蜗杆蜗轮的设计计算

蜗杆蜗轮的设计计算

一、选择蜗杆传动类型、精度等级

由于传动的功率不大，速度也不高，故选用阿基米德圆柱蜗杆传动，精度为：8C-GB10089-88。

二、选择蜗杆蜗轮材料

考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，故蜗杆用45号钢表面淬火，硬度为45～55HRC，蜗轮边缘采用ZCuSn10P1,金属模铸造。

三、初选几何参数

查参考文献[2]表8-4-4，初定中心距,传动比时，

r=4°34′26″

四、确定许用接触应力

查参考文献[2]表8-4-9知,当蜗轮材料为铸青铜时，

由表8-4-10查得

滑动速度：

采用浸油润滑，由参考文献[2]图8-4-2查得：

根据参考文献[2]表8-4-4,，设计工作寿命t=12000小时，求得

根据，由图8-4-4查得，许用接触应力为

五、计算蜗轮输出转矩T2

估算传动效率

六、确定模数m和蜗杆分度圆直径d1

由公式可得：

因载荷较平稳，取载荷系数k=1.1,则

查参考文献[2]表8-4-2得，，取m=2mm，d1=22.4mm，q=11.2，r=5°6′8″。

七、主要尺寸计算

蜗杆:

分度圆直径：d1=22.4mm；

齿顶圆直径：；

齿根圆直径：

；

蜗轮：

分度圆直径：；

齿顶圆直径：；

齿根圆直径

：；

蜗轮外圆直径：，取de2=108mm

蜗轮齿宽：,取b2=18mm

中心距：

八、蜗轮齿面接触强度校核

由参考文献[2]表8-4-9，可得

由于几何参数已经确定，故k与T2可按已知的几何参数重新计算

由参考文献[2]表8-4-15用插值法查得，则蜗轮副啮合效率为取轴承效率，搅油及溅油效率，则蜗杆传动的总效率为：

由此可得：

由于，由参考文献[2]表8-4-9取k1=1,k2=1,k3=1,k4=1.52,k5=1.15， k6=0.75，则

将此时的k与T2代入蜗轮齿面接触强度校核公式，得：

显然，所以满足接触强度要求。

九、散热计算

由公式得，传动损耗的功率为：

由公式和设计要求可推出：

考虑到通风良好，取,t1=95℃,t2=20℃，则

若蜗杆减速部分散热的计算面积A不满足以上条件，可以采用强迫冷却方法或增加散热计算面积的方法来满足散热要求。

蜗杆轴的设计

一、蜗杆轴的材料选择及确定许用应力

考虑蜗杆轴主要传递我轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。因此，蜗杆材料选用45钢，正火处理，,。

二、初步估算轴的最小直径

由公式得：

取dmin=6mm

三、确定各轴段的直径和长度

根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度,如图4-1所示。

图4-1 蜗杆轴

D1、D5段：D1、D5 段轴径由轴承内圈孔来决定，考虑到轴所传递功率不大，转速较低，选用推力球轴承，型号为51100，d=10mm，d1=11mm，D=24mm，D1=24mm，T=9mm。因此，轴径d1=d5=10mm，L1=20mm，L5=70mm。

D2、D4段：D2段左端对轴承起轴向固定作用，D2段右端对轴承起轴向固定作用，由于两处轴承型号相同，考虑到加工安装的方便，取d2=d4=16mm，L2=55mm，L4=55mm。

D3段：D3段为蜗杆蜗轮啮合部分，取d3=22mm，L3=50mm。

两轴承的中心跨度为174mm，轴的总长为250mm。

四、蜗杆轴的校核

⑴作用在蜗杆轴上的载荷

由公式得：

则圆周力：

轴向力：

径向力:

图4-2 蜗杆轴向受力分析

切向力：

⑵计算支反力

图4-3 轴的水平面支反力

水平面支反力（如图4-3）：

垂直面支反力（如图4-4）：

⑶弯矩计算

水平面弯矩（如图4-5）:

图4-5 水平弯矩图

图4-6 垂直弯矩图

图4-7 合成弯矩图

垂直面弯矩(如图4-6)：

合成弯矩（如图4-7）：

⑷弯扭合成强度校核

截面C处当量弯矩：

由参考文献[3]公式（17-5）可得故蜗杆轴的强度足够。