第6章機(jī)械設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)

第六章蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)組成——由蝸輪和蝸桿組成蝸輪蝸桿a）蝸桿下置b）蝸桿上置

蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)用于傳遞空間兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，兩軸線(xiàn)之間交錯(cuò)的夾角可以是任意的，但最常用的是兩軸在空間相互垂直，軸交角∑為90°。本章主要內(nèi)容

蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型、特點(diǎn)，幾何尺寸計(jì)算主要參數(shù)及其選擇，輪齒受力分析—重點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算—蝸輪輪齒強(qiáng)度、蝸桿剛度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算——控制溫升，防止膠合破壞1.結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大(動(dòng)力傳動(dòng)中，一般單級(jí)傳動(dòng)比i=8～80，在分度傳動(dòng)中，可達(dá)1000)2.傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)、沖擊和噪聲均很小，在一定的條件下具有自鎖性等傳動(dòng)缺點(diǎn)——在制造精度和傳動(dòng)比相同的情況下，蝸桿傳動(dòng)的摩擦發(fā)熱大，效率比齒輪傳動(dòng)低，只宜用于中、小功率的場(chǎng)合一．蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)§6-1蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型及特點(diǎn)二、蝸桿傳動(dòng)的分類(lèi)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐面蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)n1n2圓柱蝸桿傳動(dòng)n1n2環(huán)面蝸桿傳動(dòng)n1n2錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車(chē)床上用直線(xiàn)刀刃的車(chē)刀車(chē)制的(ZK型蝸桿除外)。車(chē)刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線(xiàn)也不同。

一）普通圓柱蝸桿傳動(dòng)按齒廓曲線(xiàn)分類(lèi)1.阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）2.漸開(kāi)線(xiàn)圓柱蝸桿（ZI蝸桿）--國(guó)標(biāo)推薦采用3.法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）4.錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）--國(guó)標(biāo)推薦采用按蝸桿旋向分類(lèi)按蝸桿頭數(shù)分類(lèi)左旋右旋單頭多頭20阿基米德螺旋線(xiàn)直廓20凸廓N-NI-I1.阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）蝸桿齒廓特點(diǎn)：垂直于軸線(xiàn)的剖面上齒廓為阿基米德螺旋線(xiàn)；通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)的剖面上為直線(xiàn)齒廓；不便加工，且難于磨削，不易保證精度，用于低速、輕載或不太重要的傳動(dòng)。NIIN蝸輪齒廓及蝸桿蝸輪傳動(dòng)特點(diǎn)：蝸輪齒廓——在中間平面上（通過(guò)蝸桿軸線(xiàn)且垂直于蝸輪軸線(xiàn)的平面）蝸輪齒廓為漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿蝸輪傳動(dòng)特點(diǎn)——在中間平面上蝸桿蝸輪的嚙合如齒輪、齒條的嚙合關(guān)系阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)

AA中間平面2.漸開(kāi)線(xiàn)圓柱蝸桿（ZI蝸桿）--國(guó)標(biāo)推薦采用蝸桿齒廓特點(diǎn)：蝸桿齒面為漸開(kāi)螺旋面，端面齒廓為漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿可以磨削，易保證加工精度，用于頭數(shù)較多、轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動(dòng)。db漸開(kāi)線(xiàn)I-I凸廓0直廓凸廓0II蝸桿可用兩把直線(xiàn)刀刃的車(chē)刀在車(chē)床上車(chē)制。加工時(shí)，兩把車(chē)刀的刀刃平面一上一下與基圓相切，被切出的蝸桿齒面是漸開(kāi)線(xiàn)螺旋面，端面的齒廓為漸開(kāi)線(xiàn)。

3.法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）蝸桿齒廓特點(diǎn)：蝸桿法面齒廓為直線(xiàn)齒廓，端面齒廓為延伸漸開(kāi)線(xiàn)齒廓蝸桿加工簡(jiǎn)單，可以磨削，用于多頭精密蝸桿傳動(dòng)。NNIII-I凸廓20直廓N-Nd0延伸漸開(kāi)線(xiàn)車(chē)制時(shí)刀刃頂面置于螺旋線(xiàn)的法面上，蝸桿在法向剖面上具有直線(xiàn)齒廓，在端面上為延伸漸開(kāi)線(xiàn)齒廓。

蝸桿齒廓特點(diǎn)：蝸桿齒面為圓錐面族的包絡(luò)曲線(xiàn)，在各個(gè)剖面上均為曲線(xiàn)。蝸桿切削和磨削容易，易于獲得高精度，應(yīng)用廣泛。錐面包絡(luò)圓柱蝸桿是一種非線(xiàn)性螺旋齒面蝸桿，采用盤(pán)狀錐面銑刀或盤(pán)狀錐面砂輪加工而成，刀具繞自身軸線(xiàn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具的軸線(xiàn)相對(duì)蝸桿的軸線(xiàn)傾斜一個(gè)蝸桿的導(dǎo)程角，刀具回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面，它在任意截面上的齒廓均為曲線(xiàn)齒形。4.錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）--國(guó)標(biāo)推薦采用二)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿的齒形分為蝸桿軸向剖面為圓弧形齒廓，用圓弧形車(chē)刀車(chē)削。用軸向剖面為圓弧的環(huán)面砂輪，裝在蝸桿螺旋線(xiàn)的法面上，由砂輪面包絡(luò)而成。阿基米德螺旋線(xiàn)III-I.........................................................................................N-NNN圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：1）在主剖面上蝸桿齒廓為凹弧形，與之配合的蝸輪齒廓為凸弧形；2）凹凸弧齒廓嚙合傳動(dòng)，也是線(xiàn)接觸的嚙合傳動(dòng)，接觸處的綜合曲率半徑大，承載能力高，比普通圓柱蝸桿高50%~150%；3）瞬時(shí)接觸線(xiàn)與滑動(dòng)速度交角大，有利于嚙合面間油膜形成，摩擦小，效率高，蝸桿可磨削，精度高，用于冶金、礦山、化工、起重運(yùn)輸機(jī)械。接觸線(xiàn)vsvt§6-2普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何關(guān)系一．蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇b12d2df1d1da1pzdf2da2R1R2b2B阿基米德蝸桿在中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條的嚙合傳動(dòng)。主要參數(shù)有：模數(shù)m、壓力角α、蝸桿頭數(shù)Z1、蝸輪齒數(shù)Z2、蝸桿直徑系數(shù)q、蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角γ等。

一）模數(shù)m和壓力角蝸桿軸向壓力角x1=蝸輪端面壓力角t2=標(biāo)準(zhǔn)壓力角

=20oAA蝸桿軸向模數(shù)mx1=蝸輪端面模數(shù)mt2=標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m中間平面

二）蝸桿分度圓直徑(又稱(chēng)中圓直徑)d1和直徑系數(shù)q

蝸桿傳動(dòng)中，為了保證蝸桿與蝸輪的正確嚙合，常用與蝸桿具有同樣參數(shù)的蝸輪滾刀來(lái)加工與其配對(duì)的蝸輪。

這樣，只要有一種尺寸的蝸桿，就必須有一種對(duì)應(yīng)的蝸輪滾刀。為了減少蝸輪滾刀的數(shù)目，為便于蝸輪滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定蝸桿直徑d1為標(biāo)準(zhǔn)值，且與m搭配。d1與m的比值稱(chēng)為蝸桿直徑系數(shù)，用q表示，即：注意：由于d1與m均為標(biāo)準(zhǔn)值，故q是d1、m兩個(gè)參數(shù)的導(dǎo)出值，不一定是整數(shù)，d1、m、q之間關(guān)系見(jiàn)表6-1。

因此，蝸桿分度圓直徑

:蝸桿分度圓導(dǎo)程角——蝸桿輪齒的切線(xiàn)與其端面之間的夾角導(dǎo)程（同一條螺旋線(xiàn)上相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）：pz=z1px蝸桿軸向齒距（相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的軸向距離）：px=m，效率高，330的蝸桿具有自鎖性。d1導(dǎo)程pzpxd1d1γγ導(dǎo)程角與導(dǎo)程的關(guān)系

導(dǎo)程角：pxtan=====pzd1z1pxd1z1md1z1mqmz1q

三）蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角γ

四）傳動(dòng)比i、蝸桿頭數(shù)Z1及蝸輪齒數(shù)Z22．蝸桿頭數(shù)Z1——蝸桿螺旋線(xiàn)數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸：i一定時(shí)，Z1↑則Z2↑尺寸↑，且加工困難對(duì)效率—Z1↑時(shí)，γ↑其效率η嚙=tanγ/tan（γ+ρv）↑對(duì)自鎖——Z1↓時(shí)，γ↓自鎖性好Z1影響考慮傳動(dòng)比—i↑則Z1↓，i↓時(shí)Z1↑見(jiàn)表6-2考慮用途——對(duì)反行程有自鎖要求的傳動(dòng)取Z1=1考慮效率要求——要求η嚙↑時(shí)宜選Z1↑一般?。?～4Z1選擇原則通常蝸桿傳動(dòng)是以蝸桿為主動(dòng)的減速裝置，故傳動(dòng)比與齒數(shù)比相等，即：1．傳動(dòng)比i注意：i==n2z1n1z2d1d2≠i==n2z1n1z2=u∵d1=qm

≠Z1m3.蝸輪齒數(shù)Z2具體選擇時(shí)，還應(yīng)考慮i、z1、

z2匹配關(guān)系(GB10085-1988),根據(jù)中心距及傳動(dòng)比，可查出m,q,d1,

z1、

z2。對(duì)蝸桿剛度—m不變時(shí)，Z2↑則d2↑，蝸桿軸跨距↑，剛度↓對(duì)蝸輪加工——Z2↓↓蝸輪輪齒根切影響避免產(chǎn)生根切，與單頭蝸桿嚙合的蝸輪，其齒數(shù)≥17增大嚙合區(qū)以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性，通常規(guī)定Z2＞28（保持兩對(duì)齒嚙合）為防止蝸輪尺寸過(guò)大造成蝸桿軸跨距大降低蝸桿的彎曲剛度——Z2max≤80。Z2

選擇表6-2蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒輪的薦用值

6

傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)30～8315～327～165～829～3129～6129～8129～82421

二.蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件當(dāng)兩軸線(xiàn)交錯(cuò)角∑=90?時(shí)，導(dǎo)程角γ應(yīng)與蝸輪分度圓柱螺旋角β等值且方向相同。1=2蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件O1O1β1γ1O21=2O1O1O2O2β1β2三.蝸桿傳動(dòng)的變位特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)變位目的湊中心距湊傳動(dòng)比使其符合標(biāo)準(zhǔn)值或推薦值蝸桿傳動(dòng)變位方法對(duì)蝸輪進(jìn)行變位，蝸桿的尺寸不變（由于加工蝸輪的滾刀形狀和尺寸要與蝸桿的齒廓形狀和尺寸相同，為了保持刀具的尺寸不變）1.湊中心距變位前后，蝸輪的齒數(shù)不變，僅改變傳動(dòng)的中心距變位前的中心距變位后的中心距變位系數(shù)2.湊傳動(dòng)比變位前后，傳動(dòng)的中心距不變，改變蝸輪的齒數(shù)z2，使傳動(dòng)比得到調(diào)整變位前后變位系數(shù)變位后齒數(shù)通常取為利于蝸輪強(qiáng)度的提高，最好取正值四.普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算一）普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸

b12df1d1da1pzR1R2Bd2df2da2b2中間平面普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算公式見(jiàn)表6-2注意：1.蝸桿分度圓直徑：d1=qm≠Z1m2.蝸桿傳動(dòng)的中心距：a=0.5（d1+d2）=0.5m（q+Z2）

≠0.5m（Z1+Z2）分度圓直徑d2頂圓（喉圓）直徑da2根圓直徑df23.蝸輪的指蝸輪中間平面上的值中間平面d2df2da2§6-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料選擇及受力分析一．蝸桿傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則1.蝸桿傳動(dòng)的失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效特點(diǎn)——由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失效多發(fā)生在蝸輪上。閉式蝸桿傳動(dòng)主要失效形式：蝸輪齒面點(diǎn)蝕——齒面接觸應(yīng)力σH循環(huán)作用引起當(dāng)z2>80時(shí)也會(huì)出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷d1d2211v1vsv2開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式——蝸輪輪齒的磨損。齒面膠合——由于蝸桿蝸輪齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大（），效率低發(fā)熱量大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬叨陆担瑵?rùn)滑條件變壞，容易發(fā)生膠合。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)——主要是控制因磨損而引起的蝸輪輪齒的折斷，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算。2.計(jì)算準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動(dòng)：1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)；2）校核齒根彎曲強(qiáng)度；3）連續(xù)工作的閉式傳動(dòng)，摩擦發(fā)熱大，效率低，溫度升高，散熱不好，引起潤(rùn)滑條件惡化而產(chǎn)生膠合，還需進(jìn)行傳動(dòng)效率和熱平衡計(jì)算以控制溫升。二．蝸桿、蝸輪配對(duì)材料選擇特點(diǎn)——結(jié)構(gòu)細(xì)而長(zhǎng)易變形，一般為主動(dòng)件，n1↑應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1↑，且連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；要求——材料的抗變形能力強(qiáng)（E↑）；輪齒強(qiáng)度要高（σB↑σS↑）；沖擊大—20Cr、20CrMnTi、12CrNi3A表面滲碳淬火(齒面硬度5662HRC）沖擊小—40、45鋼和40Cr、40CrNi、42SiMn表面淬火(齒面硬度4555HRC）不太重要的低速中載蝸桿——用45、40等碳素鋼調(diào)質(zhì)處理（硬度為220300HBS）。蝸桿常用材料高速重載蝸桿

1.蝸桿材料選擇2.蝸輪的材料選擇強(qiáng)度足夠減摩性好（fV↓）：fV鋼-青銅＜fV鋼-鑄鐵＜fV鋼-鋼

對(duì)材料要求

常用材料錫青銅ZCuSn10P1等——耐磨性最好，但價(jià)格較高用于高速或重要傳動(dòng)鋁鐵青銅ZcuAl10Fe3——耐磨性較好，但價(jià)格便宜，用于中速，較重要傳動(dòng)灰鑄鐵(HTl50或HT200)—用于低速輕載VS＞4m／s選錫青銅作蝸輪的齒圈VS＞2～4m／s選鋁鐵青銅VS≤2m／s選灰鑄鐵選擇方法:初估滑動(dòng)速度VS=（0.02～0.03）青銅蝸輪三、受力分析法面內(nèi)：

徑向力

(1)力的分解

切面內(nèi)：

圓周力

軸向力

(2)力的關(guān)系n1n2Fa2Ft2Fr2Fa1Ft1Fr1圓周力徑向力蝸桿上與轉(zhuǎn)向相反蝸輪上與轉(zhuǎn)向相同和指向各自的輪心軸向力：

左旋蝸桿用左手法則右旋蝸桿用右手法則蝸桿上用左右手法則判定

(3)力的方向§6-4普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于蝸桿材料是鋼而蝸輪材料為青銅等和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失效多發(fā)生在蝸輪上。蝸輪輪齒因?yàn)橐话隳?shù)較大，很少發(fā)生齒根疲勞斷裂，所以閉式傳動(dòng)，僅按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算；開(kāi)式傳動(dòng)，僅計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度。

一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件蝸輪與蝸桿嚙合處的齒面接觸應(yīng)力，與齒輪傳動(dòng)相似，利用赫芝應(yīng)力公式，考慮蝸桿和蝸輪齒廓特點(diǎn)，可得齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件條件。由

彈性系數(shù)

銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿組合時(shí)

而Ｌ為接觸線(xiàn)長(zhǎng)度因?yàn)閭鲃?dòng)平穩(wěn)Ｋ＝ＫＡ

d2df2da2最小接觸線(xiàn)長(zhǎng)度取平均值ξ＝0.75,εα＝2.2,２θ＝100°代入得綜合曲率半徑ρΣ由于蝸桿齒形在中間平面為齒條ρ1=∞

，取sinαn≈sinαcosγ將γ的平均值代入后ξ接觸線(xiàn)長(zhǎng)度變化系數(shù)εα端面重合度２θ蝸輪齒寬角將各結(jié)果代入基本公式

彈性系數(shù)

銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿組合時(shí)

校核式：設(shè)計(jì)式

：使用系數(shù),

同齒輪式中為許用應(yīng)力，分兩種情況：１、蝸輪材料強(qiáng)度極限σb小于300的青銅，主要失效為疲勞點(diǎn)蝕許用應(yīng)力為：壽命系數(shù)２、蝸輪材料強(qiáng)度極限σb大于300的青銅，主要失效為膠合許用應(yīng)力大小與應(yīng)力作用次數(shù)無(wú)關(guān)，按下表：二、蝸桿的剛度校核蝸桿受力后，會(huì)產(chǎn)生彈性變形，過(guò)大的彈性變形會(huì)造成蝸桿齒面受力不均，需校核彎曲剛度式中［y］為最大許用撓度［y］＝d１／1000為蝸桿兩端支承間的跨距，初步設(shè)計(jì)時(shí)取為蝸桿危險(xiǎn)截面的慣性矩§6-6

蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算

一.蝸桿傳動(dòng)的效率

效率攪油損耗效率軸承效率輪齒嚙合效率η＝η１η２η３由于蝸桿傳動(dòng)的效率低，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱。在閉式蝸桿傳動(dòng)中，若散熱不良，會(huì)因油溫不斷升高，使?jié)櫥Ф鴮?dǎo)致齒面膠合。所以，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫能穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。蝸桿主動(dòng)時(shí)最主要的參數(shù)查表ρv

根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)按上表查出

導(dǎo)程角是影響蝸桿傳動(dòng)嚙合效率最主要的參數(shù)之一，從圖可見(jiàn)，ηl隨增大而提高，但到一定值后即下降。

當(dāng)>28°后，ηl隨的變化就比較緩慢，而大導(dǎo)程角的蝸桿制造比較困難，所以一般選取<28°。

由于軸承摩擦及浸入油中零件攪油所損耗的功率不大，一般η2η3＝0.95～0.96，故總效率為

設(shè)計(jì)之初，為求出蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩T２，可根據(jù)蝸桿頭數(shù)Z1對(duì)效率作如下估取：Ｚl1２３４η0.70．80．850.9二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)十分重要，為減少磨損和防止產(chǎn)生膠合，往往用粘度大的礦物油進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，在潤(rùn)滑油中常加入添加劑，使其提高抗膠合能力。閉式蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油的粘度和潤(rùn)滑方法，主要根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度和工作條件來(lái)選擇，見(jiàn)表6-11。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)常采用粘度較高的齒輪油或潤(rùn)滑脂。（自學(xué)）三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算

由于摩擦損耗全部轉(zhuǎn)化為熱量，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量式中，Ｐ為蝸桿傳遞的功率kW；η--蝸桿傳動(dòng)的總效率。Q1=散熱量環(huán)境溫度一般取200工作溫度散熱面積計(jì)算式許用工作溫度、一般取600～700散熱面積散熱系數(shù)若為自然冷卻方式，則熱量從箱體外壁散發(fā)到周?chē)諝庵?，其單位時(shí)間內(nèi)的散熱量箱體的散熱系數(shù)，αｓ＝12～18W／(m２℃)，大值用于通風(fēng)良好的環(huán)境熱平衡條件：Q1=Q2若Ｔp超過(guò)允許值，可采取以下措施，以增加傳動(dòng)的散熱能力：

①在箱體外壁增加散熱片，增大散熱面積A，加散熱片時(shí)，還應(yīng)注意散熱片配置的方向要有利于熱傳導(dǎo)。②在蝸桿軸端設(shè)置風(fēng)扇(圖a)，進(jìn)行人工通風(fēng)，增大散熱系數(shù)，此時(shí)αs＝20～28W／(m2·℃)。③可在箱體油池中裝設(shè)蛇形冷卻管。

④采用壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑。初步計(jì)算時(shí)，對(duì)箱體有較好散熱筋片的，可用下式估算其散熱面積：式中，a——中心距，mm§6-7蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)的實(shí)例分析試設(shè)計(jì)一混料用的閉式蝸桿傳動(dòng)。已知：蝸桿的輸入功率kW,轉(zhuǎn)速為r/min，傳動(dòng)比，載荷穩(wěn)定無(wú)沖擊，預(yù)計(jì)使用壽命h。

解：（1）選擇材料

從已知條件知，轉(zhuǎn)速與載荷較高，載荷穩(wěn)定無(wú)沖擊，故蝸桿采用45鋼，表面淬火，硬度為45-55HRC.蝸輪采用，砂模鑄造。（2）確定主要參數(shù)查表6-2，由于，故（3）按蝸輪齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)

6

傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)30～8315～327～165～829～3129～6129～8129～82421

①計(jì)算②確定查表5-4，已知原動(dòng)機(jī)載荷平穩(wěn)無(wú)沖擊，取③確定根據(jù)蝸輪材料，鑄造方法及蝸桿齒面硬度查表6-5得④確定由于銅蝸輪與鋼蝸桿相配，蝸輪齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)工作機(jī)的工作特性原動(dòng)機(jī)的工作特性及其示例均勻平穩(wěn)

電動(dòng)機(jī)輕微沖擊

汽輪機(jī)、液壓馬達(dá)中等沖擊

多缸內(nèi)燃機(jī)嚴(yán)重沖擊

單缸內(nèi)燃機(jī)均勻平穩(wěn)1.001.101.251.50輕微沖擊1.251.351.501.75中等沖擊1.501.601.752.00表5-4

使用系數(shù)KA⑤確定查表6-1，并考慮匹配，?、薮_定中心距⑦計(jì)算蝸桿分度圓導(dǎo)程角蝸輪齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（4）熱平衡計(jì)算①求滑動(dòng)速度②根據(jù)滑動(dòng)速度和材料特性查表6-10確定當(dāng)量摩擦角③計(jì)算④估算散熱面積⑤工作溫度：取故滿(mǎn)足熱平衡要求。ρv

根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)按上表查出（5）蝸桿、蝸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①確定結(jié)構(gòu)型式蝸桿螺旋部分直徑不太，常與軸做成一體。蝸輪的常用型式如下：

（a）齒圈式(b)螺栓聯(lián)接式(c)整體澆鑄式(d)拼鑄式②計(jì)算幾何尺寸③繪制工作圖A.齒圈式：由青銅齒圈和鑄鐵輪芯組成，齒圈與輪芯采用H7/r6的過(guò)盈配合，并加裝4-6個(gè)緊定螺釘以增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性，用于結(jié)構(gòu)尺寸不太大或工作溫度變化小的場(chǎng)合，以免熱脹冷縮影響配合的質(zhì)量。B.螺栓聯(lián)接式：用普通螺栓或鉸制螺栓聯(lián)接蝸輪齒圈和鑄鐵輪芯，拆裝方便，用于尺寸較大或容易磨損的蝸輪。C.整體澆鑄式：用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪。D.拼鑄式：在鑄鐵輪芯上加鑄青銅齒圈，然后切齒，只用于批量制造的蝸輪。一.蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型及特點(diǎn)本章內(nèi)容小結(jié)類(lèi)型圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐面蝸桿傳動(dòng)1.阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）2.漸開(kāi)線(xiàn)圓柱蝸桿（ZI蝸桿）3.法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）4.錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）國(guó)標(biāo)推薦采用圓環(huán)面包絡(luò)圓柱蝸桿軸向圓弧齒圓柱蝸桿二.蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料選擇及受力分析1.蝸桿傳動(dòng)的失效形式蝸桿傳動(dòng)的失效特點(diǎn)——由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，在一般情況下，失效多發(fā)生在蝸輪上。閉式蝸桿傳動(dòng)主要失效形式：蝸輪齒面點(diǎn)蝕——齒面接觸應(yīng)力σH循環(huán)作用引起當(dāng)z2>80時(shí)也會(huì)出現(xiàn)輪齒的彎曲折斷d1d2211v1vsv2開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式——蝸輪輪齒的磨損。齒面膠合——由于蝸桿蝸輪齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大（），效率低發(fā)熱量大，使?jié)櫥驼扯纫驕囟壬叨陆?，?rùn)滑條件變壞，容易發(fā)生膠合。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)——主要是控制因磨損而引起的蝸輪輪齒的折斷，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算。2.計(jì)算準(zhǔn)則閉式蝸桿傳動(dòng)：1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)；2）校核齒根彎曲強(qiáng)度；3）連續(xù)工作的閉式傳動(dòng)，摩擦發(fā)熱大，效率低，溫度升高，散熱不好，引起潤(rùn)滑條件惡化而產(chǎn)生膠合，還需進(jìn)行傳動(dòng)效率和熱平衡計(jì)算以控制溫升。3．蝸桿、蝸輪配對(duì)材料選擇特點(diǎn)——結(jié)構(gòu)細(xì)而長(zhǎng)易變形，一般為主動(dòng)件，n1↑應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1↑，且連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；要求——材料的抗變形能力強(qiáng)（E