数

蜗杆分度圆直径与模数的比值

任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计蜗杆基本参数

模数mmm分度圆直径d1mm

蜗杆头数

z1

直径系数

qm2d1模数mm分度圆直径d1mm

蜗杆头数

z1

直径系数

qm2d1118117.000186.3(80)1,2,412.69831751.2520116.00031.25112117.778444522.4117.92035.008(63)1,2,47.87540321.6201,2,412.50051.20801,2,4,610.000537628117.50071.68(100)1,2,412.50064002(18)1,2,49.00072.00140117.500896022.41,2,4,611.20089.6010(71)1,2,47.1007100(28)1,2,414.000112.00901,2,49.000900035.5117.750142.0(112)1,2,411.200112002.5(22.4)1,2,47.960140.0160116.00016000任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计（二）蜗杆传动的几何尺寸计算标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称任务3-3强素养引思考讲重点攻难点强技能促提升任务3-3蜗杆传动的设计（三）蜗杆传动的正确啮合条件任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计动起来生讲生评会学各组代表任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计（一）蜗杆传动的失效形式1.齿面间相对滑动速度υs齿面间相对滑动速度2.轮齿的失效形式

胶合和磨损，轮齿折断则很少发生。失效一般总发生在蜗轮轮齿上。三、蜗杆传动的失效形式和设计准则任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计（二）蜗杆传动的设计准则闭式蜗杆传动，失效形式是胶合和点蚀按齿面接触疲劳强度设计

按齿根弯曲疲劳强度校核热平衡核算开式蜗杆传动，失效形式是磨损按齿根弯曲疲劳强度设计当蜗杆直径较小而跨距较大时，还应作蜗杆轴的刚度验算。≤≤≤≤≤任务3-3引思考强技能促提升

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强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计（三）蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析任务3-3引思考强技能促提升

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强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计蜗杆传动受力图n1Fr2Ft2n1

αd1n1λFa1Ft1Ft1Fr1λFnαnd2p分度圆柱面n2ppd2Fr2Fa2Ft2Fa1Fr1n2n1Fr1Fa2Fa1Ft1任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计蜗轮转向的判定任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计（一）蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度校核公式≤蜗轮齿面接触疲劳强度设计公式≥四、蜗杆传动的强度计算任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计（二）蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮轮齿弯曲疲劳强度校核公式≤

蜗轮轮齿弯曲疲劳强度设计公式≥

9任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计（三）蜗杆和蜗轮的结构1.蜗杆的结构蜗杆轴任务3-3引思考强技能促提升

讲重点

强素养攻难点任务3-3蜗杆传动的设计2.蜗轮的结构蜗轮的结构任务3-3蜗杆传动的设计动起来生讲师评会学各组代表任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

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强素养攻难点强技能1.设计要求与数据设计闭式蜗杆传动。蜗杆输入功率P1=7.5kW，蜗杆的转速n1=1450r/min，传动比i=25，载荷平稳，单向回转，预期使用寿命15000h，估计散热面积A=1.5m2，通风良好。任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

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强素养攻难点强技能2.设计内容

（1）选择蜗杆传动的材料、热处理方法、许用应力、主要参数和几何尺寸；（2）校核其传动效率，并进行热平衡计算。3.设计步骤、结果及说明（1）选择蜗杆蜗轮材料、热处理方法并确定许用应力

蜗杆由于功率不大，采用45钢表面淬火，硬度＞45HRC。

蜗轮采用抗胶合性能好的铸锡磷青铜,ZCuSnl0P1，砂模铸造。任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能材料名称符号热处理方法表面硬度适用范围低碳合金钢20Cr、20CrMnTi渗碳淬火56～62HRC高速重载，载荷不稳定优质碳素钢45表面淬火45～55HRC中速中载，载荷稳定碳素结构钢40Cr优质碳素钢45调质处理210～230HBW低速中载不重要传动

蜗杆常用材料任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能蜗轮常用材料材料名称符号适用的滑动速度适用场合和特点铸锡磷青铜ZCuSn10P1υs≤25m/s抗胶合，耐磨性能好，易加工，价格高，多用于高速重载的重要蜗轮铸锡锌铝青铜ZCuSn5Pb5Zn5

υs≤12m/s抗胶合，耐磨性能好，抗腐蚀性好，易加工，价格高，多用于高速重载的重要蜗轮铸铝铁镍青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2

υs≤10m/s抗胶合，耐磨性能一般，强度高于上两种材料，易加工，价格高，多用于中速中载的蜗轮

灰铸铁HT150、HT200

υs＜2m/s抗胶合，耐磨性能好，强度低，价格低，多用于低速、轻载或不重要的蜗轮任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能

根据传动比

i=25值取蜗杆头数z1=2，则蜗轮齿数z2=iz1

=25×2=50

蜗杆头数z1与蜗轮齿数z2的推荐值

传动比5～67～89～1314～2425～2728～40＞40643～42～32～31～21

蜗轮齿数29～3628～3227～5228～7250～8128～80＞40

蜗杆头数（3）计算蜗轮转矩T2和蜗杆传动的效率（2）确定蜗杆的头数z1和蜗轮齿数z2任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能

浸油润滑

喷油润滑

蜗杆传动的总效率为

决定蜗杆传动总效率的是，一般取=0.95～0.96。任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能蜗杆传动的总效率

闭式10.70～0.7520.75～0.8240.82～0.92开式1.20.60～0.70传动形式蜗杆头数总效率

在传动尺寸未确定之前，蜗杆传动的总效率一般可根据蜗杆头数近似选取。估取蜗杆传动的总效率,则蜗轮转矩

N·mm

作用于蜗轮转矩T2

任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能（4）按齿面接触疲劳强度设计

蜗轮齿面接触疲劳强度校核公式为≤

蜗轮齿面接触疲劳强度设计公式为≥

载荷系数，K=1～1.4

当载荷平稳，υs≤3m/s，7级以上精度取小值，否则取大值。载荷系数K=1.2。任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能，

当蜗轮材料为铸铝铁青铜或铸铁时，失效形式为胶合，许用接触应力可根据材料和滑动速度由表查得，其值与应力循环次数无关；

铸铝铁青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力（Mpa）

滑动速度

蜗轮材料蜗杆材料

（m/s）0.5123468ZCuAl10Fe3淬火钢25023021018016012090HT150HT200渗碳钢13011590————HT150调质钢1109070————注:蜗杆未经淬火时,需将表中值降低20%。任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能

当蜗轮材料为铸锡青铜时，失效形式为疲劳点蚀，许用接触应力值与循环次数有关。铸锡青铜蜗轮的基本许用接触应力（Mpa）

蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度υs（m/s）蜗杆齿面硬度≤350HBW＞45HRC铸锡磷青铜ZCuSn10P1砂型金属型≤12≤25180200200220铸锡锌铝青铜ZCuSn5Pb5Zn5砂型金属型≤10≤12110135125150任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能寿命系数

许用接触应力

MPa

8

8应力循环次数

蜗轮转速

r/minMPa

基本许用接触应力mm3

按>4944mm3选取=5376mm3

≥任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能蜗杆基本参数

模数mmm分度圆直径d1mm

蜗杆头数

z1

直径系数

qm2d1模数mm分度圆直径d1mm

蜗杆头数

z1

直径系数

qm2d1118117.000186.3(80)1,2,412.69831751.2520116.00031.25112117.778444522.4117.92035.008(63)1,2,47.87540321.6201,2,412.50051.20801,2,4,610.000537628117.50071.68(100)1,2,412.50064002(18)1,2,49.00072.00140117.500896022.41,2,4,611.20089.6010(71)1,2,47.1007100(28)1,2,414.000112.00901,2,49.000900035.5117.750142.0(112)1,2,411.200112002.5(22.4)1,2,47.960140.0160116.00016000任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能蜗杆分度圆直径mmmm蜗轮分度圆直径模数mm蜗杆直径系数导程角任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能（5）校核蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度蜗轮轮齿弯曲疲劳强度校核公式为≤蜗轮轮齿弯曲疲劳强度设计公式为≥

N·mm

作用于蜗轮转矩载荷系数K=1.2。

mm蜗杆分度圆直径mm蜗轮分度圆直径任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

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强素养攻难点强技能

当蜗轮材料为铸锡青铜时，失效形式为疲劳点蚀，许用弯曲应力值与循环次数有关。

蜗轮材料及铸造方法与硬度≤45HRC的蜗杆相配时与硬度≥45HRC，并经磨光或抛光的蜗杆相配时铸锡磷青铜（ZCuSn10P1）砂模铸造铸锡磷青铜（ZCuSn10P1）金属模铸造铸锡磷青铜（ZCuSn10P1）离心铸造铸锡锌铝青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）砂模铸造铸锡锌铝青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）金属模铸造铸铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）砂模铸造灰铸件（HT150）砂模铸造46（32）58（42）66（46）32（24）41（32）112（91）40/58（40）73（52）83（58）40（30）51（40）140（116）50/蜗轮材料的基本许用弯曲应力[σF]′

任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能MPa

寿命系数许用弯曲应力

99

Z21011121314151617181920222426YF24.554.143.703.553.343.223.072.962.892.822.762.662.572.51Z228303540455060708090100150200300YF22.482.442.362.323-373-343-302.172.142.122.102.072.042.04蜗轮的齿形系数YF2（=20°，1）MPa≤

轮齿的齿根弯曲疲劳强度校核合格。MPa

基本许用弯曲应力任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能（6）验算传动效率

蜗杆分度圆速度m/s滑动速度

m/s当量摩擦角

当量摩擦系数～

～～比原估计略高，参数估计合理。任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能当量摩擦系数和当量摩擦角

蜗轮材料锡青铜无锡青铜灰铸铁蜗杆齿面硬度≥45HRC＜45HRC≥45HRC≥45HRC45HRC（m/s）0.010.116°170.126°510.1810°120.3810°120.1910°450.100.084°340.085°090.137°240.137°24′0.147°58′3.000.0281°360.0352°000.0452°354.000.0241°220.0011°470.042°175.000.0221°160.0291°400.0352°007.000.0181°020.0261°290.031°43任务3-3蜗杆传动的设计任务3-3引思考促提升

讲重点

强素养攻难点强技能（7）热平衡计算

蜗杆传动单位时间内产生的发热量为Q1

自然冷却时，经箱体外壁在单位时间内散发到空气中的散热量为Q2

热平衡时润滑油的工作温度≤取室温

º