蜗轮蜗杆设计资料课件

蜗轮蜗杆设计资料内容概述1主要参数和几何尺寸2失效形式、材料和结构3受力及效率分析4强度计算5散热6一、概述减速器一、概述起重机一、概述外形类似：

螺旋与斜齿轮的传动从中间平面剖开：

齿轮与齿条的传动一、概述一、概述P750KW（通常＜50KW），Vs35m/s（通常＜15m/s）。由于i大，可用于机床分度机构、仪器仪表中。用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直为什么？一、概述应用1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点。2）i大蜗杆——1、2、4、6传递动力时：i=8~100（常用15~50）传递运动时：i=几百~上千（单头，η↓）优点：齿轮——z1>17特点一、概述3）结构紧凑、重量轻、承载能力较大。4）自锁性能好(用于提升机构)。缺点：1）制造成本高，加工困难。2）滑动速度vs大。3）η低。4）蜗轮需用贵重的减摩材料。一、概述蜗杆蜗轮螺旋角：β1导程角：γ=90°-β1

β1↑、b↑斜齿轮→蜗杆bβ1斜齿轮β1γ蜗杆一、概述传动比i—斜齿轮传动蜗杆传动

i=d2/d1

i≠d2/d1m、α—

法面为标准值主平面为标准值β—

β1=－β2γ=β,旋向相同d1—d1=mnz1/cosβd1=mq,且为标准值

普通圆柱蜗杆传动与斜齿轮传动的区别一、概述

蜗杆机构实质上是相错轴斜齿轮机构的变形。

为了改善啮合情况，用与蜗杆的参数和尺寸相同的滚刀，按范成原理切制蜗轮。这样加工，蜗杆蜗轮啮合时为线接触。同时将蜗轮的母线做成弧形，部分地包住蜗杆，以增加接触线的长度。点接触线接触一、概述一、概述其齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀切制而成，车刀安装位置不同，加工出的蜗杆齿面的齿廓形状不同。圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动其蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的车刀切制而成的。其蜗杆体在轴向的外形是以凹弧面为母线所形成的旋转曲面，这种蜗杆同时啮合齿数多，传动平稳；齿面利于润滑油膜形成，传动效率较高；同时啮合齿数多，重合度大；传动比范围大(10~360)；承载能力和效率较高；可节约有色金属。一、概述阿基米德蜗杆（ZA型）渐开线蜗杆（ZI型）法向直廓蜗杆（ZN型）锥面包络圆柱蜗杆（ZK型）一、概述一、概述

承载能力高，约为阿基米德蜗杆传动的2~4倍；传动效率高，一般可达85%~90%；要求制造和安装精度高。一、概述

制造安装简便，工艺性好；承载能力强，传动效率高；传动具有不对称性。1）渐开线圆柱蜗杆（ZI型）

齿形：

轴垂面：渐开线轴剖面：凸齿廓基圆柱切面:直齿廓

应用特点：适用于蜗杆头数多（3头以上）、转速较高、大功率和要求较精密的传动。

加工：两把梯形直刃刀加工，切削刃顶平面与蜗杆基圆柱相切圆柱蜗杆传动一、概述2）法向直廓圆柱蜗杆（ZN型）

加工：切削时刀刃顶平面在蜗杆螺旋线法平面内

齿形：蜗杆：轴垂面：延伸渐开线轴剖面：凸齿廓法面：直廓（压力角αn=20°）

应用特点：适用于蜗杆头数较多、导程角较大的蜗杆传动圆柱蜗杆传动一、概述

加工：直刃车刀，切削刃顶平面通过蜗杆轴线

齿型：轴垂面：阿基米德螺线轴面：直廓（αx1=20°直齿条齿廓）3）阿基米德圆柱蜗杆（ZA型）

应用特点：

加工和测量方便，应用十分广泛，适用于蜗杆头数较少的蜗杆和中小载荷、中低速传动。圆柱蜗杆传动一、概述4）锥面包络圆柱蜗杆（ZK型）

加工：凸圆弧车刀车削加工

齿形：蜗杆轴剖面：凹圆弧蜗轮端面齿廓：凸圆弧

应用特点：新型蜗杆传动，传动效率高（可达95%以上）适用于重载、高速、要求精密的场合。圆柱蜗杆传动一、概述

传动特点：1）传动效率高，一般可达90%以上；2）承载能力高，约为普通圆柱蜗杆的1.5-2.5倍；3）结构紧凑。按蜗杆头数分单头蜗杆：i↑，自锁性↑，η↓多头蜗杆：相反按旋向分左旋右旋一般采用右旋一、概述右旋左旋一、概述蜗轮回转方向的判定

在蜗杆传动中，蜗轮蜗杆齿的旋向是一致的，即同为左旋或同为右旋。蜗轮的回转方向取决于蜗杆的旋向和蜗杆的回转方向，通常用左（右）手定则的方法来判定。一、概述1.蜗杆蜗轮齿的旋向判定

右手法则：

伸开右手，四指沿轴向，手面对自己，若齿向与大拇指相同，为右旋；否则，为左旋。一、概述2.蜗轮回转方向确定：

蜗杆转向蜗轮啮合点处线速度方向蜗轮啮合点处的线速度方向左右手定则：右（左）旋用右（左）手

四指握住蜗杆，手指弯曲的方向代表蜗杆旋转方向，拇指指向的相反方向为蜗轮啮合点处的线速度方向。一、概述用右手判断用左手判断一、概述举例一、概述一、概述参数和尺寸均在中间平面内确定二、主要参数和几何尺寸中间平面——通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。蜗轮轴线蜗杆轴线a在中间平面内，蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。

蜗杆传动的设计计算以中间平面的参数和几何关系为准。二、主要参数和几何尺寸a—a渐开线直线齿二、主要参数和几何尺寸一、基本齿廓中间平面上基本齿廓和渐开线齿轮基本齿廓基本相同。、二、模数m正确啮合条件：轴向端面∴—标准值——蜗杆导程角三、齿形角刀具基准齿形的齿形角：阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角法向直廓蜗杆：法向齿形角四、蜗杆分度圆直径d1（中圆直径）↓刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值πd1pxpx加工蜗轮时的滚刀与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。d1m五、蜗杆直径系数qd1、m——为标准值∴q为导出值,不一定为整数。六、蜗杆导程角γγ↑→η↑γ↓→η↓γ↑↑→制造困难m一定时，q↑——d1↑——蜗杆刚度↑z1一定时，q↑——γ↓——η↓，自锁性↑∴小m蜗杆→选用大q，保证强度和刚度→适于小P

大m蜗杆→选用小q，保证效率→适于大P传递动力时:头数z1↑—γ↑—η↑∴采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用单头蜗杆七、z1、z2蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等z1↑↑——加工困难传递动力：（↑传动平稳性，避免根切）(z2↑—d2↑—蜗杆轴长↑—刚度↓)∴一般取z2=32~80z1~z2：互质→均匀磨损八、i、u蜗杆主动时:九、中心距a（应按p243表7-4系列值选取）十、变位系数1、变位目的：配凑中心距；凑传动比。2、变位方法：与齿轮变位相同,靠刀具的移位实现变位。故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变。4、变位类型1）齿数不变，凑ax>0，正变位x<0负变位3、变位结果∴蜗杆——各部分尺寸不变，但节线变化蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆。蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线)∴蜗轮——尺寸发生变化，但2）a不变，齿数变化，凑i凑i：（a不变，→）x＞0齿数↓x＜0齿数↑讨论???注意的问题于是，蜗杆传动传动比：z1、d1、m之间已没有唯一的数学关系蜗杆传动的几何计算一、蜗杆传动的失效形式及材料选择主要失效形式：胶合、点蚀、磨损。材料蜗轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合。蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。三、失效形式、材料和结构材料选择三、失效形式、材料和结构蜗杆常用材料为碳钢或合金钢。高速重载的传动，蜗杆常用低碳合金结构钢，经渗碳淬火，表面硬度可达HRC50～63；中速中载传动，蜗杆常用优质碳素钢或合金结构钢，经表面淬火，表面硬度达到HRC45～55；低速、不重要的传动，可采用45号钢调质处理，硬度达到HBS255～270。蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬面蜗杆：首选淬火→磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用。三、失效形式、材料和结构常用蜗轮材料有铸造锡青铜、铸造铝铁青铜及灰铸铁等。锡青铜的抗胶合和耐磨性能最好，但价格较贵，用于vs≥5m/s的重要传动；铝铁青铜具有足够的强度，并耐冲击，价格便宜，但胶合及耐磨性能不如锡青铜，一般用于vs≤5m/s的传动中；灰铸铁用于vs≤2m/s的不重要场合。蜗轮——指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs≥12~26m/s铸铝青铜：vs≤10m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs≤2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，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。三、失效形式、材料和结构蜗轮整体式齿冠：用贵重耐磨金属(青铜)轮心：铸铁或铸钢铸造（浇铸）过盈螺栓（铰制孔）组合式三、失效形式、材料和结构整体式蜗轮齿圈式蜗轮镶铸式蜗轮螺栓联接式蜗轮1整体式：主要用于铸铁蜗轮、铝合金蜗轮和直径小于100mm的青铜蜗轮三、失效形式、材料和结构2齿圈压配式:由青铜齿圈与铸铁轮芯组成齿圈与轮芯多采用过盈配合，并加装4---6个螺钉，用于结构尺寸不太大及工作温度变化较小的蜗轮三、失效形式、材料和结构3螺栓联接式过渡配合或间隙配合，铰制孔用螺栓连接结构可靠、装拆方便，多用于尺寸较大或易于磨损需经常更换齿圈的蜗轮三、失效形式、材料和结构4镶铸式青铜齿圈浇铸在铸铁铁芯上，然后切齿，为防止滑动，在轮芯外圆柱面上预制出隼槽，只用于大批生产的蜗轮三、失效形式、材料和结构结

构

形

式特

点（a）整体式当直径小于100mm时，可以用青铜铸成整体；当滑动速度v1≤2m/s时，可用铸铁铸成整体（b）轮箍式青铜轮缘与铸铁轮心通常采用配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉数为6～12（c）螺栓联接式以光制螺栓联接，螺栓孔要同时铰制其配合为。螺栓数按剪切计算确定，并以轮缘受挤压，校核轮缘材料许用挤压应力jp=0.3s。s——轮缘材料屈服强度（d）镶铸式青铜轮缘镶铸在铸铁轮心上，并在轮心上预制出榫槽，以防滑动（适用大批量生产）一、作用力圆周力：轴向力：(蜗杆主动)——啮合效率忽略Ff，Fn径向力：四、受力及效率分析方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向→n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2→n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向Fa蜗杆：左、右手定则蜗轮：※n2n13）旋向判定∵蜗轮与蜗杆旋向相同。v2计算载荷与齿轮传动一样，由于外部和内部原因，要引入载荷系数K，KFn即为计算载荷。使用系数KA意义与齿轮传动中的KA相似，从表查取动载（荷）系数Kv由于蜗杆传动比较平稳，所以Kv较小Vs≦3m/s时，Kv=1~1.1；Vs>3m/s时，Kv=1.1~1.2载荷分布不均匀系数Kb载荷稳定时，Kb=1载荷大或有冲击时，Kb=1.1~1.3练习：n1n1Fr1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅱ为输出，轴Ⅲ转向如图。试：确定各轮转向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa22.Fa3→Fa2→Ft1→n1蜗轮右旋n4输出ⅢⅠⅡ1234蜗杆右旋→图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：n2’n3’Fa2’Fa3’Ft3Ft2’Ft3’Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft143’32’21电机例1、电机转向n1

；2、斜齿轮2的旋向；3、啮合点受力方向。n4径向力Fr的方向：略二、传动效率与齿轮类似：1、啮合η1：近似按螺旋副计算（蜗杆主动）（蜗轮主动）ρv——当量摩擦角，与vs有关。说明：1）vs↑→μv↓→ρv↓油膜易形成→η1↑2）γ为影响η1的主要因素：γ↑→η1↑时，η1→max此后，γ↑→η1↓（p251表7-8）一般取后：η↑缓慢γ大时，加工困难2、η2搅油效率：3、η3轴承效率：η=(100-3.5i)%

蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据胶合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据，因而通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动的承载能力，而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨损失效因素的影响，故其强度计算公式是条件性的。由于蜗杆齿是连续的螺旋，其材料的强度又很高，因而失效总是出现在蜗轮上，所以蜗杆传动只需对蜗轮轮齿进行强度计算。五、强度计算

1.蜗轮齿面接触疲劳强度计算目的：防止“点蚀”和“胶合”失效。强度条件：σH≤[σH]以蜗杆蜗轮节点为计算点，计算齿面接触应力

σH

。校核公式:设计公式：上两式中KA

为载荷系数，一般取KA=1.1~1.3。当载荷平稳，蜗轮圆周速度v2≤3m/s和7级精度以上时，取小值，否则取大值。当蜗轮材料为锡青铜时，其材料具有良好的抗胶合能力,蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀，其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。因此，许用接触应力与应力循环次数N、材料及相对滑动速度v2有关。可按表12-4选择。当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时，材料的强度较高，抗点蚀能力强，蜗轮的损坏形式主要是胶合，其承载能力取决于其抗胶合能力，与应力循环次数无关，因此，许用接触应力可查表取。2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的：防止“疲劳断齿”。强度条件：σF≤[σF]校核公式：设计公式：3.蜗杆的刚度计算:

蜗杆较细长，支承距离大，若受力后产生的挠度过大，则会影响正常的啮合传动。蜗杆产生的挠度应小于许用挠度。由切向力和径向力产生的挠度分别为：合成总挠度为：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；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/6～1/3。给油方法：油池润滑：喷油润滑为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度v2>4m/s时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式传动，由蜗轮带油润滑。第六节圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算润滑方式的选择：当vs≤5~10m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。当vs>10~15m/s时，采用压力喷油润滑。当v1>4m/s时，采用蜗杆在上的结构。六、散热散热措施——蛇形冷却水管压力喷油循环冷却蜗杆传动的热平衡计算由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高、润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。在闭式传动中，热量系通过箱壳散逸，且要求箱体内的油温t(℃)和周围空气温度t0(℃)之差不超过允许值式中：△t——温度差，△t=t-t0;六、散热P1——蜗杆传递功率，单位为kW;αt——表面散热系数，根据箱体周围通风条件，一般取αt=10~17W/(m2·℃)；A——散热面积，单位为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；[△t]——温差允许值，一般为60~70℃。并应使油温t(=t0+△t)小于90℃。如果超过温差允许值，可采用下述冷却措施：⑴增加散热面积合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片。六、散热提高表面散热系数在蜗杆轴上装置风扇或在箱体油池内装设蛇形冷却水管或用循环油冷却。油泵冷却器冷却水六、散热制造精度蜗杆传动的制造精度分12个等级，1级最高，12级最低。当v2≤10m/s时，常用7级精度；当v2≤5m/s时，常用8级精度；低速传动时，常用9级精度。有关蜗杆传动的国家标准GB/T10085-1988圆柱蜗杆传动基本参数GB/T10086-1988圆柱蜗杆、蜗轮术语及代号GB/T10087-1988圆柱蜗杆基本齿廓GB/T10088-1988圆柱蜗杆模数和直径GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡2蜗杆传动的润滑润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。

润滑油

润滑油粘度及给油方式

润滑油量润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。

润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/3。蜗杆传动的跑和和试运转蜗杆传动安装蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如右图所示。为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热情况。蜗杆传动装配后，须经跑合，以使齿面接触良好。跑合时采用低速运转，通常r/min,逐步加载至额定载荷，跑合1～5h。若发现蜗杆齿面上粘有青铜，应立即停车，用细砂纸打去，在继续跑合。跑合好后，应清洗全部零件，换新润滑油，并应把此时蜗轮相对于蜗杆的轴向位置打上印记，便于以后装拆时配对和调整到位。新机试车时，先空载运转，然后逐步加载至额定载荷，观察齿面啮合、轴承密封及温升等情况。

例题

设计一运输机的闭式蜗杆传动。蜗杆输入功率，蜗杆的转速，传动比，载荷平稳，单向回转，，通风良好。预期使用寿命15000h，估计散热面积

解：（1）选择材料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：因转速较高，采用抗胶合性能好的铸锡青铜，ZcuSn10P1，砂模铸造。

查表12.6，蜗轮材料的基本许用接触应力为查表12.8，蜗轮材料的基本许用弯曲应力为计算应力循环次数N（蜗轮转速）计算寿命系数计算许用应力：12.7蜗杆传动的安装与维护

（2）确定蜗杆头数和蜗轮齿数由表12.1，根据传动比i值取（3）计算蜗轮转矩取（4）按齿面接触疲劳强度计算取载荷系数由式（12.10）得12.7蜗杆传动的安装与维护

查表12.2，按选取得m=8，q=10

查表12.5，得由式（12.11）得齿根的弯曲疲劳强度校核合格。12.7蜗杆传动的安装与维护

（5）验算传动效率蜗杆分度圆速度为查表12.9得与原估计相近。12.7蜗杆传动的安装与维护

（6）热平衡计算

取室温取散热系数

符合要求。（7）中心距a及各部分尺寸各部分尺寸计算略。12.7蜗杆传动的安装与维护

（8）精度选择由v2选择精度等级。精度等级选择参考GB10089－88。故选8级精度。（9）绘制蜗杆、蜗轮零件工作图12.7蜗杆传动的安装与维护

蜗杆主要参数常用值及其匹配表【.1】动力传动蜗杆传动的传动比的范围通常为

。

B.C.

D.【2】与齿轮传动相比，

不能作为蜗杆传动的优点。A.传动平稳，噪音小B.传动比可以较大C.可产生自锁D.传动效率高【3】阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的

模数，应符合标准值。

A.端面B.法面C.中间平面

A.CDC【.4】在蜗杆传动中，当其它条件相同时，增加蜗杆头数，则传动效率

.A.降低B.提高C.不变D.或提高也可能降低【.5】蜗杆直径A.保证蜗杆有足够的刚度B.有利于蜗杆滚刀的标准化C.提高蜗杆传动的效率D.有利于蜗杆加工的标准化。是为了

。BB变位蜗杆传动中，蜗轮分度圆与节圆