材料和结构

1.蜗杆传动的失效形式和设计准则

1）齿面相对滑动速度vs

蜗杆传动中蜗杆的螺旋面和蜗轮齿面之间有较大的相对滑动。滑动速度vs沿蜗杆螺旋线的切线方向。如图8－7所示，v1为蜗杆的圆周速度，v2为蜗轮的圆周速度，作速度三角形得

滑动速度vs对齿面的润滑情况、齿面的失效形式及传动效率都有很大的影响。滑动速度的概略值如图8－8所示。

图8－7 蜗杆传动滑动速度

图8－8 滑动速度vs的概略值

2）轮齿的失效形式和设计准则

蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相似，有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损和胶合等，但由于蜗杆、蜗轮的齿廓间相对滑动速度较大、发热量大而效率低，因此传动的主要失效形式为胶合、磨损和点蚀。由于蜗杆的齿是连续的螺旋线，且蜗杆的强度高于蜗轮，因而失效多发生在蜗轮轮齿上。在闭式传动中，蜗轮的主要失效形式是胶合与点蚀；在开式传动中，蜗轮的主要失效形式是磨损。

综上所述，蜗杆传动的设计准则为：对闭式蜗杆传动按齿面接触疲劳强度设计，并校核齿根弯曲疲劳强度，为避免发生胶合失效还必须作热平衡计算；对开式蜗杆传动通常只需按齿根弯曲疲劳强度设计。实践证明，对于闭式蜗杆传动，当载荷平稳无冲击时，蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况多发生于齿数z2＞80时，所以在齿数少于以上数值时，可不作弯曲强度校核。

2.蜗杆、蜗轮的材料和结构

1）蜗杆、蜗轮的材料选择

根据蜗杆传动的主要失效形式可知，蜗杆和蜗轮材料不仅要有足够的强度，更重要的是要具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力。

蜗杆一般用碳素钢或合金钢制造。对于高速重载传动常用低碳合金钢，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火，表面硬度为56～62HRC，须经磨削。对于中速中载传动，蜗杆材料可用优质碳素钢或合金结构钢，如45、40Cr、35SiMn等，经表面淬火，表面硬度为45～55HRC，需要磨削。对于速度不高、载荷不大或不重要场合的传动，材料可用45钢调质或正火处理，调质后表面硬度为220～270HBS。

蜗轮材料可参考相对滑动速度vs来选择。铸造锡青铜抗胶合性、耐磨性好，易加工，允许的滑动速度vs高，但强度较低，价格较贵。一般ZCuSn10P1允许滑动速度达25m／s，ZCuSn5Pb5Zn5常用于vs＜12m／s的场合。铸造铝青铜，如ZCuAl10Fe3，其减磨性和抗胶合性比锡青铜差，但强度高、耐冲击且价格便宜，一般用于vs≤6m／s的传动中。灰铸铁（HT150、HT200）用于vs≤2m／s的低速轻载传动中。

2）蜗杆、蜗轮的结构

蜗杆常和轴做成一体，称为蜗杆轴，如图8－9所示（只有df／d≥1.7时才采用蜗杆齿圈套装在轴上的形式）。车制蜗杆时需有退刀槽，d＝df－（2～4）mm，故刚性较差（见图8－9a）；铣削蜗杆时不需要退刀槽，d可大于df（见图8－9b），所得蜗杆刚性较好。

图8－9 蜗杆轴结构

蜗轮结构分为整体式和组合式两种，如图8－10所示。图8－10a所示为整体式蜗轮，整体式结构多用于铸铁蜗轮及直径小于100mm的青铜蜗轮。图8－10b、c、d所示均为组合式蜗轮，其中：图b所示为齿圈式蜗轮，轮心用铸铁或铸钢制造，齿圈用青铜材料，二者采用过盈配合（H7／s6或H7／r6），并沿配合面安装4～6个紧定螺钉，该结构用于中等尺寸而且工作温度变化较小的场合；图c所示为螺栓式蜗轮，齿圈和轮心用普通螺栓或铰制孔螺栓连接，常用于尺寸较大的蜗轮；图d所示为镶铸式蜗轮，是将青铜轮缘铸在铸铁轮心上然后切齿而得，适用于中等尺寸批量生产的蜗轮。

图8－10 蜗轮结构