蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)

蝸輪蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)是用來(lái)傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。最常用的是軸交角∑=90°的減速傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比，在傳遞動(dòng)力時(shí)，傳動(dòng)比一般為5~80，常用15~50；在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可達(dá)300，若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。蝸輪蝸桿傳動(dòng)工作平穩(wěn)無(wú)噪音。蝸桿反行程能自鎖。重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容本章中阿基米德蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)參數(shù)、受力分析、材料選擇、強(qiáng)度計(jì)算、傳動(dòng)效率等為重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。對(duì)熱平衡計(jì)算、潤(rùn)滑方法、蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)等也應(yīng)一、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型

圓柱蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)阿基米德蝸桿

(ZA蝸桿)

漸開(kāi)線蝸桿

(ZI蝸桿)法向直廓蝸桿

(ZN蝸桿)錐面包絡(luò)蝸桿

(ZK蝸桿)與上述各類(lèi)蝸桿配對(duì)的蝸輪齒廓，完全隨蝸桿的齒廓而異。蝸輪一般是在滾齒機(jī)上用滾刀或飛刀加工的。為了保證蝸桿和蝸輪能正確嚙合，切削蝸輪的滾刀齒廓，應(yīng)與蝸桿的齒廓一致；深切時(shí)的中心距，也應(yīng)與蝸桿傳動(dòng)的中心距相同。圓柱蝸桿傳動(dòng)１、通圓柱蝸桿傳動(dòng)（１）阿基米德蝸桿這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面(即端面)上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓(即軸向齒廓)為直線，其齒形角α0=20°。它可在車(chē)床上用直線刀刃的單刀(當(dāng)導(dǎo)程角γ≤3°時(shí))或雙刀(當(dāng)γ>3°時(shí))車(chē)削加工。安裝刀具時(shí)，切削刃的頂面必須通過(guò)蝸桿的軸線。這種蝸桿磨削困難，當(dāng)導(dǎo)程角較大時(shí)加工不便。（２）漸開(kāi)線蝸桿漸開(kāi)線蝸桿(ZI蝸桿)蝸桿齒面為漸開(kāi)螺旋面，端面齒廓為漸開(kāi)線。加工時(shí)，車(chē)刀刀刃平面與基圓相切。可以磨削，易保證加工精度。一般用于蝸桿頭數(shù)較多，轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動(dòng)。

（３）法向直廓蝸桿這種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開(kāi)線，法面(N-N)齒廓為直線。ZN蝸桿也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車(chē)床上車(chē)削加工。車(chē)削時(shí)車(chē)刀刀刃平面置于螺旋線的法面上，加工簡(jiǎn)單，可用砂輪磨削，常用于多頭精密蝸桿傳動(dòng)。（４）錐面包絡(luò)蝸桿

這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車(chē)床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時(shí)，盤(pán)狀銑刀或砂輪放置在蝸桿齒槽的法向面內(nèi)，除工件作螺旋運(yùn)動(dòng)外，刀具同時(shí)繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，銑刀(或砂輪)回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面，在I-I及N-N截面上的齒廓均為曲線。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。２、圓弧圓柱蝸桿圖示的圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)和普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相似，只是齒廓形狀有所區(qū)別。這種蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的刀具切制的，而蝸輪是用范成法制造的。在中間平面(即蝸桿軸線和蝸桿副連心線所在的平面)上，蝸桿的齒廓為凹弧，而與之相配的蝸輪的齒廓?jiǎng)t為凸弧形。所以，圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)是一種凹凸弧齒廓相嚙合的傳動(dòng)，也是一種線接觸的嚙合傳動(dòng)。其主要特點(diǎn)為:效率高，一般可達(dá)90%以上；承載能力高，一般可較普通圓柱蝸桿傳動(dòng)高出50%～150%；體積??；質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)緊湊。這種傳動(dòng)已廣泛應(yīng)用到冶金、礦山、化工、建筑、起重等機(jī)械設(shè)備的減速機(jī)構(gòu)中。（二）環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特征是，蝸桿體在軸向的外形是以凹圓弧為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，所以把這種蝸桿傳動(dòng)叫做環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(見(jiàn)下圖)。在這種傳動(dòng)的嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上，亦即蝸桿的節(jié)弧沿蝸輪的節(jié)圓包著蝸輪。在中間平面內(nèi)，蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。由于同時(shí)相嚙合的齒對(duì)多，而且輪齒的接觸線與蝸桿齒運(yùn)動(dòng)的方向近似于垂直，這就大大改善了輪齒受力情況和潤(rùn)滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德蝸桿傳動(dòng)的2～4倍，效率一般高達(dá)0.85～0.9；但它需要較高的制造和安裝精度。

除上述環(huán)面蝸桿傳動(dòng)外，還有包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。這種蝸桿傳動(dòng)分為一次包絡(luò)和二次包絡(luò)(雙包)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)兩種。它們的承載能力和效率較上述環(huán)面蝸桿傳動(dòng)均有顯著的提高。（三）錐蝸桿錐蝸桿傳動(dòng)也是一種空間交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，兩軸交錯(cuò)角通常為90°。蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋所形成的，故稱為錐蝸桿。而蝸輪在外觀上就象一個(gè)曲線齒錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機(jī)上加工而成的，故稱為錐蝸輪。錐蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是：同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大(一般為10～360)，承載能力和效率較高；側(cè)隙便于控制和調(diào)整；能作離合器使用；可節(jié)約有色金屬；制造安裝簡(jiǎn)便，工藝性好。但由于結(jié)構(gòu)上的原因傳動(dòng)具有不對(duì)稱性，因而正、反轉(zhuǎn)時(shí)受力不同，承載能力和效率也不同。二、蝸桿傳動(dòng)的幾何參數(shù)和尺寸計(jì)算在計(jì)算蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸之前，先要選擇蝸桿傳動(dòng)的幾何參數(shù)。圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要幾何參數(shù)名

稱符號(hào)說(shuō)明模數(shù)m1）m的大小由強(qiáng)度計(jì)算確定，并按GB（表2）取標(biāo)準(zhǔn)值2）蝸桿軸向模數(shù)ma1=蝸輪端面模數(shù)mt2=模數(shù)m壓力角α1）α的標(biāo)準(zhǔn)值是20°，動(dòng)力傳動(dòng)允許25°，分度傳動(dòng)允許15°或12°2）ZA蝸桿軸向壓力角αa=α；ZA、ZI、ZK蝸桿法向壓力角αn=α蝸桿直徑系數(shù)q1）是一個(gè)將蝸桿分度圓直徑d1限制為標(biāo)準(zhǔn)值的參數(shù)：q=d1/m，其值見(jiàn)表22）引入該參數(shù)是為了限制切制蝸輪時(shí)所需要的滾刀數(shù)目，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。蝸桿頭數(shù)z1通常取z1=1、2、4、6，頭數(shù)過(guò)多，導(dǎo)程角過(guò)大會(huì)使加工困難。蝸輪齒數(shù)z2為了保證始終有兩對(duì)以上齒嚙合，通常規(guī)定z2>28,以增加傳動(dòng)的平穩(wěn)性傳動(dòng)比i121）i12=n1/n2=z2/z1=d2/（mz1）=（2a-d1）/（mz1）=（2a/m-q）/z12）減速傳動(dòng)時(shí)常用i=15~50，薦用的蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)比之間的對(duì)應(yīng)值見(jiàn)表1齒數(shù)比uu=蝸輪齒數(shù)z2/蝸桿頭數(shù)z1，減速傳動(dòng)時(shí)u=i蝸桿導(dǎo)程角γ1）γ多在3°~31°之間。γ小易自鎖，γ大傳動(dòng)效率高，但蝸桿加工困難2）tgγ=z1/q，要求有自鎖性能時(shí)，γ應(yīng)小，即應(yīng)取頭數(shù)z1=1中心距aa的大小能反映傳遞功率的大小，標(biāo)準(zhǔn)中心距見(jiàn)表2蝸輪變位系數(shù)x21）變位的主要目的是配湊中心距和湊傳動(dòng)比，使之符合標(biāo)準(zhǔn)或推薦值。2）為保持加工蝸輪時(shí)的滾刀尺寸不變，蝸桿是不變位的。3）當(dāng)配湊中心距時(shí)x2=（a'-a）/m圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要幾何尺寸的計(jì)算公式名稱符號(hào)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)備注中心距aa=0.5m(q+z2a'=0.5m(q+z2+2x2蝸桿分度圓直徑d1d1=mq按規(guī)定選取蝸桿軸向齒距papa=mπ蝸桿導(dǎo)程pzpz=z1pa蝸桿導(dǎo)程角γγ=arctgz1/q是分度圓柱上的導(dǎo)程角頂隙cc=c*mc*=0.2蝸桿齒頂高h(yuǎn)a1ha1=ha*m一般ha*=1，短齒，ha*=0.8蝸桿齒根高h(yuǎn)f1hf1=（ha*+c*）m蝸桿齒高h(yuǎn)1h1=ha1+hf1蝸桿齒頂圓直徑da1da1=d1+2ha1蝸桿齒根圓直徑df1df1=d1-2hf1蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度b1見(jiàn)下表蝸桿軸向齒厚Sa1Sa1=0.5πm蝸桿法向齒厚Sn1Sn1=Sa1cosγ蝸輪分度圓直徑d2d2=mz2蝸輪齒頂高h(yuǎn)a2ha2=ha*mha2=m(ha*+x2)(變位)蝸輪齒根高h(yuǎn)f2hf2=m(ha*+c*)hf2=m(ha*-x2+c*)(變位)蝸輪喉圓直徑da2da2=d2+2ha2蝸輪齒根圓直徑df2df2=d2-2hf2蝸輪齒寬b2b2≈2m(0.5+))蝸輪齒根圓弧半徑R1R1=0.5da1+cR1=0.5da1+c蝸輪齒頂圓弧半徑R2R2=0.5df1+cR2=0.5df1+c蝸輪頂圓直徑de2見(jiàn)下表蝸輪輪緣寬度B見(jiàn)下表蝸輪咽喉母圓半徑rg2rg2=a-da2/2B、de2、b1的計(jì)算公式z1Bde2x2b11≤0.75≤+2m0≥(11+0.06)m當(dāng)變位系數(shù)為中間值時(shí),b1取鄰近兩公式所求值的較大者。經(jīng)磨削的蝸桿，按左式所求的長(zhǎng)度應(yīng)再增加下列值:當(dāng)m<10mm時(shí)，增加25mm;當(dāng)m=10～16mm時(shí)，增加35～40mm;當(dāng)m>16mm時(shí)，增加50mm-0.5≥(8+0.06)m-0.1≥(10.5+)m2≤+1.5m0.5≥(11+0.1)m1.0≥(12.5+0.1)m4≤0.67≤+m0≥(12.5+0.09)m-0.5≥(9.5+0.09)m-0.1≥(10.5+)m0.5≥(12.5+0.1)m1.0≥(13+0.1)m三、蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.失效形式

1）蝸桿傳動(dòng)齒面間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱量大，故閉式蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是膠合，其次是點(diǎn)蝕和磨損。開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的失效形式是磨損和齒根彎曲折斷。

2）由于蝸桿是螺旋齒、材質(zhì)強(qiáng)度又高于蝸輪，所以蝸桿傳動(dòng)的失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪上。

2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1）閉式傳動(dòng)：a.按齒面接觸強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，控制蝸輪齒面的點(diǎn)蝕和膠合

b.按齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度條件校核，控制輪齒的彎曲折斷和磨損

c.進(jìn)行熱平衡計(jì)算，控制溫升。

2）開(kāi)式傳動(dòng)：按齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，控制輪齒的彎曲折斷和磨損蝸桿按照直軸設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行剛度校核，控制蝸桿軸的彎曲變形。四、蝸桿蝸輪的材料

1.蝸桿蝸輪材料組合：

青銅作蝸輪齒圈，而蝸桿鋼制并淬硬、磨削。這種材料組合可獲得較強(qiáng)的抗膠合能力和良好的減摩耐磨性。

2.蝸桿常用材料及熱處理：

碳素鋼

用于一般傳動(dòng)

40、45調(diào)質(zhì)(硬度≤350HBS)

合金鋼

用于重要傳動(dòng)

40Cr表面淬火(40～55HRC)

15Cr、20Cr滲碳淬火(55～62HRC)

3.蝸輪常用材料

按相對(duì)滑動(dòng)速度vs來(lái)選取：vs≤2m/s灰鑄鐵用于低速、輕載或不重要的傳動(dòng)。

vs≤4m/s鋁鐵青銅抗膠合能力遠(yuǎn)比錫青銅差，但強(qiáng)度較高，價(jià)格便宜；用于速度較低的傳動(dòng)。

vs≤25m/s鑄磷錫青銅減摩、耐磨性好，抗膠合能力強(qiáng)，但其強(qiáng)度較低，價(jià)格較貴；用于高速或重要傳動(dòng)。五、蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿蝸輪受力圖齒面間總作用力法向力Fn(注：齒面間的摩擦力一般忽略不計(jì))分力的名稱圓周力Ft軸向力Fa徑向力Fr

分力的大?。剑剑剑剑剑椒至Φ姆较?/p>

Ft1與其作用點(diǎn)的圓周速度方向相反

"左右手定則”：蝸桿右旋伸右手（左旋伸左手）；四指順著轉(zhuǎn)向握起；拇指伸直后的指向?yàn)镕a1的方向。

Fr1、Fr2由作用點(diǎn)指向各自的軸心

分力之間的關(guān)系＝－＝－＝－

法向力的大?。剑剑?，為傳動(dòng)比，為傳動(dòng)效率,為蝸桿蝸輪法面壓力角；六、蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算包括蝸輪齒的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和蝸桿的剛度計(jì)算。本節(jié)介紹蝸輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。1、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)度條件式。

校核公式：

σH--蝸輪齒面接觸應(yīng)力/MPa

T2--蝸輪上的轉(zhuǎn)矩/N.mm

ZE--材料的彈性影響系數(shù)，青銅、鑄鐵蝸輪對(duì)鋼蝸桿時(shí)取=160MPa1/2

Zρ--蝸桿傳動(dòng)的接觸線長(zhǎng)度和曲率半徑對(duì)接觸強(qiáng)度的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱接觸系數(shù)，查圖1

K--載荷系數(shù)，K=KAKVKβ

KA--使用系數(shù)，查表3

KV--動(dòng)載系數(shù)，精確制造且蝸輪圓周速度v2≤3m/s時(shí)取1.0~1.1；v2＞3m/s時(shí)取1.1~1.2

Kβ--齒向載荷分布系數(shù)，平穩(wěn)載荷時(shí)取1；載荷變化大或有沖擊振動(dòng)時(shí)取1.0~1.1

a--中心距/mm

[σH]--許用接觸應(yīng)力，灰鑄鐵或強(qiáng)度極限σB≥300MPa的青銅蝸輪時(shí)，[σH]查表4；σB＜300MPa的青銅蝸輪時(shí)[σH]=KHN[σH]'，[σH]'查表5

KHN--接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：

N--應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，N=60jn2Lh（j--每轉(zhuǎn)中每個(gè)輪齒嚙合次數(shù)，Lh--工作壽命/小時(shí)，n2--蝸輪轉(zhuǎn)速/r/min）

設(shè)計(jì)公式:

計(jì)算出a后，可從表2中選一合適的a值以及相應(yīng)的參數(shù)。2、彎曲疲勞強(qiáng)度條件

借用斜齒圓柱齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，考慮蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，可得到齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件式。

校核公式：

σF--蝸輪齒根彎曲應(yīng)力/MPa

YFa2--蝸輪齒形系數(shù)，由當(dāng)量齒數(shù)及蝸輪的變位系數(shù)x2從圖2中查得。

Yβ--螺旋角影響系數(shù)，

[σF]--許用彎曲應(yīng)力，[σF]=KFN[σF]’，[σF]’查表6，

設(shè)計(jì)公式：

計(jì)算出m2d1后，可從表2中查出相應(yīng)的參數(shù)。七、蝸桿傳動(dòng)的效率閉式蝸桿傳動(dòng)的總效率為：＝

η1---輪齒嚙合損耗功率的效率,式中φv為當(dāng)量摩擦角，根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度vs(m/s)由表7選取。導(dǎo)程角γ是影響蝸桿傳動(dòng)嚙合效率的最主要的參數(shù)之一。η1隨γ增大而提高，但到一定值后即下降。當(dāng)γ>28°后，η1隨γ的增大就比較緩慢，而大導(dǎo)程角的蝸桿制造困難，所以一般取γ<28°。

η2---軸承摩擦損耗功率的效率

η3---浸入油中的零件攪油損耗功率的效率

由于軸承摩擦及浸入油中零件攪油的損耗的功率不大，一般η2η3=0.95～0.96。

在設(shè)計(jì)之初，普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率可近似取為：

z1=1，η＝0.7；

z1=2，η＝0.8；

z1=3，η＝0.85；

z1=4，η＝0.9。八、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，具有特別重要的意義。因?yàn)楫?dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，傳動(dòng)效率將顯著降低，并且會(huì)帶來(lái)劇烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險(xiǎn)，所以往往采用粘度大的礦物油進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，在潤(rùn)滑油中還常加入添加劑，使其提高抗膠合能力。蝸桿傳動(dòng)所采用的潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑裝置與齒輪傳動(dòng)的基本相同。

l．潤(rùn)滑油

潤(rùn)滑油的種類(lèi)很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件合理選用。在鋼蝸桿配青銅蝸輪時(shí)，常用的潤(rùn)滑油見(jiàn)下表<蝸桿傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑油>。蝸桿傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑油全損耗系統(tǒng)用有牌號(hào)L-AN68100150220320460680運(yùn)動(dòng)粘度61.2～74.890～110135～165198～242288～352414～506612～748粘度指數(shù)不小于90閃點(diǎn)（開(kāi)口）(℃)不低于180200220傾點(diǎn)(℃)不高于-8-5注：其余指標(biāo)可參看GB5903-1986。2．潤(rùn)滑油粘度及給油方法

潤(rùn)滑油粘度及給油方法，一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類(lèi)型進(jìn)行選擇。對(duì)于閉式傳動(dòng)，常用的潤(rùn)滑油粘度及給油方法見(jiàn)下表<蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度薦用值及給油方法>；對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，則采用粘度較高的齒輪油或潤(rùn)滑脂。如果采用噴油潤(rùn)滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端；蝸桿正反轉(zhuǎn)時(shí)兩邊都要裝有噴油嘴,而且要控制一定的油壓。

蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度薦用值及給油方法蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度vs/(m/s)0～10～2.50～5>5～10>10～15>15～25>25載荷類(lèi)型重重中（不限）（不限）（不限）（不限）運(yùn)動(dòng)粘度90050035022015010080給油方法油池潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑或油池潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑時(shí)的噴油壓力/MPa0.7233.潤(rùn)滑油量對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)采用油池潤(rùn)滑時(shí)，在攪油損耗不至過(guò)大的情況下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠土?。這樣不僅有利于動(dòng)壓油膜的形成，而且有助于散熱。對(duì)于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)為蝸桿上置式時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。九、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算由于蝸桿、蝸輪嚙合齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，摩擦、發(fā)熱大，效率低，對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng)，若散熱不良，會(huì)因油溫不斷升高，而使?jié)櫥瑮l件惡化導(dǎo)致齒面失效。所以，設(shè)計(jì)閉式蝸桿傳動(dòng)時(shí)，要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。

1、熱平衡計(jì)算方法

設(shè)熱平衡時(shí)的工作油溫為t0，則熱平衡校核條件為：

t0---最高不應(yīng)超過(guò)80°C；

ta---周?chē)諝獾臏囟?，常溫情況可取為20°C；

αd---為箱體表面散熱系數(shù)，在周?chē)諝饬魍己脮r(shí)，取14～17.45；通風(fēng)不好時(shí)，取8.15～10.5；

S---為箱體的散熱面積/m2，即箱體內(nèi)表面被油浸著或油能飛濺到，且外表面又被空氣所冷卻的箱體表面積；

η---蝸桿傳動(dòng)總效率。

2、散熱措施

若計(jì)算結(jié)果t0超出允許值，可采取以下措施，以提高散熱能力：

(1)在箱體外壁增加散熱片（圖1），以增大散熱面積S；

(2)在蝸桿軸端裝風(fēng)扇（圖2），加速空氣流通以增大散熱系數(shù)，此時(shí)散熱系數(shù)αd’按表8選??；

(3)在箱體油池中裝循環(huán)冷卻管路（圖3），以降低油溫。十、蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)１、蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)形式。其中圖a所示的結(jié)構(gòu)無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法；圖b所示的結(jié)構(gòu)則有退刀槽，螺旋部分可以車(chē)制，也可以銑制，但這種結(jié)構(gòu)的剛度比前一種差。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將蝸桿與軸分開(kāi)2、蝸輪的結(jié)構(gòu)常用的蝸輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種:1)齒圈式(圖a)這種結(jié)構(gòu)由青銅齒圈及鑄鐵輪芯所組成。齒圈與輪芯多用H7/r6配合，并加裝4～6個(gè)緊定螺釘(或用螺釘擰緊后將頭部鋸掉),以增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性。螺釘直徑取作(1.2～1.5）m,m為蝸輪的模數(shù)。螺釘擰入深度為(0.3～0.4)B,B為蝸輪寬度。為了便于鉆孔，應(yīng)將螺孔中心線由配合縫向材料較硬的輪芯部分偏移2～3mm。這種結(jié)構(gòu)多用于尺寸不太大或工作溫度變化較小的地方，以免熱脹冷縮影響配合的質(zhì)量。2)螺栓聯(lián)接式(圖b)可用普通螺栓聯(lián)接，或用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，螺栓的尺寸和數(shù)目可參考蝸輪的結(jié)構(gòu)尺寸而定，然后作適當(dāng)?shù)男：?。這種結(jié)構(gòu)裝拆比較方便，多用于尺寸較大或易磨損的蝸輪。3)整體澆注式(圖c)主要用于鑄鐵蝸輪或尺寸很小的青銅蝸輪。4)拼鑄式(圖d)這是在鑄鐵輪芯上加鑄青銅齒圈，然后切齒。只用于成批制造的蝸輪。。蝸輪輪芯部分的結(jié)構(gòu)尺寸可參考齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸。十一、設(shè)計(jì)示例

設(shè)計(jì)一攪拌機(jī)用的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)。已知輸入功率P1=9kw，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，傳動(dòng)比i=20，大批量生產(chǎn)，傳動(dòng)不反向，載荷較穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求工作壽命12000小時(shí)。[解]1.選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型

根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ZI）。2.選擇材料

根據(jù)庫(kù)存材料情況，并考慮到傳遞功率不大，速度中等，蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度為45~55HRC。蝸輪齒圈采用ZCuSn10P1，因是大批量生產(chǎn)，采用金屬模鑄造，為節(jié)約貴重金屬，輪芯用HT100制造。3.按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距

1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2按z1=2，估取效率η=0.8，則

2)確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定．所以選取齒向載荷分布系數(shù)Kβ＝1；由表1選取使用系數(shù)KA＝1.15；由于轉(zhuǎn)速高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)Kv＝1.05；則

3)確定彈性影響系數(shù)ZE因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故ZE=160。4)確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從圖1中可查得接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從圖1中可查得接觸系數(shù)=2.9。5)確定許用接觸應(yīng)力[σ]H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSnlOP1，金屬模鑄造，蝸桿硬度>45HRC,可從表5中查得鑄錫青銅蝸輪的基本許用應(yīng)力[σ]H'=268MPa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)則

6)計(jì)算中心距

取中心距a=200mm，因i=20，故從普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配表2中取模數(shù)m=8mm，蝸桿分度圓直徑d1=80mm。這時(shí)d1/a=0.4，從圖1;中可查得接觸系數(shù)'=2.74，因?yàn)?<，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。4.主要參數(shù)與幾何尺寸1)蝸桿軸向齒距pa=25.133mm，直徑系數(shù)q=10；齒頂圓直徑da1=96mm；齒根圓直徑df1=60.8mm；分度圓導(dǎo)程角γ=11°18'36"；蝸桿軸向齒厚sa=12.5664mm。

2)蝸輪蝸輪齒數(shù)z2=41；變位系數(shù)x2=-0.5；驗(yàn)算傳動(dòng)比i=z2/z1=41/2=20.5，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為(20.5-20)/20=0.025=2.5%,是允許的。蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓半徑蝸輪咽喉母圓半徑5.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度MPa當(dāng)量齒數(shù)根據(jù)x2=-0.5,zv2=43.48，可由圖2查得齒形系數(shù)YFa2=2.87。螺旋角系數(shù)許用彎曲應(yīng)力[σ]F=[σ]F′·KFN從表6中查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σ]F'=56MPa。壽命系數(shù)

彎曲強(qiáng)度足滿足的。6.精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB10089－1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為f,標(biāo)注為8fGBl0089-1988。然后由有關(guān)手冊(cè)查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。7．熱平衡核算（從略）。8．繪制工作圖（從略十二、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圖放大十三、蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)用表

表1蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用值

表1蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2的薦用值

i=z2/z1z1z25629~317~15429~6114~30229~6129~82129~82表2普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配中心距a/mm模數(shù)m/mm分度圓直

徑d1/mmm2d1/mm3蝸桿頭數(shù)z1直徑系數(shù)q蝸桿分度圓導(dǎo)程角γ蝸輪齒數(shù)z2蝸輪變位系數(shù)x24011818118.003°10′47″62050820401.252031.25116.003°34′35″49-0.5005022.43517.923°11′38″620.04063620.440501.62051.2112.504°34′26″51-0.50029°05′25″417°44′41″632871.68117.503°16′14″610.12580820.250222.489.2111.205°06′08″40210°07′29″29-0.100(50)419°39′14″(39)(-0.100)(63)628°10′43″(51)(0.400)8035.5142117.753°13′28″620.125100822.528175111.205°06′08″(50)210°27′29″29-0.100(63)419°39′14″(39)(0.100)80628°10′43″(53)(-0.100)10045281.25118.002°17′47″6203.1533.5352.25111.275°04′15″63210°03′48″29-0.1349(80)419°32′29″(39)(0.2619)(100)628°10′50″(53)(-0.3889)12556555.66117.7783°13′10″62-0.2063440640110.005°42′38″80211°18′36″31-0.500(100)421°48′05″(41)(-0.500)(125)630°57′50″(51)(0.750)160711136117.753°13′28″620.1251005501250110.005°42′38″31-0.500(125)211°18′36″(41)(-0.500)(160)421°48′05″(53)(0.500)(180)630°57′50″(61)(0.500)200902250118.003°10′47″6201256.3632500.47110.005°42′38″31-0.6587(160)211°18′36″(41)(-0.1032)(180)421°48′05″(48)(-0.4286)(200)630°57′50″(53)(0.2460)2501124445.28117.7783°13′10″610.29371008805120110.005°42′38″31-0.500(125)211°18′36″(41)(-0.500)(160)421°48′05″(47)(-0.375)(180)630°57′50″(52)(0.250)表3使用系數(shù)KA工作類(lèi)型IIIIII載荷性質(zhì)均勻、無(wú)沖擊不均勻、小沖擊