第十一章蝸桿傳動§11-1蝸桿傳動概述§11-2蝸桿傳動的類型§11-3普通圓柱蝸桿傳動的參數與尺寸§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡§11-6圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計§11-1蝸桿傳動概述蝸桿傳動是一種傳遞空間兩交錯軸之間運動和動力的傳動機構。§11-1蝸桿傳動概述蝸桿傳動的特點：1.

傳動比大，結構緊湊。一般為i=5~80，在分度或手動機構中可達300；若只傳遞運動可達1000。2.

沖擊載荷小，傳動平穩，噪聲小。3.

相對滑動速度大，摩擦磨損嚴重，效率較低。具有自鎖性時，效率約為40%左右。4.

為防止或減輕磨損及膠合，常用青銅等貴重金屬制造蝸輪，成本高。5.

為了避免過熱，需要良好的潤滑條件和散熱裝置。6.

反行程自鎖。蝸桿傳動通常用于減速裝置。

其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓曲線也不同。阿基米德蝸桿(ZA)

漸開線蝸桿

(ZI)法向直廓蝸桿(ZN)

錐面包絡蝸桿(ZK)§11-2蝸桿傳動的類型§11-2蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動環面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動蝸桿螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的刀具切制的

圓柱蝸桿環面蝸桿錐蝸桿另外，側隙便于控制和調整；可節約有色金屬。但因不對稱，正、反轉承載能力和效率不同。在中間平面，蝸桿蝸輪均為直線齒廓。同時嚙合齒數多，承載能力大，傳動平穩；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；但制造、安裝精度較高。§11-3普通圓柱蝸桿傳動的參數與尺寸§11-3普通圓柱蝸桿傳動的參數與尺寸一、正確嚙合條件在中間平面中，蝸桿與蝸輪的模數和壓力角分別相等即

蝸桿螺旋角與蝸輪螺旋角旋向相同。(γ1=90°-β1，β1+β2=90°)二、傳動比i§11-3普通圓柱蝸桿傳動的參數與尺寸國標GB10088-88對蝸桿模數作了專門規定。由于蝸輪是用與其配對的蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀加工而成的，為了限制滾刀的數目，國家標準對每一標準模數規定了一定數量的蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數m的比值(q=d1/m)稱為蝸桿直徑系數。詳細內容國標GB10087-88規定，標準壓力角α=20°阿基米德蝸桿軸向壓力角為標準值(20°)，其余法向壓力角為標準值(20°)。三、蝸桿傳動的主要參數1.模數2.壓力角3.蝸桿分度圓直徑d14.蝸桿的頭數z1較少的蝸桿頭數（如：單頭蝸桿）可以實現較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數過多時不易加工。通常蝸桿頭數取為1、2、4、6。(蝸桿頭數與傳動效率關系)§11-3普通圓柱蝸桿傳動的參數與尺寸5.導程角γ在m和d1為標準值時，z1↑→g↑6.蝸輪齒數z2蝸輪齒數主要取決于傳動比，即z2=iz1

。z2不宜太小（如z2＜26)，否則將使傳動平穩性變差。z2也不宜太大，否則在模數一定時，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。一般推薦z2

=29～80。

（z1與z2的薦用值表）7.中心距a見P245表11-3，表11-4。四、蝸桿傳動的幾何尺寸計算§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算一、蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的失效常發生在蝸輪輪齒上。蝸桿剛度不足也是其主要失效形式。蝸桿傳動的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。二、蝸桿傳動的常用材料三、蝸桿傳動的設計準則

為了減摩，通常蝸桿用鋼材(碳鋼、合金鋼)，蝸輪用有色金屬（銅合金）。蝸桿傳動常用材料

其材料不僅要具有足夠的強度，更重要的是具有良好的磨合性和耐磨性。和齒輪一樣，其失效也有點蝕、齒根折斷、齒面膠合及齒面磨損等。

在開式傳動中多發生齒面磨損和輪齒折斷，因此應以保證齒根彎曲疲勞強度作為開式傳動的主要設計準則。在閉式傳動中，蝸桿副多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，通常按齒面接觸疲勞強度進行設計，按齒根彎曲疲勞強度進行校核。此外，還需校核蝸桿的剛度。對于閉式蝸桿傳動，由于散熱較為困難，還應作熱平衡核算。

§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算原則：不僅要具有足夠的強度，更重要的是要具有良好的磨合性和耐磨性。

①蝸桿材料一般用碳素鋼、合金鋼。

一般情況：采用40、45等碳素鋼調質處理（硬度為220～300HBS）。高速重載：常用15Cr、20Cr滲碳淬火（硬度為56～62HRC）；

或40、45、40Cr、42SiMn表面淬火（硬度為45～55HRC）。低速或人力傳動：蝸桿可不經熱處理，甚至可采用鑄鐵。②蝸輪材料常用鑄造錫青銅(ZCuSnl0Pl，ZCuSn5Pb5Zn5)、鑄造鋁鐵青銅(ZCuAl10Fe3)、球墨鑄鐵和灰鑄鐵(HTl5O、HT2OO)

等。蝸輪也可用尼龍或增強尼龍材料制造。

滑動速度3m/s≤Vs≤25m/s的重要傳動：錫青銅，其抗膠合和耐磨性好，易于切削加工，但價格較高。滑動速度Vs≤6m/s的傳動：鋁鐵青銅，其抗膠合和耐磨性較錫青銅差一些，切削性能差，但價格便宜。滑動速度不高(Vs<2m/s)，效率要求也不高：可采用球墨鑄鐵和灰鑄鐵。四、蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相同，輪齒所受法向力Fn的同樣可分解為徑向力Fr、周向力Ft、軸向力Fa。蝸桿傳動受力方向判斷五、蝸桿傳動強度計算

在不計摩擦力時，有以下關系：§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算蝸桿剛度計算六、普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇

GB/T10089-1988對蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動規定了12個精度等級；1級精度最高，依次降低。與齒輪公差相仿，蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動的公差也分三個公差組。普通圓柱蝸桿傳動的精度，一般以6~9級應用最多。

§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算蝸桿傳動受力方向判斷

§11-4普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算②

各力方向的判斷①作用在主動輪和從動輪上的對應力大小相等，方向相反。蝸桿所受圓周力Ft1方向與它的轉向相反，蝸輪所受圓周力Ft2方向與它的轉向相同；蝸桿軸向力Fa1的方向由螺旋線的旋向和蝸桿的轉向來決定。對于右旋蝸桿，用右手判斷；對于左旋蝸桿，用左手判斷。徑向力Fr的方向均指向各自的軸心。

§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡一、蝸桿傳動的效率h1─單獨考慮嚙合摩擦損耗時的效率；h2─單獨考慮軸承摩擦損耗時的效率；h3─單獨考慮濺油損耗時的效率；其中h1是對總效率影響最大，其可由下式確定：所以z1↑→γ↑→η↑效率與蝸桿頭數的大致關系為：蝸桿頭數1

2

4

6

總效率0.70

0.80

0.90

0.95式中：γ－蝸桿的導程角；

v－當量摩擦角，見P260表11-18或11-19。一般η2η3

=0.95~0.96，即總效率：齒面間滑動速度

§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡齒面間滑動速度：該速度

沿蝸桿螺旋線方向。設蝸桿圓周速度為

，蝸輪圓周速度為

，則齒面間滑動速度為：式中，為蝸桿的節圓直徑(mm)；為蝸桿轉速(r／min)；為蝸桿的導程角。二、蝸桿傳動的潤滑潤滑的主要目的在于減摩與散熱。具體潤滑方法與齒輪傳動的潤滑相近。

潤滑油

潤滑油粘度及給油方法

潤滑油量潤滑油的種類很多，需根據蝸桿、蝸輪配對材料和運轉條件選用。鋼蝸桿配青銅蝸輪時常用潤滑油一般根據相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法包括：油池潤滑、噴油潤滑等。若采用噴油潤滑，噴油嘴要對準蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉時，兩邊都要裝噴油嘴，而且要控制一定的油壓。詳細介紹

潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產生過大的攪油損耗。對于下置蝸桿或側置蝸桿傳動，浸油深度應為蝸桿的一個齒高；當蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡三、蝸桿傳動的熱平衡計算由于傳動效率較低，對于長期運轉的蝸桿傳動，將會產生較大的熱量。如果這些熱量得不到及時散失，則系統溫度將升高，潤滑狀態將變差，進而產生較大摩擦損失，甚至發生膠合。所以，必須使單位時間內的發熱量等于散熱量，保證油溫穩定地處于規定范圍內。系統因摩擦功耗產生的熱量(發熱量)：從箱壁自然冷卻散發的熱量(散熱量)：在熱平衡條件下可得：可用于系統熱平衡驗算，一般to≤70~80℃可用于結構設計式中ad－箱體表面的傳熱系數，可取ad

＝(8.15~17.45)W/(m2?℃)；S

－箱體的可散熱面積(m2)；t0－潤滑油的工作溫度(℃)；ta－周圍空氣的溫度(℃)。§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡四、蝸桿傳動的散熱措施當自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：1.加散熱片以增大散熱面積2.在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣的流通

§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡3.加循環冷卻管路或冷卻器傳動箱內裝循環冷卻管路傳動箱外裝循環冷卻器

§11-5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡電機轉速為960r/min，主軸轉速為1.8r/min，蝸桿傳動主要參數為：模數m=12.5，蝸輪齒數z2=100，蝸桿頭數z1=2，直徑系數q=8.96

立盤過濾機主傳動系統分析

電機帶傳動減速器聯軸器軸承軸承蝸桿蝸輪主軸尼龍軸瓦1、熱平衡計算蝸桿螺旋角蝸桿轉速蝸桿線速度蝸桿副滑動速度摩擦角嚙合效率總效率散熱面積v§11-6圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計§11-6圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計一、蝸桿的結構當蝸桿螺旋部分的直徑不大時，常和軸做成整體，稱為蝸桿軸。當蝸桿螺旋部分直徑較大時，可將蝸桿與軸分開制作。

無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。

有退刀槽，螺旋部分既可以車制，也可以銑制，但該結構的剛度較前一種差。虛擬現實中的蝸桿二、蝸輪的結構為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節省銅材，當蝸輪直徑較大時，常采用組合式蝸輪即齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結構形式如下：整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯接式蝸輪

§11-6圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計例題1例題1第十一章蝸桿傳動例題2例題2第十一章蝸桿傳動

試分析下圖所示蝸桿、蝸輪的轉向及螺旋線旋向，并分別畫出蝸輪、蝸桿在嚙合點處所受各個分力的方向，圖中1輪為主動輪。

下圖所示傳動系統由蝸輪蝸桿和斜齒圓柱齒輪組成，已知蝸桿的螺旋