毕业设计论文-钻铣床工作台及变速箱设计论文.doc

济南大学毕业设计

毕业设计

题 目 钻铣床工作台及变速箱设计
学 院 机械工程学院
专 业 机械工程及自动化
班 级 机自0705班
学 生 杨忠刚
学 号 20070403243
指导教师 冯德振

二〇一一 年 五 月 二十 日

- 2 -

济南大学毕业设计
摘 要
本设计主要对钻铣床工作台及变速箱进行了优化，在保证加工方便，性能可靠地基础上提高了加工精度以及加工效率。
工作台作为机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一特定的机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多更能性发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。通过对工作台的设计，学会设备改造方案的拟定、比较、分析以及进行必要的计算；通过对设备改造的机械部分设计，掌握设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的架构设计方法；通过设计，树立正确的设计思想，培养自己分析问题解决问题的能力；提高自己应用手册、标准的能力。
本设计所设计的工作台采用了低摩擦直线导轨和精密丝杠，采用开环控制系统，其结构简单，实现方便且能保证一定的精度。本设计所设计的工作台不仅可以用于铣床上进行铣削加工，而且还能够用于钻床上钻削技工，所以功能远高于传统的普通工作台。总体上来看此设计设计合理、结构简单、性能可靠、精度较高、操作简单，调整维修方便。提高了设备的稳定性和可靠性，提高了加工效率。

关键词：工作台；钻床；铣床；直线导轨；精密丝杠

ABSTRACT
To ensure the processing of convenience ，the design of the main table and the transmission of drilling and milling machine has been optimized,, can be reliably based on improving the processing accuracy and processing efficiency.
Table as an important part of the machine, but also affect important aspects of machining accuracy. Present a wide variety of table, traditional table can only be installed on a particular machine, along with science and technology with the times, their function is also from the traditional to the modern multi-unitary nature of the development of better, and now some of the work Taiwan, which not only can be installed in drilling, but also can be installed in the milling and boring machine and other machines. Through the design table, learn equipment modification program development, comparison, analysis, and perform the necessary calculations; through the transformation of the mechanical parts of equipment design, control equipment, a typical part of the calculation methods and procedures and the right architecture design; by design , establish the correct design ideas, develop their own ability to analyze and solve problems; to improve their application notes, standards of competence.
The design table is designed using low friction linear guides and precision screw, the use of open-loop control system, its structure is simple, easily achievable, and can guarantee a certain accuracy. The design table is designed not only for milling on a milling machine, but also can be used for drilling on the drilling workers, so the function is much higher than conventional ordinary table. The design on the whole reasonable design, simple structure, reliable performance, high precision, simple operation, adjustment and easy maintenance. Improve the stability and reliability of the equipment to improve the processing efficiency.

Key words： Table; drilling; milling; linear guide; precision screw

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
1 前言 1
1.1设计机构的性能要求 1
1.2控制方式的确定 1
1.3伺服系统的确定 1
1.4工作台参数的初步确定 1
1.5导轨的选型思路 2
1.6滚珠丝杠选型思路 3
1.7丝杠和电机连接零件的选取思路 4
1.8支承座材料的选取 5
1.9轴承类型的选取 5
2 进给系统的设计与计算 6
2.1设计方案的确定 6
2.2 机械部分设计与计算 6
2.2.1纵向进给系统的设计与计算 6
2.2.2横向进给系统的设计与计算 12
3 蜗轮、蜗杆设计 20
3.1概述 20
3.1.1蜗杆传动简介 20
3.1.2蜗杆传动的特点 20
3.1.3蜗杆和涡轮的结构 20
3.2 蜗轮、蜗杆传动设计过程 23
3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 24
3.4校核齿根弯曲疲劳强度 25
3.5蜗杆传动的润滑 25
4 结 论 26
参 考 文 献 27
致 谢 28

24
1 前言
1.1设计机构的性能要求
设计的钻铣床能够加工最大面积为400mm×120mm的工件，最大工件重量100kg；
XY工作台要求孔的定位精度在±0.02mm内，快进速度为3.6m/min，加减速时间为0.1秒。
1.2控制方式的确定
因为涉及到钻床，所以控制方式采用点位控制。
1.3伺服系统的确定
伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入的目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按给定的控制命令要求对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度以及位置控制的非常灵活方便。
开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。
考虑到运动精度要求不高，为简化结构降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动[14]。
1.4工作台参数的初步确定
根据计算的要求，所取的加工最大面积为400×120mm2,最大工件重量为100㎏，根据我们加工时候要用夹具夹紧工件就必须留出我们装夹具的尺寸30-40mm。[4]所以我决定工作台的尺寸为440×160，厚度为30mm[3]根据工作台的行程确定导轨板的长度，因为工作台的行程初选为工作台长度，加上其他的一些安装尺寸等，所以设体积为450×160×47mm³，工作台的材料使用45号刚，密度为7.8g/c m³,取g=10N/kg，导轨板的材料用HT150灰铸铁，密度为7.2 g/c m³[1]。工作台见图1-1

图1-1 工作台
1.5导轨的选型思路
导轨:金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动[5]。
导轨在我们的日常生活中的应用也是很普遍的，如滑动门的滑糟、火车的铁轨等等都是导轨。
在此采用燕尾滑动导轨[5]见图1-2

图1-2燕尾导轨

1.6滚珠丝杠选型思路
滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。
滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杆被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 　　
滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点[5]。
按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠（目前已基本取代梯形丝杆，已俗称丝杆）是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等[11]　　
当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。
滚珠丝杆采用外循环方式，采用双螺母调节方式[7]。
安装方式：一端固定，一端游动。

图1-3滚珠丝杠

1.7丝杠和电机连接零件的选取思路
联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。20世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。常用联轴器有膜片联轴器 ，齿式联轴器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器[9]。
本设计采用了一级降速，从电机通过联轴器与一轴连接，在轴上通过键连接一个齿轮，通过齿轮传动将动力传递到丝杠。见图1-4

图1-4电机与丝杠连接图

1.8支承座材料的选取
材料我选灰铸铁HT150，密度是7.2 g/c m³。
1.9轴承类型的选取
轴承是机械中的固定机件。当其他机件在轴上彼此产生相对运动时，用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件，就称之为 轴承。
　 角接触轴承：球与套圈公称接触角大于0°，而小于90°的滚动轴承。可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15 度接触角。在轴向力作用下，接触角会增大。单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力。 并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。若是成对双联安装，使一对轴承的外圈相对，即宽端面对宽端面，窄端面对窄端面。这样即可避免引起 附加轴向力，而且可在两个方向使轴或外壳限制在轴向游隙范围内。
深沟球轴承：每个套圈均具有横截面大约为球的周长三分之一的连续沟型滚道的向心球轴承,适用于精密仪表、低噪音电机、汽车、摩托车及一般机械等，是机械工业中使用最为广泛的一类轴承。结构简易，使用维护方便。主要用来承受径向负荷、也可承受一定的轴向负荷，当轴承的径向游隙加大时，具有角接触球轴承的性能，可承受较大的轴向负荷。该类轴承摩擦系数小，极限转速高，尺寸范围与形式变化多样。坚实耐用，通用性强及低噪音运行，可在高速下运转和易于安装。单列深沟球轴承另有密封型设计，可以无须再润滑和无需保养。单列带装球缺口和双列球轴承，适用于重载工况。
圆柱滚子轴承：滚动体是圆柱滚子的向心滚动轴承,属分离型 轴承 ，安装与拆卸非常方便。 圆柱滚子轴承 分为单列、双列和四列[8]。
采用圆柱滚子轴承[12]

2 进给系统的设计与计算
2.1设计方案的确定
纵向进给系统和横向进给系统都采用滚珠丝杠传动，纵向进给系统动力由手轮提供，横向进给系统一边采用步进电机快速进给，一边采用手轮工作进给，从而保持较高的效率与精度；垂直进给系统采用涡轮蜗杆，再有涡轮齿条传动。
2.2 机械部分设计与计算
2.2.1纵向进给系统的设计与计算
1．纵向进给系统的设计
滚珠丝杆拖动工作台。动力由手轮提供，按进给功率0.55KW校验危险零部件的强度；
2．纵向进给系统的设计计算
工作台重量： W=50Kgf=500N(根据图纸粗略计算)
时间常数： T=25 ms
滚珠丝杠基本导程： Lo=6mm
行程： S=245mm
步距角： /step
快速进给速度： mm/min
（1） 切削力计算 由《机床设计手册》可知，切削功率

（2.1）

式中: N---电机功率，N=0.55 KW；
---主传动系统总效率，一般为0.7～0.85取=0.7；
K---进给系统功率系数，取为K=0.96。
则有：
Nc=0.55×0.7×0.96=0.37 kw

切向铣削力：
F=×10 N （2.2）
式中： V---主轴传递全部功率时的最底切削速度（m/s）
则有：
（2.3）

3. 进给工作台工作载荷计算
从《数控铣床》中表2-1可得知，在一般立式铣削时，
工作台纵向进给方向载荷：
（2.4）
工作台横向进给方向载荷：
（2.5）
工作台横向进给方向载荷：
（2.6）
4. 滚珠丝杠设计计算：
由《数控技术》可知，采用燕尾导轨，导轨铣床丝杠的轴向力：
采用燕尾导轨
（2.7）
式中K=1.4
则有：

1）强度计算：
寿命值：
（2.8）
（2.9）
n---为丝杆转速（r/min）
v---为最大切削力下的进给速度（m/min）,取最高进给速度的1/3
T---额定寿命，查表得 T=15000h
---滚珠丝杆导程，取=6mm
则有：
v=

L=
最大动负载C
查表得：运转状态系数 则
C (2.10)
根据最大动负荷C的值，可选则滚珠丝杠的型号。查表2-5得，选取滚珠丝杠直径为50mm，型号为ND5006，其额定载荷为29350N，所以强度足够。
效率计算：根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率为：
(2.11)
式中：---为丝杆螺旋升角，查得：
---为摩擦角，滚珠丝杆副的滚动摩擦系数f=0.003～0.004,其摩擦角约等于
则有：

3）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载F引起的导程的变化量
丝杆的拉压变形量
(2.12)
式中：;
E---为材料弹性模量，对钢
A---为滚珠丝杠截面积
（2.13）
则有：

滚珠与螺纹滚道间的接触变形量
有预紧：
（2.14）
式中：---为滚珠直径，查表得=3.969mm
Z圈数列数
2513=75
---为预紧力
（2.15）
则有:

因此丝杆的总变形量

经查表知E级精度丝杠允许的螺距误差为15um/m 因此刚度足够[2]。
4)稳定性验算
失稳时的临界载荷
（2.16）
式中:E---为丝杆材料弹性模量,对钢
I---为截面惯性矩,对丝杆圆截面
（2.17）
---为丝杆底径,=14mm
则有：

L---为丝杆最大工作长度,取L=245mm
---为丝杆支承方式系数,参考图2-13和表2-7,取=2.0
则有:

稳定安全系数：
（2.18）
所选丝杆稳定安全系数，查表得：

则有＞，故稳定性不存在问题。
2)转动惯量计算：
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量
（2.19）
丝杠的转动惯量

所需转动力矩计算
快速空载启动时所需力矩
（2.20）
式中:---空载启动时的加速度力矩；
---摩擦力矩；
---由于丝杠预金所引起，附加摩擦力矩；
（2.21）
式中：---为传动系统各部件惯量的总等效转动惯量（
---为电机最大角加速度（）
---为运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（）
t---为运动部件从静止启动加速到最大快进进给速度所需时间（s）,取t=0.025s
则有：
（2.22）

空载摩擦力矩：
（2.23）
式中： G---运动部件总重力（N）
---为导轨摩擦系数，取0.2
i---齿轮传动降速比，i=1
---传动系统总效率，取=0.8
---基本导程，取=0.6cm
则有：

附加摩擦力矩：
（2.24）
式中：---为滚珠丝杆预加载荷，取的1/3
---为滚珠丝杆预紧是的传动效率，取=0.9
则有：

=

2.2.2横向进给系统的设计与计算
1．横向进给系统的设计
采用半闭环机床进给系统，步进电机经一级减速齿轮传动副，滚珠丝杆拖动工作台。
2．横向进给系统的设计计算
工作台重量： W=35Kgf=350N(根据图纸粗略计算)
时间常数： T=25 ms
滚珠丝杠基本导程： Lo=6mm
行程： S=425mm
步距角： /step
快速进给速度： 500mm/min
（1）切削力计算 由《机床设计手册》可知，切削功率[3]
（2.25）
式中： N---电机功率N=0.55 KW；
---传动系统总效率，一般为0.7～0.85取=0.7；
K---进给系统功率系数，取为K=0.96。
则有：
Nc=0.55×0.7×0.96=0.37 kw

切向铣削力：
（2.26）
式中： V---主轴传递全部功率时的最底切削速度（m/s）
则有：
V=D×95/60000=1.7m/s=102m/min

3. 进给工作台工作载荷计算
从《数控铣床》中表2-1可得知，在一般立式铣削时[5]，
工作台纵向进给方向载荷：

工作台横向进给方向载荷：

工作台横向进给方向载荷：

4. 滚珠丝杠设计计算：
由《数控技术》可知，采用燕尾导轨，导轨铣床丝杠的轴向力：
（2.27）
式中K=1.1 =0.15
则有：

1）强度计算：
寿命值：
（2.28）
（2.29）
n---为丝杆转速（r/min）
v---为最大切削力下的进给速度（m/min）,取最高进给速度的1/3
T---额定寿命，查表得 T=15000h
---滚珠丝杆导程，取=6mm

则有：

最大动负载C
查表得：运转状态系数 则
（2.30）
根据最大动负荷C的值，可选则滚珠丝杠的型号。查表2-5得，选取滚珠丝杠直径为20mm，型号为ND5006，其额定载荷为5680N，所以强度足够[6]。
效率计算：根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率为：
（2.31）
式中：---为丝杆螺旋升角，查得：
---为摩擦角，滚珠丝杆副的滚动摩擦系数f=0.003～0.004,其摩擦角约等于
则有：
（2.32）
2）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载F引起的导程的变化量
丝杆的拉压变形量
（2.33）
式中： L0 =0.6cm;
E---为材料弹性模量，对钢
A---为滚珠丝杠截面积
（2.34）
则有：

滚珠与螺纹滚道间的接触变形量
有预紧：

式中：---为滚珠直径，查表得=3.969mm
Z圈数列数
2513=75
---为预紧力

则有:

则丝杆的总变形量
（2.35）
查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15um/m 故刚度足够[8]。
3)稳定性验算
失稳时的临界载荷
（2.36）
式中:E---为丝杆材料弹性模量,对钢
I---为截面惯性矩,对丝杆圆截面

---为丝杆底径,=20mm
则有：
(2.37)
L---为丝杆最大工作长度,取L=425mm
---为丝杆支承方式系数,参考图2-13和表2-7,取=2.0
则有:

稳定安全系数：
(2.38)
所选丝杆稳定安全系数，查表得：

则有 ，故稳定性不存在问题。
（4）齿轮及转矩的有关计算
1）有关齿轮计算
传动比
(2.39)
故取Z1=40，Z2=50， m=2 mm，B=20 mm，
则有

2)转动惯量计算：
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量
(2.40)
丝杠的转动惯量
(2.41)
齿轮的转动惯量

电动机转动惯量很少，可以忽略
因此，总的转动惯量

所需转动力矩计算
快速空载启动时所需力矩
(2.42)
式中：---空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；
---折算到电机轴上的摩擦力矩；
---由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；
(2.43)
式中：---为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（
---为电机最大角加速度（）
---为运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（）
t---为运动部件从静止启动加速到最大快进进给速度所需时间（s）,取t=0.025s
则有：

空载摩擦力矩：
(2.44)
式中： G---运动部件总重力（N）
---为导轨摩擦系数，取0.2
i---齿轮传动降速比，i=1.25
---传动系统总效率，取=0.8
---基本导程，取=0.6cm
则有：

附加摩擦力矩：
(2.45)
式中：---为滚珠丝杆预加载荷，取的1/3
---为滚珠丝杆预紧是的传动效率，取=0.9
则有：
=

(5) 步进电机的选择
步进电机的名义启动转矩
(2.46)
为满足最小步距要求，电机选用五相十拍工作方式，查表知

所以，步进电机最大静转矩：
(2.47)
步进电机最高工作频率：
(2.48)
综合考虑，查表选用 130BF001 型直流步进电机，能满足使用要求。

3 蜗轮、蜗杆设计
3.1概述
3.1.1蜗杆传动简介
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分 ，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的每个轮齿可在分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力[4]。
3.1.2蜗杆传动的特点
1. 传动比大，结构紧凑。
　　2. 传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。
  　3. 具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。
　　4. 蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动。
5. 发热量大，齿面容易磨损，成本高
3.1.3蜗杆和涡轮的结构
一般蜗杆与轴制成一体，称为蜗杆轴。

蜗杆传动
蜗轮的结构型式可分为
3种形式。①铸造连接②过盈配合连接③螺栓联接式：轮缘和轮毂采用铰制孔，用螺栓联接，这种结构装拆方便。
蜗杆传动的类型
按蜗杆形状的不同可分： 阿基米德蜗杆（应用广泛）
1．圆柱蜗杆传动（应用广泛） 渐开线蜗杆
法向直廓蜗杆
2．环面蜗杆传动
3．锥蜗杆传动（应用较少）
按蜗杆螺旋线方向不同可分：（两者原理相同，只是作用力的方向不同）
1．右旋螺杆（应用广泛）
2．左旋螺杆
按螺杆头数不同可分为：
单头螺杆（主要应用传动比大的场合，要求自锁的传动必须采用单头）
多头螺杆（用于传动比不大和要求效率较高的场合）
蜗杆传动的应用
蜗杆传动常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功率时，为提高传动效率，常取Z1＝2～4。此外，由于当γ1较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中,其原因是因为使用轮轴运动可以减少力的消耗,从而大力推广[6]。
本设计使用阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）。这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面（即端面）上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓（即轴向齿廓）为直线，其齿形角为=。它可以在车床上用直线刀刃的单刀（当导程角时）或双刀（时）车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。

图3-1阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）

和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式也有点蚀（齿面的接触疲劳强度）、齿面胶合、齿根折断及过度磨损等。由于材料和结构的原因，蜗杆螺旋齿部分强度总是高于蜗轮轮齿的强度，因此失效经常发生在蜗轮轮齿上。所以，一般只针对蜗轮轮齿进行承载能力计算。由于蜗杆蜗轮齿面间有较大的相对滑动，从而增加了产生胶合、磨损失效的可能性，尤其在某些条件下（润滑不良），蜗杆传动因齿面胶合而失效的可能性会更大。因此，蜗杆传动的承载能力通常受到抗胶合能力的限制。在传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开始传动的主要设计准则[9]。
在闭式传动，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度来设计，按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此外，由于闭式蜗杆传动，散热较为困难，还应该做热平衡核算[13]。
由上述蜗杆传动的失效形式可知，蜗杆、涡轮的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。
3.2 蜗轮、蜗杆传动设计过程
1、 选择蜗杆传动类型
采用阿基米德蜗杆（ZA）。
2、 选择材料
蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并经渗碳淬火；也可用40、45钢或40Cr并经淬火。这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为40~45HRC，经碳化处理后的硬度为55~62HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理，其硬度为220~300HBS。本设计蜗杆材料为40Cr。
3、 按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距

（3-1）（1）确定作用在蜗杆上的转矩
按照，蜗杆尺寸，估取效率，则

（3-2）
（2）确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数，使用系数，由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则

=1 （3-3）
(3)确定弹性影响系数
选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。
（4）确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，查得=2.9。.
(5)确定许用接触应力
根据涡轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，可查得蜗轮的基本许用应力=268MPa。
应力循环次数：
（3-4）
寿命系数：
（3-5）
则==0.8134268=218MPa。
3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
（1）蜗杆

图3-2 蜗杆设计图

济南大学毕业设计
蜗杆类型 ZA
蜗杆头数 z1＝4
轴向模数 m＝4
精度等级 7级
直径系数 q＝11.20
分度圆直径 d1=20mm
分度圆导程角 γ＝19°39′14″
齿槽径向跳动公差 fr＝0.016
轴向齿距累计公差 fpxL＝0.018
轴向齿距极限偏差 ±fpx=±0.011
螺旋线公差 fhL＝0.032
（2）蜗轮

图3-3 蜗轮设计图

蜗杆类型 ZA
齿数z2=29
断面模数m=4
轴截面齿形角α=20°
变位系数x2=-0.100
分度圆螺旋角γ=19°39′14°
螺旋线方向 右
精度等