机械设计基础蜗杆传动
演讲人：
日期:
CATALOGUE
目录
02
结构特征分析
01
传动系统概述
03
材料与制造工艺
04
设计计算准则
05
实际应用案例
06
维护与优化策略
01
PART
传动系统概述
蜗杆传动定义与组成
01
蜗杆传动定义
蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的传动装置，用于实现空间垂直或交错轴之间的运动和动力传递。
02
组成要素
蜗杆传动的主要组成部件包括蜗杆、蜗轮、轴承、箱体等。
传动特点与类型划分
蜗杆传动具有大传动比、自锁性、传动平稳、噪声小等特点，但效率较低且易磨损。
传动特点
根据蜗杆和蜗轮的相对位置，蜗杆传动可分为平面蜗杆传动、空间蜗杆传动等类型；根据蜗杆的形状，还可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动等。
类型划分
01
02
典型应用场景分析
蜗杆传动在机械设备中广泛应用，如机床、减速器、升降机等，起到减速和增力的作用。
机械设备
在仪器仪表中，蜗杆传动因其传动平稳、精度高的特点而被用于微调机构。
仪器仪表
在部分交通工具中，如船舶、飞机等，蜗杆传动也被用于实现某些特定的运动和动力传递。
交通工具
02
PART
结构特征分析
蜗杆蜗轮基本结构
蜗杆
蜗杆是一种具有一圈或多圈螺旋齿的齿轮，其齿面为螺旋面，通常与蜗轮配合使用。蜗杆的头数（即螺旋齿数）通常较少，一般为1、2、4等。
蜗轮
传动形式
蜗轮是一种与蜗杆相啮合的齿轮，其齿面为与蜗杆相匹配的螺旋面。蜗轮的齿数通常较多，以便与蜗杆形成较大的传动比。
蜗杆传动主要通过蜗杆与蜗轮之间的啮合来实现运动和动力的传递。蜗杆通常为主动件，蜗轮为从动件。
1
2
3
蜗杆传动时，蜗杆和蜗轮的啮合点会沿着蜗杆的螺旋线运动，从而实现蜗轮的旋转运动。
啮合运动原理
啮合点运动
在啮合过程中，蜗杆的轴向力会传递到蜗轮上，使其产生旋转运动。同时，蜗轮的反作用力也会通过啮合点反馈到蜗杆上。
轴向力传递
蜗杆传动的传动比等于蜗轮的齿数与蜗杆的头数之比。由于蜗杆的螺旋升角较小，因此蜗杆传动通常具有较大的传动比和减速效果。
传动比计算
几何参数设计规范
模数选择
模数是蜗杆和蜗轮齿距的重要参数，它决定了蜗杆传动的承载能力、尺寸和重量。模数选择应根据传动比、承载能力、结构尺寸等因素综合考虑。
压力角选择
压力角是蜗杆齿面与分度圆之间的夹角，它影响蜗杆传动的效率和承载能力。一般来说，压力角越大，传动效率越高，但承载能力越低；反之亦然。因此，在选择压力角时应根据具体使用条件进行权衡。
螺旋角设计
螺旋角是蜗杆螺旋线的升角，它决定了蜗杆传动的传动比和轴向力的大小。螺旋角的选择应保证蜗杆传动的平稳性、效率和承载能力。同时，螺旋角的设计还应考虑制造和装配的难易程度。
齿数配比
蜗杆和蜗轮的齿数配比对于传动的平稳性、效率和承载能力都有重要影响。一般来说，蜗轮的齿数应大于蜗杆的头数，以获得较大的传动比和减速效果。同时，齿数配比还应考虑齿轮的啮合重合度和轮齿的强度等因素。
03
PART
材料与制造工艺
蜗杆传动通常需承受较大的压力，因此材料需具备高强度，以确保其耐久性和可靠性。
蜗杆传动的摩擦系数较大，需选择耐磨性好的材料，以减少磨损和延长使用寿命。
在某些应用场合，蜗杆传动可能暴露在腐蚀性环境中，因此需选择耐腐蚀性强的材料。
蜗杆传动的制造精度要求较高，因此材料需具备良好的加工性，以满足加工需求。
常用材料性能要求
高强度
耐磨性
耐腐蚀性
良好的加工性
精密加工工艺流程
粗加工
通过铸造、锻造等工艺将原材料加工成毛坯，为后续的精密加工提供基础。
02
04
03
01
热处理
对蜗杆传动进行淬火、回火等热处理工艺，以提高其硬度和耐磨性。
精加工
包括车削、铣削、磨削等工艺，对蜗杆传动进行精细加工，确保其尺寸精度和表面粗糙度。
无损检测
采用超声波检测、磁粉检测等无损检测方法，确保蜗杆传动内部无缺陷。
渗碳淬火
将蜗杆传动置于渗碳介质中加热，使碳原子渗入表面层，然后进行淬火处理，以提高表面硬度和耐磨性。
高频感应淬火
利用高频感应电流对蜗杆传动表面进行快速加热和淬火，使其表面产生高硬度的淬硬层。
喷丸强化
将高速弹丸喷射到蜗杆传动表面，使表面产生压应力，从而提高其疲劳强度和耐磨性。
渗氮处理
在高温下将氮原子渗入蜗杆传动表面，形成氮化物层，提高其表面硬度和耐腐蚀性。
表面硬化处理方法
01
02
03
04
04
PART
设计计算准则
载荷分布与强度计算
考虑蜗杆、蜗轮齿面间的接触应力、弯曲应力及齿根应力等。
蜗杆传动的受力分析
评估蜗杆、蜗轮轮齿的弯曲强度和接触强度，确保设计满足载荷需求。
强度计算
考虑蜗杆传动中载荷分布的不均匀性，计算载荷分布系数以更准确地评估齿面强度。
载荷分布系数
传动效率影响因素
6px
6px
6px
蜗杆与蜗轮齿面啮合过程中的摩擦损失，包括滑动摩