《机械设计基础》课程教学资源（教案讲义）第15次课 蜗杆传动（一）

次课蜗杆传动（一）1.蜗杆传动的类型及特点2.蜗杆传动的失效形式、材料和结构3.普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算4、蜗杆蜗轮的材料和结构教学目的1.了解蜗杆传动特点、类型及主要参数2.掌握蜗杆传动几何尺寸的计算3.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则4、了解蜗杆蜗轮的材料和结构教学的重点与难点重点：蜗杆传动的失效形式和设计准则。难点：蜗杆传动的主要参数。教学方法与手段采用多媒体教学（动画演示），结合动画讲解概念；在齿轮机构的基础上，进行类比，同时注意他们之间的区别。教学过程组织：复习旧课：斜齿轮的主要参数及其计算，当量齿轮和齿数，斜齿轮的受力分析、锥齿轮的受力分析。引入新课：如果一个斜齿轮的螺旋角很大（接近90度），齿轮的直径较小，这样一个轮齿可以在圆柱面上绕几圈，仿佛一条螺纹线的缠绕，这样就成了蜗杆。蜗杆结构蜗杆传动的类型和特点：1、蜗杆传动的类型蜗杆传动的蜗杆可分为：圆柱蜗杆、环面蜗杆和锥蜗杆。目前最为常用的是圆柱蜗杆传动

第十五次课 蜗杆传动（一） 教学内容 1.蜗杆传动的类型及特点 2.蜗杆传动的失效形式、材料和结构 3.普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 4、蜗杆蜗轮的材料和结构 教学目的 1.了解蜗杆传动特点、类型及主要参数 2.掌握蜗杆传动几何尺寸的计算 3.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则 4、了解蜗杆蜗轮的材料和结构 教学的重点与难点 重点：蜗杆传动的失效形式和设计准则。 难点：蜗杆传动的主要参数。 教学方法与手段 采用多媒体教学（动画演示），结合动画讲解概念；在齿轮机构的基础上，进行类比，同时注意他 们之间的区别。 教学过程组织： 复习旧课： 斜齿轮的主要参数及其计算，当量齿轮和齿数，斜齿轮的受力分析、锥齿轮的受力分析。 引入新课： 如果一个斜齿轮的螺旋角很大（接近90度），齿轮的直径较小，这样一个轮齿可以在圆柱面上绕几 圈，仿佛一条螺纹线的缠绕，这样就成了蜗杆。 蜗杆传动的类型和特点： 1、蜗杆传动的类型 蜗杆传动的蜗杆可分为：圆柱蜗杆、环面蜗杆和锥蜗杆。目前最为常用的是圆柱蜗杆传动

根据蜗杆螺旋面的形状不同(或者说切制方法的不同)，圆柱蜗杆又可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)和螺纹一样，蜗杆有左旋、右旋、单线和多线之分，右旋蜗杆使用较多。2、蜗杆传动的特点主要优点：传动比很大、传动平稳和噪声较小，具有自锁性能。传动比通常为10~80。主要缺点：传动效率较低；为了减小摩擦、提高耐磨性，蜗轮齿圈常需用价格较贵的青铜制造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

根据蜗杆螺旋面的形状不同(或者说切制方法的不同)，圆柱蜗杆又可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗 杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆) 和螺纹一样，蜗杆有左旋、右旋、单线和多线之分，右旋蜗杆使用较多。 2、蜗杆传动的特点 主要优点： 传动比很大、传动平稳和噪声较小，具有自锁性能。 传动比i通常为10～80。 主要缺点： 传动效率较低； 为了减小摩擦、提高耐磨性，蜗轮齿圈常需用价格较贵的青铜制造。 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，nl，但加工困难，精度1)蜗轮齿数z2=iz1，Z2=27~80（2）蜗杆分度圆上的导程角tgY=pz/rd1 =z1px/trd1=z1m/trd1 = z1m/d1d1 =mz1/ tg YY≤3°30'的蜗杆传动具有自锁性。（3）蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数q= z1/tg Yd1=mq式中q=d1/m称为蜗杆直径系数m一定：gf一→d1个→蜗杆的刚度个强度m较小时，q应取大值（4）标准中心距11a==(d +d,)==m(g+z.)222、蜗杆传动的几何尺寸计算h,=1,c=0.2分度圆直径：d,=mg；d,=mz,标准中心距：+11(d +d,)=m(g+z)=22传动比：d2i12=wzd分度圆直径：d1=mg，d2=mz2齿顶高：ha1=m，ha2=m齿根高：hf1=1.2m，hf2=1.2m顶圆直径:da1=d1+2ha1=d1+2m,da2=m(z2+2)根圆直径:df1=d1-2hf1=d1-2.4m,df2=m(z2-2)中心距：a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)蜗杆轴向齿距(px1)蜗轮端面齿距(pt2):px1=pt2=mTT3、蜗杆传动的正确啮合条件mai=m2=mα=α=α（标准值20°）1=βu

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）蜗杆分度圆上的导程角 tgγ=pz/πd1 =z1px/πd1 =z1πm/πd1 = z1m/d1 d1 =m z1/ tg γ γ ≤3°30’的蜗杆传动具有自锁性。 （3）蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数 q = z1/ tg γ d1 =mq 式中q=d1/m称为蜗杆直径系数。 m一定：q↑→ d1↑ → 蜗杆的刚度↑强度↑ ∴m较小时，q应取大值 （4）标准中心距 2、蜗杆传动的几何尺寸计算 分度圆直径： d1=mq, d2=mz2 齿顶高： ha1=m, ha2=m 齿根高: hf1=1.2m, hf2=1.2m 顶圆直径: da1=d1+2ha1=d1+2m, da2=m(z2+2) 根圆直径: df1=d1-2hf1=d1-2.4m, df2=m(z2-2) 中心距: a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2) 蜗杆轴向齿距( px1)蜗轮端面齿距(pt2): px1=pt2=mπ 3、蜗杆传动的正确啮合条件

蜗杆传动的失效形式和计算准则1、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的滑动速度：V-Td,n(m/s)>Vi/cosy=60×1000cos蜗杆传动的失效形式有齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和轮齿折断2、设计准则主要失效形式有胶合、磨损、齿面点蚀和轮齿折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。在闭式蜗杆传动，失效多为胶合，在开式蜗杆传动，失效多为磨损，至今对胶合与磨损计算尚无成熟的方法，故只能参照圆柱齿轮齿面及齿根强度的计算，而在选择许用应力时，根据传动特点考虑胶合和磨损失效的影响。对于闭式蜗杆传动，自前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度的计算。蜗杆传动的材料：1、蜗杆材料蜗杆多用碳钢或合金钢制造，如40、45、40Cr等。经热处理可提高齿面硬度，增加耐磨性。40、45，调质HBS220~300一一低速，不太重要40、45、40Cr，表面火，HRC45~55—一一般传动15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK渗碳淬火、HRC58~63——高速重载2、蜗轮蜗轮常用铸锡青铜ZQSnI0-1、ZQSn6-6-3和铝铁青铜ZQAI9-4；低速和不重要的传动可采用铸铁材料。铸铸青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5P65Zn5）一一VS≥3m/s时，减摩性好，抗胶合性好，价贵，强度稍低。铸铝铁青铜（ZcuA/10Fe3）一一VS≤4m/s，减摩性、抗胶合性稍差，但强度高，价兼铸铁：灰；球墨~。一一VS≤2m/s，要进行时效处理、防止变形。蜗杆和蜗轮的结构：1、蜗杆蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。（1）无退刀槽，铣刀铣制；（2）有退刀槽，车刀车、或铣2、蜗轮（1）齿圈式一一齿圈与轮芯一般用H7/rb配合装配，并在配合面接缝上，加装4~6个紧定螺钉,图a）所示。(2）但为了节约贵重的有色金属，大尺寸的蜗轮通常采用组合式结构(下图b）（3）蜗轮齿圈与轮芯也可用铰制孔用螺栓来联接（下图c）。（4）拼铸式一一铸铁轮芯上浇铸青铜齿圈，然后切齿，（下图d）

蜗杆传动的失效形式和计算准则： 1、蜗杆传动的失效形式 蜗杆传动的滑动速度： 蜗杆传动的失效形式： 有齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和轮齿折断。 2、设计准则 主要失效形式有胶合、磨损、齿面点蚀和轮齿折断等。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。 在闭式蜗杆传动，失效多为胶合。 在开式蜗杆传动，失效多为磨损。 至今对胶合与磨损计算尚无成熟的方法，故只能参照圆柱齿轮齿面及齿根强度的计算，而在选择许 用应力时，根据传动特点考虑胶合和磨损失效的影响。 对于闭式蜗杆传动，目前工程上主要是针对蜗轮进行齿面接触强度的计算。 蜗杆传动的材料： 1、蜗杆材料 蜗杆多用碳钢或合金钢制造，如40、45、40Cr等。经热处理可提高齿面硬度，增加耐磨性。 40、45，调质HBS220~300——低速，不太重要 40、45、40Cr，表面淬火，HRC45~55——一般传动 15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK渗碳淬火、HRC58~63——高速重载 2、蜗轮 蜗轮常用铸锡青铜ZQSn l0-1、ZQSn 6-6-3和铝铁青铜ZQAl9-4；低速和不重要的传动可采用铸铁材 料。 铸铸青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5P65Zn5）——VS≥3m/s时，减摩性好，抗胶合性好，价贵，强度 稍低。 铸铝铁青铜（ZcuAl10Fe3）——VS≤4m/s，减摩性、抗胶合性稍差，但强度高，价兼 铸铁：灰~；球墨~。——VS≤2m/s，要进行时效处理、防止变形。 蜗杆和蜗轮的结构： 1、蜗杆 蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。 （1）无退刀槽，铣刀铣制；（2）有退刀槽，车刀车、或铣 2、蜗轮 （1）齿圈式——齿圈与轮芯一般用H7/rb配合装配，并在配合面接缝上，加装4～6个紧定螺钉,图 a）所示。 （2）但为了节约贵重的有色金属，大尺寸的蜗轮通常采用组合式结构(下图b) （3）蜗轮齿圈与轮芯也可用铰制孔用螺栓来联接(下图c )。 （4）拼铸式——铸铁轮芯上浇铸青铜齿圈，然后切齿，(下图d )

d)a)b)c)蜗杆头数Z1124蜗轮顶圆直径4≤da2+2mda2+1.5mda2+m轮缘宽度B≤0.75da10.67da1蜗轮齿宽角=90°~130°轮圈厚度cα1.6m+1.5mmP小结：1、蜗杆传动特点、类型及主要参数。2、蜗杆传动几何尺寸的计算。3、蜗杆传动的失效形式和设计准则。4、蜗杆蜗轮的材料和结构。作业：教材P165:7-1，7-2j萧排

小结： 1、蜗杆传动特点、类型及主要参数。 2、蜗杆传动几何尺寸的计算。 3、蜗杆传动的失效形式和设计准则。 4、蜗杆蜗轮的材料和结构。 作业： 教材P165：7-1，7-2