1
第二十一章 蜗杆传动
（ 一 ） 教学要求
能根据已知条件, 合理地确定普通圆柱蜗杆和蜗轮的
材料, 主要参数, 尺寸, 结构, 正确啮合条件, 强度计算,
热平衡计算等 。
（ 二 ） 教学的重点与难点
重点,普通圆柱蜗杆传动的啮合特点, 几何参数计算, 正
确啮合条件, 强度计算 。
难点,蜗杆传动的受力分析 。
（ 三 ） 教学内容
2
第二十一章 蜗杆传动
§ 21-1 蜗杆机构的形成, 类型及特点
§ 21-2 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
§ 21-3 蜗杆传动的失效形式, 设计准则和材料选择
§ 21-4 蜗杆传动的强度和刚度计算
§ 21-5 蜗杆传动的效率, 润滑和热平衡计算
§ 21-6 蜗杆和蜗轮的结构
结束
3
蜗杆机构的形成、类型及特点
综述,
1,
2,点接触, 承载能力低,
3,相对滑动速度大, 轮齿易磨损 。
一, 蜗杆蜗轮的形成
1,螺旋齿轮机构
2,啮合特点,
蜗杆分度圆柱面上螺旋线的导程角
示意图
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大小 ?,901Z ???
2190 ??? ????
4
蜗杆机构的形成、类型及特点
返回
5
蜗杆机构的形成、类型及特点
二, 蜗杆蜗轮机构的分类
按 蜗 杆 形 状,圆柱蜗杆机构
环面蜗杆机构
锥蜗杆机构
阿基米德圆柱蜗杆
按蜗杆齿廓曲线形状,渐开线圆柱蜗杆
延伸渐开线蜗杆
锥面包络圆柱蜗杆
● 普通圆柱蜗杆传动,
⑴ 阿基米德蜗杆 （ ZA） ⑵ 法面直廓蜗杆 （ ZN）
⑶ 渐开线蜗杆 （ ZI） ⑷ 锥面包络圆柱蜗杆 （ ZK）
● 圆弧圆柱蜗杆 （ ZC）
6
蜗杆机构的形成、类型及特点
四, 蜗杆传动的特点
优点, ① 传动比大, 机构紧凑；
② 传动平稳, 无噪音；
③ 反向行程时可自锁, 安全保护 。
缺点, ① 齿面相对滑动速度大, 易磨损；
② 效率低, 成本较高 。
示意图
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三、蜗杆传动的正确啮合条件
主平面,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。
正确啮合条件,
7
蜗杆机构的形成、类型及特点
返回
8
蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
一, 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
1.蜗杆头数 z1和蜗轮齿数 z2
蜗杆头数 z1=1~4,
● 单头,i大, 易自锁, 效率低, 精度高 。
● 多头,η↑,但加工困难, 精度降低 。
蜗轮齿数 z2=27~80
2.蜗杆分度圆上螺旋升角 ?
q
Z
d
mZ
d
PZ
d
Ptg aZ 1
1
1
1
11
1
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9
蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
3,蜗杆的分度圆直径 d1
和直径系数 q
d1=mq
?t a n
1
1
zmd ?
?t a n
1zq ?
10
蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
二, 几何尺寸计算
传动比和齿数比,
标准中心距 a,
三, 蜗杆传动的滑动速度及转动方向的判断
1,滑动速度
2.方向的判断：左右手螺旋定则
滑动速度示意图
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2
1
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11
蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
返回
d 2
12
蜗杆传动的失效形式、设计准则
和材料选择
一, 失效形式,
主要有点蚀, 齿根折断, 齿面胶合和磨损 。 最常见失效是齿面胶
合和过度磨损 。
二, 设计准则,
● 开式传动,主要失效是齿面磨损和轮齿折断 。
设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则 。
● 闭式传动,主要失效是胶合和点蚀 。
设计准则：按齿面接触疲劳强度设计, 再校核齿根弯曲疲劳强度, 另
计算热平衡和蜗杆刚度 。
三, 常用材料,
要求,足够的强度；良好的减摩, 耐磨性；良好的抗胶合性 。
蜗杆材料,碳钢和合金钢 。
蜗轮材料,铸造锡青铜 （ ZCuSn10P1,ZCuSn5P65Zn5）
铸造铝青铜 （ ZcuAl10Fe3）
灰铸铁 。
13
蜗杆传动的强度和刚度计算
一, 蜗杆传动的受力分析
2
1
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2
22 2 at FdTF ???
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22
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tn
d
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1．力的大小
2．力的方向和蜗轮转向的判别
Ft“主反从同”,Fr指向轴线
Fa1按蜗杆左（右）手螺旋定则确定。
14
蜗杆传动的强度和刚度计算
二, 蜗轮齿面接触疲劳强度计算
校核公式,
设计公式,
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212
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三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核,
四、蜗杆的刚度计算
蜗杆刚度条件,
许用最大挠度,
截面惯性矩 I,
15
蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
一, 蜗杆传动的效率
蜗杆效率初估 Z1 1,2,4,6
0.7,0.8,0.9,0.95
二, 蜗杆传动的润滑
目的, 1） 提高效率； 2） 降低温升, 防止磨损和胶合 。
方法, ● 蜗杆上置式浸油润滑：润滑效果较差, 但搅油损失小；
● 蜗杆下置式浸油润滑：润滑效果较好, 但搅油损失大 。
三, 蜗杆传动热平衡计算
● 原因,摩擦热使温升较高, 润滑油粘度下降, 加剧磨损和胶合 。
● 热平衡计算,
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1000P1（ 1- ） = Ks A(t1-t0) ?
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S
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01
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16
蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
● 如 t1>80° 时采取措施,
1,加散热片以增大散热面积 。
2,蜗杆轴端加风扇, 用强制风冷却 。
3,在传动箱内安装循环冷却管路 。
4,采用压力喷油润滑 。
17
蜗杆和蜗轮的结构
一, 蜗杆结构,
（ 1） 铣制蜗杆
（ 2） 车制蜗杆
二, 蜗轮结构,
（ 1） 整体浇铸式
（ 2） 齿圈式
（ 3） 拼铸式
（ 4） 螺栓联接式
第二十一章 蜗杆传动
（ 一 ） 教学要求
能根据已知条件, 合理地确定普通圆柱蜗杆和蜗轮的
材料, 主要参数, 尺寸, 结构, 正确啮合条件, 强度计算,
热平衡计算等 。
（ 二 ） 教学的重点与难点
重点,普通圆柱蜗杆传动的啮合特点, 几何参数计算, 正
确啮合条件, 强度计算 。
难点,蜗杆传动的受力分析 。
（ 三 ） 教学内容
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第二十一章 蜗杆传动
§ 21-1 蜗杆机构的形成, 类型及特点
§ 21-2 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
§ 21-3 蜗杆传动的失效形式, 设计准则和材料选择
§ 21-4 蜗杆传动的强度和刚度计算
§ 21-5 蜗杆传动的效率, 润滑和热平衡计算
§ 21-6 蜗杆和蜗轮的结构
结束
3
蜗杆机构的形成、类型及特点
综述,
1,
2,点接触, 承载能力低,
3,相对滑动速度大, 轮齿易磨损 。
一, 蜗杆蜗轮的形成
1,螺旋齿轮机构
2,啮合特点,
蜗杆分度圆柱面上螺旋线的导程角
示意图
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蜗杆机构的形成、类型及特点
返回
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蜗杆机构的形成、类型及特点
二, 蜗杆蜗轮机构的分类
按 蜗 杆 形 状,圆柱蜗杆机构
环面蜗杆机构
锥蜗杆机构
阿基米德圆柱蜗杆
按蜗杆齿廓曲线形状,渐开线圆柱蜗杆
延伸渐开线蜗杆
锥面包络圆柱蜗杆
● 普通圆柱蜗杆传动,
⑴ 阿基米德蜗杆 （ ZA） ⑵ 法面直廓蜗杆 （ ZN）
⑶ 渐开线蜗杆 （ ZI） ⑷ 锥面包络圆柱蜗杆 （ ZK）
● 圆弧圆柱蜗杆 （ ZC）
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蜗杆机构的形成、类型及特点
四, 蜗杆传动的特点
优点, ① 传动比大, 机构紧凑；
② 传动平稳, 无噪音；
③ 反向行程时可自锁, 安全保护 。
缺点, ① 齿面相对滑动速度大, 易磨损；
② 效率低, 成本较高 。
示意图
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三、蜗杆传动的正确啮合条件
主平面,通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。
正确啮合条件,
7
蜗杆机构的形成、类型及特点
返回
8
蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
一, 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
1.蜗杆头数 z1和蜗轮齿数 z2
蜗杆头数 z1=1~4,
● 单头,i大, 易自锁, 效率低, 精度高 。
● 多头,η↑,但加工困难, 精度降低 。
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2.蜗杆分度圆上螺旋升角 ?
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1
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蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
3,蜗杆的分度圆直径 d1
和直径系数 q
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1
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蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
二, 几何尺寸计算
传动比和齿数比,
标准中心距 a,
三, 蜗杆传动的滑动速度及转动方向的判断
1,滑动速度
2.方向的判断：左右手螺旋定则
滑动速度示意图
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蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
返回
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蜗杆传动的失效形式、设计准则
和材料选择
一, 失效形式,
主要有点蚀, 齿根折断, 齿面胶合和磨损 。 最常见失效是齿面胶
合和过度磨损 。
二, 设计准则,
● 开式传动,主要失效是齿面磨损和轮齿折断 。
设计准则：按齿根弯曲疲劳强度为设计准则 。
● 闭式传动,主要失效是胶合和点蚀 。
设计准则：按齿面接触疲劳强度设计, 再校核齿根弯曲疲劳强度, 另
计算热平衡和蜗杆刚度 。
三, 常用材料,
要求,足够的强度；良好的减摩, 耐磨性；良好的抗胶合性 。
蜗杆材料,碳钢和合金钢 。
蜗轮材料,铸造锡青铜 （ ZCuSn10P1,ZCuSn5P65Zn5）
铸造铝青铜 （ ZcuAl10Fe3）
灰铸铁 。
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蜗杆传动的强度和刚度计算
一, 蜗杆传动的受力分析
2
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14
蜗杆传动的强度和刚度计算
二, 蜗轮齿面接触疲劳强度计算
校核公式,
设计公式,
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三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核,
四、蜗杆的刚度计算
蜗杆刚度条件,
许用最大挠度,
截面惯性矩 I,
15
蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
一, 蜗杆传动的效率
蜗杆效率初估 Z1 1,2,4,6
0.7,0.8,0.9,0.95
二, 蜗杆传动的润滑
目的, 1） 提高效率； 2） 降低温升, 防止磨损和胶合 。
方法, ● 蜗杆上置式浸油润滑：润滑效果较差, 但搅油损失小；
● 蜗杆下置式浸油润滑：润滑效果较好, 但搅油损失大 。
三, 蜗杆传动热平衡计算
● 原因,摩擦热使温升较高, 润滑油粘度下降, 加剧磨损和胶合 。
● 热平衡计算,
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蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算
● 如 t1>80° 时采取措施,
1,加散热片以增大散热面积 。
2,蜗杆轴端加风扇, 用强制风冷却 。
3,在传动箱内安装循环冷却管路 。
4,采用压力喷油润滑 。
17
蜗杆和蜗轮的结构
一, 蜗杆结构,
（ 1） 铣制蜗杆
（ 2） 车制蜗杆
二, 蜗轮结构,
（ 1） 整体浇铸式
（ 2） 齿圈式
（ 3） 拼铸式
（ 4） 螺栓联接式
