機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件 模塊6 齒輪傳動(dòng)構(gòu)件承載能力分析

模塊6齒輪傳動(dòng)構(gòu)件承載能力分析單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析單元6.2蝸桿傳動(dòng)承載能力分析模塊6齒輪傳動(dòng)構(gòu)件承載能力分析【知識(shí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)齒輪傳動(dòng)的實(shí)效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，學(xué)習(xí)齒輪常用的材料以及熱處理方法。完成齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，完成對(duì)蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)?！局R(shí)要點(diǎn)】（1）齒輪傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、齒輪常用材料及許用應(yīng)力；（2）齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度分析、齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算、漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算、直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算；（3）蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料、蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算、蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑、熱平衡計(jì)算。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析6.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式當(dāng)輪齒反復(fù)受載時(shí)，齒根部分在交變彎曲應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴(kuò)展，致使輪齒折斷。這種折斷稱(chēng)為疲勞折斷。輪齒短時(shí)嚴(yán)重過(guò)載也會(huì)發(fā)生輪齒折斷，稱(chēng)為過(guò)載折斷。圖6-2輪齒折斷對(duì)于齒寬較大而載荷沿齒向分布不均勻的齒輪、接觸線傾斜的斜齒輪和人字齒，會(huì)造成局部折斷。提高輪齒抗折斷能力措施很多，如增大齒根過(guò)渡圓角，消除該處的加工刀痕以降低應(yīng)力集中；增大軸及支承的剛度，以減少齒面上局部受載的程度；使輪芯具有足夠的韌性；以及在齒根處施加適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化措施（如噴丸）等。1.輪齒折斷單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析2.齒面磨損圖6-3齒面磨損齒面磨損通常有磨粒磨損和跑合磨損兩種。由于輪齒在嚙合過(guò)程中存在相互滑動(dòng)，當(dāng)其工作面間進(jìn)入硬屑粒（如砂粒、鐵屑等）時(shí)，將引起磨粒磨損，如圖6-3所示。磨損將破壞漸開(kāi)線齒形，齒側(cè)間隙加大，引起沖擊和振動(dòng)。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因輪齒變薄，抗彎強(qiáng)度降低而折斷。對(duì)于新的齒輪傳動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，剛開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)發(fā)生跑合磨損。這對(duì)傳動(dòng)是有利的，使齒面表面粗糙度值降低，提高了傳動(dòng)的承載能力。但跑合結(jié)束后，應(yīng)更換潤(rùn)滑油，以免發(fā)生磨粒磨損。磨損是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式。采用閉式傳動(dòng)，提高齒面硬度，降低齒面粗糙度及采用清潔的潤(rùn)滑油，都可以減輕齒面磨損。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析輪齒進(jìn)入嚙合后，齒面接觸處產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，在這脈動(dòng)循環(huán)的接觸應(yīng)力作用下，輪齒的表面會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋，隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，致使表層金屬微粒剝落，形成小麻點(diǎn)或較大的凹坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面點(diǎn)蝕，如圖8-11所示。齒輪在嚙合傳動(dòng)中，因輪齒在節(jié)線附近嚙合時(shí)，往往是單齒嚙合，接觸應(yīng)力較大，且此處輪齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度小，潤(rùn)滑油膜不易形成，摩擦力較大，故齒面點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線附近的齒根表面上，然后再向其他部位擴(kuò)展。3.齒面點(diǎn)蝕圖6-4齒面點(diǎn)蝕一般閉式傳動(dòng)中的軟齒面較易發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。齒面點(diǎn)蝕嚴(yán)重影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，并產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，以致齒輪不能正常工作。提高齒面硬度和潤(rùn)滑油的粘度，降低齒面粗糙度值等均可提高輪齒抗疲勞點(diǎn)蝕的能力。在開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中，由于齒面磨損較快，一般不會(huì)出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析4.齒面膠合圖6-5齒面膠合齒面膠合是一種嚴(yán)重的粘著磨損現(xiàn)象。在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，齒面間的高壓、高溫使?jié)櫥驼扯冉档停湍て茐?，局部金屬表面直接接觸并互相粘連，繼而齒面間又相對(duì)滑動(dòng)，較硬金屬齒面將較軟金屬表面沿滑動(dòng)方向撕下而形成溝紋，如圖6-5所示，這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面膠合。低速重載的齒輪傳動(dòng)，因速度低不易形成油膜，且嚙合處的壓力大，使齒面間的表面油膜被刺破而產(chǎn)生粘著，也會(huì)出齒面膠合。提高齒面硬度和降低表面粗糙度的值，限制油溫、增加油的粘度，選用加有抗膠合添加劑的合成潤(rùn)滑油等方法，將有利于提高輪齒齒面抗膠合的能力。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析5.塑性變形當(dāng)輪齒材料較軟而載荷較大時(shí)，輪齒表面材料在摩擦力作用下，就容易沿著滑動(dòng)方向產(chǎn)生局部的齒面塑性齒面的塑性流動(dòng)變形，導(dǎo)致主動(dòng)輪齒面節(jié)線附近現(xiàn)凹溝，從動(dòng)輪齒面節(jié)線附近出現(xiàn)凸棱，如圖6-6所示。從而使輪齒失去正確的齒形，影響齒輪的正常嚙合。圖6-6塑性變形提高齒面硬度，采用粘度較高的潤(rùn)滑油，都有助于防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析6.1.2齒輪常用材料及許用應(yīng)力1.齒輪常用材料及其熱處理（1）鍛鋼鍛鋼因具有強(qiáng)度高、韌性好、便于制造、便于熱處理等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)齒輪都是用鍛鋼制造。第一種情況，軟齒面齒輪：軟齒面齒輪齒面硬度≤350HBS，常用中碳鋼和中碳合金鋼，如45鋼、40Cr，35SiMn等材料，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。這種齒輪適用強(qiáng)度、精度要求不高的場(chǎng)合，輪坯經(jīng)過(guò)熱處理后進(jìn)行插齒或滾齒加工，生產(chǎn)便利、成本較低。第二種情況，硬齒面齒輪：硬齒面齒輪的齒面硬度大于350HBS，常用的材料為中碳鋼或中碳合金鋼經(jīng)表面淬火處理，硬度可達(dá)40～55HRC。若采用低碳鋼或低碳合金鋼，如20鋼、20Cr、20CrMnTi等，需滲碳淬火，其硬度可達(dá)56～62HRC。熱處理后需磨齒，如內(nèi)齒輪不便于磨削，可采用滲氮處理（采用這種方法，在處理過(guò)程中齒的變形較?。＃?）鑄鋼當(dāng)齒輪的尺寸較大（大于400～600mm）而不便于鍛造時(shí)，可用鑄造方法制成鑄鋼齒坯，再進(jìn)行正火處理以細(xì)化晶粒。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析（3）鑄鐵低速、輕載場(chǎng)合的齒輪可以制成鑄鐵齒坯。當(dāng)尺寸大于500mm時(shí)可制成大齒圈，或制成輪輻式齒輪。鑄鐵齒輪的加工性能、抗點(diǎn)蝕、抗膠合性能均較好，但強(qiáng)度低，耐磨性能、抗沖擊性能差。為避免局部折斷，其齒寬應(yīng)取得小些。球墨鑄鐵的力學(xué)性能和抗沖擊能力比灰鑄鐵高，可代替鑄鋼鑄造大直徑齒輪。（4）非金屬材料非金屬材料的彈性模量小，傳動(dòng)中輪齒的變形可減輕動(dòng)載荷和噪聲，適用于高速輕載、精度要求不高的場(chǎng)合，常用的有夾布膠木，工程塑料等。齒輪材料的選用原則：對(duì)于軟齒面齒輪傳動(dòng)，應(yīng)使小齒輪齒面硬度比大齒輪高30～50HBS。齒數(shù)比越大，兩輪的硬度差也應(yīng)越大。對(duì)于傳遞功率中等、傳動(dòng)比相對(duì)較大的齒輪傳動(dòng)，可考慮采用硬齒面的小齒輪與軟齒面的大齒輪匹配，這樣可以通過(guò)硬齒面對(duì)軟齒面的冷作硬化作用，提高軟齒面的硬度。硬齒面齒輪傳動(dòng)的兩輪齒面硬度可大致相等。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析2.

許用應(yīng)力齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力為：齒面接觸疲勞許用應(yīng)力為：SH

、SF

：齒面接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。YN

、ZN

：彎曲疲勞壽命系數(shù)和接觸疲勞壽命系。σHlim

：試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度極限。σFlim

：試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N：N=60njLh單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析6.1.3齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度分析與設(shè)計(jì)1.

漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算圖6-7直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析如圖所示一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)的受力。忽略齒面間的摩擦力，將沿齒寬分布的載荷簡(jiǎn)化為齒寬中點(diǎn)處的集中力，則兩輪齒面間的相互作用力應(yīng)沿嚙合點(diǎn)的公法線N1N2方向(圖中的Fnl為作用于主動(dòng)輪上的力)。式中

T1

為小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位Nmm，T1=9.55×106P/n

P為小齒輪傳遞的功率（kw），n1為小齒輪的轉(zhuǎn)速(r/min)；d1為小齒輪分度圓直徑，單位mmα為壓力角（1）輪齒受力分析單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析（2）輪齒的計(jì)算載荷上述的法向力為名義載荷，理論上，應(yīng)沿齒寬均勻分布，但由于軸和軸承變形、傳動(dòng)裝置的制造和安裝誤差等原因，載荷沿齒寬的分布并不是均勻分布的，即出現(xiàn)載荷集中現(xiàn)象。此外，由于各種原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的特性不同，齒輪制造誤差以及輪齒變形等原因，還會(huì)引起附加動(dòng)載荷。因此，計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，通常用計(jì)算載荷Fnc

代替名義載荷

Fn，以考慮載荷集中和附加動(dòng)載荷的影響。

Fnc=KFn（N）式中K——載荷系數(shù)，其值可由表6-6查取。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析（3）直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算第一種情況，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。齒面點(diǎn)蝕是因?yàn)榻佑|應(yīng)力的反復(fù)作用而引起的。因此，為防止齒面過(guò)早產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)使齒面節(jié)線附近產(chǎn)生的最大接觸應(yīng)力小于或等于齒輪材料的接觸疲勞許用應(yīng)力，即經(jīng)推導(dǎo)整理可得標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：應(yīng)用上述公式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)兩齒輪的齒面接觸應(yīng)力大小相等;(2)若兩輪材料齒面硬度不同，則兩輪的接觸疲勞許用應(yīng)力不同，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)選用較小值。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析第二種情況，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。圖6-8輪齒的彎曲強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式（注：以上兩種情況計(jì)算所需相關(guān)系數(shù)詳查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析2.

斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（1）受力分析圖6-9斜齒圓柱齒輪的受力分析Fnl可以分解為三個(gè)相互垂直的分力，即圓周力Ftl、徑向力Frl及軸向力Fal，其值分別為：?jiǎn)卧?.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析（2）斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算:校核公式為設(shè)計(jì)公式為斜齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力［σH

］的確定與直齒輪相同。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：校核公式為設(shè)計(jì)公式為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將YF1YS1/[σF]1

和YF2

YS2/[σF]2

兩比值中的較大值代入。設(shè)計(jì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)選擇主要參數(shù)時(shí)，比直齒圓柱齒輪多考慮一個(gè)螺旋角β。增大螺旋角β，可增大重合度，提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和承載能力，但軸向力隨之增大，影響軸承結(jié)構(gòu)。螺旋角β過(guò)小，又不能顯出斜齒輪傳動(dòng)的優(yōu)越性。因此，一般取β=8°～20°。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析3.

直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（1）受力分析圖6-10錐齒輪的受力分析將主動(dòng)輪上的法向力簡(jiǎn)化為集中載荷Fn，并近似地認(rèn)為Fn作用在位于齒寬b中間位置的節(jié)點(diǎn)P上，即作用在分度圓錐的平均直徑dm1處。當(dāng)齒輪上作用的轉(zhuǎn)矩為T(mén)1時(shí)，若忽略接觸面上摩擦力的影響，法向力Fn可分解成三個(gè)互相垂直的分力，即圓周力Ft1、徑向力Fr1以及軸向力Fa1，計(jì)算公式分別為單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析dm1可根據(jù)幾何尺寸關(guān)系由分度圓直徑d1、錐距R和齒寬b來(lái)確定，即則圓周力和徑向力方向的確定方法直齒輪相同，兩齒輪的軸向力方向都是沿著各自的軸線方向并指向輪齒的大端。單元6.1齒輪傳動(dòng)承載能力分析（2）強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：校核公式設(shè)計(jì)公式齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：校核公式設(shè)計(jì)公式齒輪設(shè)計(jì)實(shí)例單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析6.2.1蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和常用材料1.蝸桿傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蝸桿傳動(dòng)的失效形式：在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿為連續(xù)的螺旋齒，且其材料的強(qiáng)度高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，所以失效總是發(fā)生在蝸輪輪齒上。由于蝸桿傳動(dòng)的相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱量大，而效率低，故傳動(dòng)的失效形式主要是蝸輪齒面的磨損、膠合和點(diǎn)蝕等。對(duì)膠合和磨損的計(jì)算，通常只是仿照?qǐng)A柱齒輪，進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的條件性計(jì)算，并在選取許用應(yīng)力時(shí)，適當(dāng)考慮膠合和磨損的影響。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)，一般按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核和熱平衡核算；對(duì)開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)或傳動(dòng)時(shí)載荷變動(dòng)較大，或蝸輪齒數(shù)z2大于90時(shí)，只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)蝸桿直徑較小而跨距較大時(shí)，還應(yīng)作蝸軒軸的剛度驗(yàn)算。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析2.蝸軒傳動(dòng)的常用材料及選擇由蝸桿傳動(dòng)的失效形式可知，選擇的材料除要有足夠的強(qiáng)度外，更重要的是要有良好的減摩性、耐磨性和抗膠合能力。實(shí)踐證明，蝸桿傳動(dòng)較理想的配對(duì)材料是鋼和青銅。蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用低碳合金鋼，如15Cr、20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火，表面硬度56～62HRC。中速中載蝸桿可用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，如45、45Cr等。經(jīng)表面淬火，表面硬度45～55HRC。低速或不重要的傳動(dòng)，蝸桿可用45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面硬度<270HBS。蝸輪常用材料為青銅和鑄鐵。錫青銅耐磨性能及抗膠合性能較好，但價(jià)格較貴，常用的有ZcuSn10P1（鑄錫磷青銅），ZcuSn5Pb5Zn5（鑄錫鋅鉛青銅）等，用于滑動(dòng)速度較高的場(chǎng)合。鋁鐵青銅的力學(xué)性能較好，但抗膠合性能略差。常用的有ZcuAl9Fe4Ni4Mn2(鑄鋁鐵鎳青銅)等，用于滑動(dòng)速度較低的場(chǎng)合?；诣T鐵只用于滑動(dòng)速度v≤2m/s的傳動(dòng)中。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析6.2.2蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1.受力分析圖6-12蝸桿傳動(dòng)的作用力蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相似。在不計(jì)摩擦力的情況下，齒面上的法向力可分解為三個(gè)相互垂直的分力：圓周力Ft、軸向力Fa、徑向力Fr（如圖6-12）。由于蝸桿與蝸輪軸交錯(cuò)90°角，根據(jù)作用與反作用原理可得：式中：

T1、T2——分別為作用于蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)矩，單位N·mm

T2=T1iηη

——為蝸桿的傳動(dòng)效率；d1、d2

——分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑；α——壓力角，α=20°單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析蝸桿蝸輪受力方向的判別方法與斜齒輪相同。一般先確定蝸桿的受力方向。其所受的圓周力Ft1的方向與轉(zhuǎn)向相反，徑向力Fr1的方向沿半徑指向軸心；軸向力Fa1的方向取決于螺旋線的旋向和蝸桿的轉(zhuǎn)向，按“主動(dòng)輪左右手法則”來(lái)確定。作用于蝸輪上的力可根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系來(lái)確定。圖6-12蝸桿傳動(dòng)的作用力單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析（1）蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算2.強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算可以參照斜齒輪的計(jì)算方法進(jìn)行。以赫茲公式為基礎(chǔ)，按節(jié)點(diǎn)處的嚙合條件計(jì)算齒面的接觸應(yīng)力，其校核公式為上式適用于鋼制蝸桿對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪。經(jīng)整理得蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為上兩式中：K為載荷系數(shù)，K=1～1.4。當(dāng)載荷平穩(wěn)，vs≤3m/s，7級(jí)以上精度時(shí)取小值，否則取大值；T2

—蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，單位N?mm；[σH]—蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，單位MPa。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析（2）蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，一般按斜齒輪公式作近似計(jì)算。校核公式為設(shè)計(jì)公式為上兩式中[σF]——蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力，單位Mpa；[σF]′——為基本許用彎曲應(yīng)力，單位Mpa；YF2——蝸輪的齒形系數(shù)；KFN——為壽命系數(shù)。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析6.2.3蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的功率損失一般包括三個(gè)部分：輪齒嚙合摩擦損失、軸承摩擦損失和浸油零件攪動(dòng)潤(rùn)滑油的損失，所以蝸桿傳動(dòng)的總效率為η=η1η2η3

式中η1、η2、η3分別為蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率、軸承效率和攪油效率。決定蝸桿傳動(dòng)總效率的是η1，一般取η2η3=0.95～0.96。當(dāng)蝸桿為主動(dòng)件時(shí)，η1可近似按螺旋傳動(dòng)的效率計(jì)算，即式中

λ——蝸桿的導(dǎo)程角；ρv——當(dāng)量摩擦角。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析2.蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑由于蝸桿傳動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱量大，效率低，故為了提高傳動(dòng)的效率和壽命，蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑是十分重要的。蝸桿傳動(dòng)常采用豁度較大的潤(rùn)滑油，以增強(qiáng)抗膠合性能，減小磨損。潤(rùn)滑油豁度及潤(rùn)滑方式主要取決于滑動(dòng)速度的大小和載荷類(lèi)型。在閉式蝸桿傳動(dòng)中，潤(rùn)滑方式可分為浸油潤(rùn)滑和壓力噴油潤(rùn)滑。蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析3.蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算設(shè)蝸桿傳動(dòng)的輸入功率為P1(kW)，傳動(dòng)效率為η，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的發(fā)熱量為Q1(W)Q1=P1(1-η)×1000自然冷卻時(shí)，經(jīng)箱體外壁在單位時(shí)間內(nèi)散發(fā)到空氣中的散熱量為Q2(W)。Q2=Ks(t1-t0)A式中

Ks——散熱系數(shù)，單位W/(m2?℃)。一般取Ks=10～17，通風(fēng)良好時(shí)取大值；A——箱體有效散熱面積，單位m2。它是指箱體外壁與空氣接觸，而內(nèi)壁又被油飛濺到的箱殼面積。對(duì)凸緣和散熱片的面積可近似按其表面積的50%計(jì)算；t1——潤(rùn)滑油的工作溫度，單位℃。通常允許油溫[t1]=70～90℃；t0——周?chē)諝鉁囟取?。通常取t0=20℃。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析若蝸桿傳動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)損耗的功率全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，并由箱體表面散發(fā)出去而達(dá)到平衡時(shí)，即Q1=Q2，可得熱平衡時(shí)潤(rùn)滑油的工作溫度t1為如果工作溫度超過(guò)允許的范圍，應(yīng)采取下列措施以增加傳動(dòng)的散熱能力。（1）在箱體外表面設(shè)置散熱片，以增加散熱面積A

。（2）在蝸桿軸上安裝風(fēng)扇，如圖（a）所示。（3）在箱體油池內(nèi)安裝蛇形冷卻水管，用循環(huán)水冷卻，如圖（b）。（4）利用循環(huán)油冷卻，如圖（c）所示。單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承載分析6.2.4蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)因蝸桿直徑較小，所以往往與軸做成一體，稱(chēng)為蝸桿軸。按照蝸桿的切制方式不同，分為銑制蝸桿（如圖6-14（a）所示）和車(chē)制蝸桿（如圖6-14（b）所示）。銑制蝸桿是在軸上直接銑出螺旋部分，剛性較好。車(chē)制蝸桿，為便于車(chē)螺旋部分留有退刀槽，使軸徑小于蝸桿根圓直徑，削弱了蝸桿的剛度。圖6-14蝸桿的結(jié)構(gòu)單元6.2蝸桿傳動(dòng)的承