蜗杆传动设计实例优化

设计一混料机用的闭式蜗杆减速器中的普通圆柱蜗杆传动。已知蜗杆输入功率P₁=9.6kW，蜗杆转速n₁=1450r/min，传动比i=20，单向转动，载荷稳定，蜗杆减速器每日工作8h，工作寿命10年，单件生产，绘制出蜗轮、蜗杆工作图。

解 1.选择蜗杆和蜗轮材料及热处理方法

考虑蜗杆转速较高且连续工作，单件生产，蜗轮材料选用铸造锡青铜ZCuSn10Pb1（金属模铸造）；蜗杆材料选用40Cr，表面淬火，硬度＞45～50HRC。

2.选定蜗杆头数和蜗轮齿数

取蜗杆头数z₁=2，则蜗轮齿数z₂=2×20=40。

3.确定模数和蜗杆分度圆直径

（1）计算模数和蜗杆分度圆直径 由于为闭式传动，主要失效形式为齿面疲劳点蚀，因此按蜗轮齿面接触疲劳强度计算模数和蜗轮分度圆直径。

1）确定许用接触应力。由表3-9a查得[σ_H]₀=268MPa。

应力循环次数

寿命系数

许用接触应力

[σ_H]=K_N[σ_H]₀=0.75×268MPa=201MPa

2）确定载荷系数

K=K_AK_vK_β

查表3-7，取工况系数K_A=1。

查表3-8，得动载系数K_v=1。

载荷稳定，取齿向载荷分布系数K_β=1。

3）计算m²d₁

①计算蜗轮转矩，估取_η1=0.85。

②计算m²d1

由表3-2GB/T 10085—1988规定的普通圆柱蜗杆传动的m与d的搭配值取m²d₁=5120mm³，m=8mm，d₁=80mm。

（2）校验蜗轮齿的弯曲强度

1）寿命系数

由表3-10查得[σ_F]₀=56MPa所以[σ_F]=[σ_F]₀K_FN=0.597×56MPa=33.4MPa。

2）螺旋角系数

(www.xing528.com)

3）齿形系数Y_Fa2。蜗轮当量齿数得齿形系数Y_Fa2=2.43。，查图3-4

4.计算蜗轮圆周速度v₂及相对滑动速度v_s

5.计算蜗轮、蜗杆其他尺寸

（1）蜗杆尺寸

蜗杆齿宽（螺纹长度）

取b₁=105mm。

（2）蜗轮尺寸

蜗轮咽喉母圆半径

蜗轮齿宽

取b₂=62mm。

（3）中心距

蜗轮齿宽角

θ=2arcsin（b₂/d₁）=2arcsin（62/80）=101.6°

6.热平衡计算

滑动速度

按v_s=8.1m/s，查表3-11，得当量摩擦角ρ_v=1°27′=1.45°，则传动效率为

取油的允许温度[t]=80℃，环境空气温度t₀=20℃。按自然通风条件，取散热系数α_w=15，则所需的散热面积为

7.蜗杆传动的润滑

由v_s=8.1m/s，根据表3-42选用喷油润滑，查表3-43，3.5m/s＜v_s=8.1m/s＜10m/s，润滑油粘度为288～352mm²/s，牌号为ISO-VG级或GB-N级的320。

8.蜗杆蜗轮零件图

如图3-7、图3-8，但图3-7的轴向尺寸仅作参考。图3-8中，蜗轮毂孔尺寸为假设的，应按轴的强度计算及结构设计定出，此处略。