蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)述

蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯(cuò)的夾角可以為任意值，在大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為90°。蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成，一般情況下，蝸桿為主動(dòng)件，蝸輪為從動(dòng)件。蝸桿傳動(dòng)由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)演化而來(lái)，蝸桿類似于螺桿，蝸輪類似于一個(gè)具有凹形輪緣的斜齒輪。

一、蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)

1.傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊。在傳遞動(dòng)力時(shí)，一般單級(jí)蝸桿傳動(dòng)比i=5～80；在手動(dòng)機(jī)構(gòu)或分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中，傳動(dòng)比可達(dá)300；若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。

2.在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)自鎖。當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)便具有自鎖性。常為了保證安全生產(chǎn)用于一些需要反向自鎖的起重設(shè)備。

3.傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是一條連續(xù)的螺旋線，蝸桿齒和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合又逐漸退出嚙合的，并且同時(shí)嚙合的齒數(shù)又較多，因此沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。

4.制造成本高。由于一般失效都發(fā)生在蝸輪上，為增加蝸輪的耐摩性，蝸輪的齒面一般用價(jià)格較高的青銅制成，因此制造成本較高。

5.磨損嚴(yán)重，效率低。蝸桿傳動(dòng)在嚙合處會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損。因此摩擦損失較大，效率低。

二、蝸桿傳動(dòng)類型

蝸桿傳動(dòng)按蝸桿的形狀分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)三種類型。

1.圓柱蝸桿傳動(dòng)應(yīng)用最廣泛，其又分為普通圓柱蝸桿和圓弧圓柱蝸桿兩種類型。普通圓柱蝸桿根據(jù)蝸桿齒廓不一樣，又可以分為阿基米德蝸桿、漸開(kāi)線蝸桿、法向直廓蝸桿等。阿基米德蝸桿的端面齒廓曲線為阿基米德螺線，蝸桿和蝸輪在中間平面上是直齒條和漸開(kāi)線齒輪的嚙合，加工簡(jiǎn)便，故應(yīng)用最廣泛，但不便磨削，精度較低；漸開(kāi)線蝸桿的端面齒廓為漸開(kāi)線，可磨削，制造精度較高，可大批量生產(chǎn)，效率高；法向直廓蝸桿的端面內(nèi)齒廓曲線為延伸漸開(kāi)線，磨削困難，可車、用盤銑刀或指狀銑刀加工。

2.環(huán)面蝸桿傳動(dòng)，蝸桿體在軸向的外形是以凹圓弧為母線形成的旋轉(zhuǎn)曲面，蝸桿軸面和蝸輪端面均為直線齒廓，蝸輪節(jié)圓在蝸桿節(jié)弧面上，需要較高的制造和安裝精度。

3.錐蝸桿傳動(dòng)，其分度圓曲面是圓錐面，蝸桿是節(jié)錐面上分布等導(dǎo)程螺旋線齒，蝸輪類似類似曲線齒錐齒輪，嚙合齒數(shù)多、重合度大、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)。

蝸桿傳動(dòng)按蝸桿頭數(shù)不同分為：?jiǎn)晤^蝸桿、多頭蝸桿，單頭多用于自鎖和傳動(dòng)比較大的場(chǎng)合，多頭常用于效率要求較高和傳動(dòng)比不大的場(chǎng)合；按蝸桿旋向分為左旋和右旋，一般情況下都采用右旋。

三、蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)

因普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用最廣泛，故介紹的是普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)。

1.模數(shù) 和壓力角

模數(shù) 和壓力角 是蝸桿傳動(dòng)的兩個(gè)重要參數(shù)，蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算都是以中間平面的參數(shù)和幾何關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)的。所以蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件是：蝸桿的軸面模數(shù)ma1、壓力角aa1應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)mr2、壓力角ar2分別相等，且蝸桿的導(dǎo)程角γ與蝸輪螺旋角β2大小相等、旋向相同，即ma1=mr2=m，aa1=ar2=a，γ=β2 。

2.蝸桿的直徑系數(shù) ，有與模數(shù)相匹配的標(biāo)準(zhǔn)值，齒厚和齒槽寬相等的圓柱的直徑稱為分度圓直徑 ，為了減少蝸輪滾刀的數(shù)量和便于標(biāo)準(zhǔn)化，制定了分度圓直徑的標(biāo)準(zhǔn)系列，對(duì)每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的分度圓直徑。蝸桿的分度圓直徑 ，其中 為模數(shù)。

3.蝸桿頭數(shù) 和蝸輪齒數(shù)

蝸桿頭數(shù) 可根據(jù)要求的傳動(dòng)比、效率和制造的難易程度來(lái)選，常取為1、2、3、4。其選擇原則是：對(duì)傳動(dòng)比要求大或有自鎖要求時(shí)，取z1=1，缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率比較低；要求傳遞功率較大時(shí)，取z1=2，3，4，缺點(diǎn)是加工難度大。蝸輪齒數(shù) 主要根據(jù)傳動(dòng)比來(lái)確定， =i ，為了避免根切，通常規(guī)定 大于28，小于80。

4.導(dǎo)程角 ，導(dǎo)程角大，傳動(dòng)效率高，導(dǎo)程角小，傳動(dòng)效率低。但導(dǎo)程角大增加了蝸桿和蝸輪滾刀制造難度，所以一般取 =150-300，如有自鎖性要求，導(dǎo)程角還要取小些。

四、蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)

蝸桿常與軸制成一體，稱為蝸桿軸。蝸輪可以是整體式，也可以是組合式，一般為了節(jié)約材料而做成組合式，即齒圈用貴重的有色金屬制造，輪芯用鋼或鑄鐵制造。齒圈與輪芯可以用過(guò)盈配合連接，也可以用螺栓來(lái)連接，對(duì)于成批制造的蝸輪，還可以在鑄鐵輪芯上澆鑄出青銅齒圈。

五、普通圓柱蝸桿承載能力的計(jì)算

1.蝸桿傳動(dòng)的失效形式

蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪類似，有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合，齒面磨損等，但其失效形式主要是齒面膠合，磨損及點(diǎn)蝕。由于蝸桿傳動(dòng)失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上，因此，一般只對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計(jì)算，必要時(shí)還要進(jìn)行強(qiáng)度校核和剛度校核。

2.蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

對(duì)于閉式傳動(dòng)，其主要失效形式是膠合和點(diǎn)蝕，所以不僅要按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以防齒面的點(diǎn)蝕和膠和，還要對(duì)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。

對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，其主要失效是齒面磨損和輪齒折斷，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開(kāi)式傳動(dòng)的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。另外，支撐跨距離較大時(shí)，還要對(duì)蝸桿軸進(jìn)行剛度，對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng)，還應(yīng)作熱平衡核算。

3.蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

（1）蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算

蝸輪可以近似地看成斜齒圓柱齒輪計(jì)算，其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：

（2）蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算也和斜齒圓柱齒輪相似，其驗(yàn)算公式為： 蝸桿傳動(dòng)廣泛用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比比較大、傳動(dòng)功率不太大或間歇工作的場(chǎng)合。一般用于減速裝置，但也有個(gè)別機(jī)器用作增速裝置。隨著機(jī)器功率的提高，近年來(lái)出現(xiàn)了多種新型的蝸桿傳動(dòng)，效率低的缺點(diǎn)正在逐步得到改善。

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