蜗杆蜗轮的结构设计及实例分析

1.蜗杆的结构设计

蜗杆螺旋部分的直径一般与轴径相差不大，因此蜗杆多与轴做成一体，称为蜗杆轴，结构见图8-8。常用车或铣加工，车制如图a所示，仅适用于蜗杆齿根圆直径d_f1大于轴径d₀时；铣制如图b所示，无退刀槽，且d_f1可小于d₀，所以其刚度比车制蜗杆大。当蜗杆根圆与相配的轴的直径之比d_f1/d₀＞1.7时，可采用装配式。

图8-8 蜗杆的结构

2.蜗轮的结构设计

蜗轮的结构可分为整体式和组合式，如图8-9所示。整体式适用于铸铁蜗轮、铝合金蜗轮及分度圆直径小于100mm的青铜蜗轮，见图a。在其他情况下，为了节省贵重金属，一般采用组合式结构。组合式蜗轮可分为三种结构。

（1）齿圈压配式 为了节约贵重的有色金属，采用青铜蜗轮时，尽可能做成齿圈压配式结构，见图8-9b。齿圈与铸铁轮心多用H7/r6过盈配合。为了增加过盈配合的可靠性，有时沿着接合缝还要拧上4～5个螺钉，螺钉孔中心线偏向轮心轮毂1～2mm，螺钉的直径取模数m的1.2～1.4倍，长度取齿宽b的0.3～0.4倍。该结构适用于中等尺寸及工作温度变化较小的蜗轮。

（2）螺栓连接式 当蜗轮直径较大时，可采用普通螺栓或铰制孔用螺栓连接齿圈和轮心，见图8-9c。后者更好，适用于大尺寸蜗轮。

（3）拼铸式 将青铜齿圈浇铸在铸铁轮心上，然后再切齿，见图8-9d。该结构适用于批量生产、中等尺寸的蜗轮。(www.xing528.com)

图8-9 蜗轮的结构

C＝1.5m，C′＝1.6m＋1.5mm

3.结构设计示例分析

（1）蜗杆 以8.3节蜗杆设计实例为例，蜗杆采用车制蜗杆，蜗杆轴的最小直径根据轴强度计算估算（见第9章，计算过程略），d≥22.1mm，所求d为轴最细处，轴和电动机通过联轴器连接，有键槽，轴径应增加5％，d＝22.1×1.05mm＝23.2mm。已知P₁＝9.6kW，蜗杆转速n₁＝1460r/min，参考文献［2］，查出与之连接的电动机为Y160M-4，电动机的轴径为D＝42mm，外伸长度为E＝110mm。根据电动机的轴径选弹性柱销联轴器LX3，J型轴孔（也可选Y或Z型孔），配套的蜗杆轴外伸端的最小直径取为40mm（无23.2mm），J型轴孔联轴器长度84mm，因此确定蜗杆轴外伸端长度为82mm（比联轴器长小2mm以使连接的两轴不至于接触），其他结构尺寸见蜗杆零件图8-10。

（2）蜗轮 蜗轮轴孔应与相配的轴直径相等，本例只按由功率和转速初估轴径公式计算出最小轴径d_min≥58.2mm，并考虑到安装键使轴径削弱，所以直径要增大5％，d_min＝58.2×1.05mm＝61.1mm，取为标准直径63mm（标准直径查文献［2］）。定位轴肩的直径取为73mm，轴承处轴颈直径为75mm（轴承内孔是5的倍数），轴承定位轴肩为87mm，则安装蜗轮处的轴头直径初定为90mm，当然还应进行轴的强度计算，过程比较复杂，详见第9章，本例暂定为90mm。

参考蜗轮结构设计的经验公式，轮毂直径为1.6×90mm＝144mm，宽度为1.2×90mm＝108mm，辐板厚度＞1.7×8mm＝13.6mm，且参考圆柱齿轮辐板厚度的经验公式（0.3～0.4）×62mm＝18.6～24.8mm，取为20mm。其他尺寸可以参考机械设计手册全部确定，零件图如图8-11所示。