蜗杆传动参数化设计系统的研究

    蜗轮与蜗杆是用于传递两交错轴间的回转和动力的齿轮传动件，具有单级传动比大、传动平稳、结构紧凑、自锁性好的优点，被广泛应用于各种机械传动的场合。随着工程应用技术的发展，机械产品的设计周期越来越短，手工设计因为灵活性差已无法满足工程应用的需求。因此，需要根据具体的工作参数要求对蜗轮蜗杆传动的参数化设计进行研究。本文利用开放的功能及丰富的API接口函数，采用Visual Basic对它进行二次开发，实现蜗杆传动设计过程的自动化。

1 蜗杆传动的参数化结构设计

1.1 蜗杆传动系统参数的确定及材料的选定

    蜗杆传动系统的设计首先需要确定一些必需的参数，这些必需的参数可以唯一确定传动系统的最终几何尺寸，但在设计时，这些参数不是一些确定的数值，选定这些参数应以具体工作参数要求及蜗杆与蜗轮的材料性能为依据，对某些参数的选择只能参考机械设计手册规定的标准。

    对于蜗杆传动系统的设计，需要依据的主要工作参数有：载荷状态、传动形式、输入功率、蜗杆转速、传动比、预定的效率和寿命等。

    蜗杆与蜗轮材料的选择应由传动系统的实际工作场合决定，为保证传动副具有良好的减磨以及抗胶合性能，蜗轮常采用青铜或铸铁做齿圈，且常与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相配。其中蜗杆一般用合金钢或碳钢制成，常用材料包括渗碳钢、表面或整体淬火钢、调质钢、氮化钢。蜗轮常用材料包括铸造锡青铜、铸锡锌青铜、铸造锡镍青铜、铸造铝铁青铜、铸铝铁镍青铜、灰铸铁与球墨铸铁，其强度远不如钢制蜗杆，因此蜗轮是蜗杆传动中的薄弱环节。

1.2 设计方法与流程

1.2.1 蜗杆传动的设计准则

    蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相同，有疲劳点蚀、胶合、磨损、轮齿折断等，但因蜗杆和蜗轮轴线相互垂直，因而齿面间相对滑动速度大、效率低、发热量大。因此，蜗杆传动更容易发生胶合和磨损失效。由于蜗杆的轮齿是连续的螺旋齿，而且其材料强度也远比蜗轮高，所以失效一般发生在蜗轮轮齿上。

    对于闭式传动，主要失效形式是胶合和疲劳点蚀，应按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计，校核齿根弯曲疲劳强度和蜗杆轴的刚度。

    而对于开式传动，主要失效形式是蜗轮齿面磨损和轮齿折断，因此应按蜗轮齿根的弯曲疲劳强度进行设计，校核蜗轮齿面接触疲劳强度和蜗杆轴的刚度。