机械设计基础课件：蜗杆传动设计 -

1.蜗杆传动的失效形式及设计准则；

2.蜗杆传动的材料及结构设计；

3.蜗杆传动的强度计算、效率及热平衡计算。1.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则；2.了解蜗杆、蜗轮的材料选择和结构设计；3.掌握蜗杆传动的受力分析、强度计算及热平衡计算。教学提纲蜗杆传动设计教学目标蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力。12.1蜗杆传动的失效形式及常用材料

在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上，一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算。12.1.1蜗杆传动的失效形式12.1.2蜗杆传动的设计准则对于闭式蜗杆传动，齿面胶合或点蚀为主要失效形式，所以通常按齿面接触疲劳强度来设计，校核齿根弯曲疲劳强度。还必须作热平衡计算。对于开式蜗杆传动或传动时载荷变动较大，齿面磨损和轮齿折断为主要失效形式，所以通常按齿根弯曲疲劳强度进行设计。12.1.3蜗杆传动的材料

基于蜗杆传动的主要失效形式，蜗杆传动的材料组合首先要求具有良好的减摩、耐磨、易于磨合的性能和抗胶合能力。此外，也要求有足够的强度。蜗杆常用材料及热处理见表12-1。

蜗轮常用锡青铜、无锡青铜或铸铁制造。锡青铜用于滑动速度Vs>3m/s的重要传动，耐磨性最好，但价格较高；无锡青铜一般用于Vs≤4m/s的传动，该材料耐磨性较锡青铜差一些，但价格较便宜；铸铁用于滑动速度Vs<2m/s的传动,随着塑料工业的发展，也可用尼龙或增强尼龙来制造蜗轮。12.1.4蜗杆传动的精度及其选择

GB/T10089—1988对蜗杆、蜗轮和蜗杆传动规定了12个精度等级，其中1级精度最高，12级精度最低。普通圆柱蜗杆传动的精度，一般以6~9级应用最多。6~9级精度等级的适用范围及蜗轮的许用圆周速度见表12-2。12.2蜗杆蜗轮的结构12.2.1蜗杆的结构

由于蜗杆螺旋部分的直径不大，所以蜗杆通常与轴做成一体，称为蜗杆轴。蜗杆加工：铣削、车削。12.2.2蜗轮的结构常用蜗轮的结构有整体式和齿圈式两类。整体式：铸铁蜗轮或直径小于100mm的青铜蜗轮做成整体式。1．压配式（尺寸不太大或工作温度变化较小的蜗轮）齿圈式2．螺栓联接式（尺寸较大或磨损后需要更换齿圈的蜗轮）3．拼铸式（大批生产的蜗轮）12.3蜗杆传动的强度与刚度计算12.3.1蜗杆传动的受力分析可分解为三个互相垂直的分力：啮合节点C处集中作用于法向力，圆周力轴向力径向力法向力各力方向判断：Ft、Fr的方向判断与直齿圆柱齿轮相同。蜗杆轴向力的方向由左、右手定则确定；蜗轮轴向力方向可根据与Ft1方向相反来判断。12.3.2蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的齿面接触疲劳强度计算与斜齿轮类似，也是以赫兹公式为计算基础。蜗轮的齿面接触疲劳强度校核公式

1．蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度设计公式K—载荷系数，其引入是为了考虑工作时载荷性质、载荷沿齿向分布情况以及动载荷影响，一般取K=1.1~1.3。当载荷平稳，滑动速度vs≤3m/s时，取小值，否则取大值。—分别为蜗轮齿面接触应力和许用接触应力，见表12-3和表12-4。2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算

蜗杆传动弯曲疲劳强度计算，通常近似地将蜗轮看作斜齿轮按圆柱齿轮弯曲强度公式来计算。蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核公式蜗轮齿根弯曲疲劳强度设计公式—蜗轮的齿形系数，按蜗轮的当量齿数查表12-5；—螺旋角系数，—蜗轮材料的许用弯曲应力，[σF]=YN[σ0F]，其中[σ0F]为蜗轮材料的基本许用弯曲应力，见表12-6，YN为寿命系数，12.3.3蜗杆的刚度计算

校核蜗杆的刚度时，通常是把蜗杆螺旋部分看做以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段。主要校核蜗杆的弯曲刚度。刚度条件12.4蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算

闭式蜗杆传动功率的损耗有三部分：轮齿啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗和箱体内润滑油搅动的油阻损耗。总效率

12.4.1蜗杆传动的效率轮齿啮合摩擦效率是总效率的主要部分。蜗杆为主动件时，轮齿啮合摩擦效率蜗杆主动时，蜗杆传动的总效率12.4.2蜗杆传动的相对滑动速度蜗杆和蜗轮啮合齿面间的相对滑动速度12.4.3蜗杆传动的润滑润滑剂：粘度较大的矿物油，为提高其抗胶合能力，可加入油性添加剂。开式传动则采用粘度较高的齿轮油或润滑脂。闭式蜗杆传动的润滑油粘度和润滑方法见表12-10。润滑方式：油池润滑、喷油润滑12.4.4蜗杆传动的热平衡计算

热平衡时润滑油的工作温度在热平衡状态下，蜗杆传动单位时间内由摩擦功耗产生的热量等于箱体散发的热量，即传动装置所必需的最小散热面积热平衡：由摩擦产生的热量应小于或等于箱体表面散发的热