淺談蝸輪蝸桿傳動

趙飛宇

摘 要：蝸桿傳動是機(jī)械傳動的一種很重要的傳動方式，其以傳動比大、承載能力高、沖擊載小、傳動平穩(wěn)、易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)在國防、冶金、造船、建筑、等行業(yè)得到大量的使。傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿的損壞主要都是因為潤滑狀態(tài)過于惡劣而使蝸輪磨損。本文介紹了蝸輪蝸桿傳動的發(fā)展概況，及蝸桿傳動的類型，最后闡述了蝸桿傳動的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：蝸輪蝸桿傳動

蝸桿傳動具有悠久的歷史，可以追溯到兩千年以前。大致在人類構(gòu)思一般的齒輪的同一個時期就已構(gòu)思蝸輪，很多人研究了各種形式的蝸輪蝸桿傳動。從本世紀(jì)20年代起，蝸桿傳動技術(shù)及其嚙合理論得到了迅速發(fā)展。國內(nèi)外廣泛研究了蝸桿傳動的共輒嚙合原理，提示了很多新的矛盾，從而對己有的蝸輪蝸桿副進(jìn)行了改造，提高了承載能力，使用壽命和傳動效率，同時發(fā)明了很多新型的蝸桿傳動。

一、蝸輪蝸桿傳動的發(fā)展概況

在我國，從60年代初，始對圓弧圓柱蝸桿傳動進(jìn)行研究，不僅在嚙合理論上有了很大的進(jìn)步，許多研究內(nèi)容進(jìn)入了交叉學(xué)科研究階段，研究深度也有了更大的發(fā)展，同時在理論研究和生產(chǎn)實際相結(jié)合方面也取得了可喜的成績。首先是太原工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)對該型蝸桿傳動作了初步研究和實驗。60年代末，一機(jī)部委托天津市蝸輪減速機(jī)廠和西安重型機(jī)械研究所主辦，并請?zhí)旖蚴袡C(jī)械研究所、太原工學(xué)院和全國有關(guān)工廠進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計，完成了這種減速器的系列化工作，1969年頒發(fā)了一機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)（草案），在1979年頒發(fā)了一機(jī)部正式標(biāo)準(zhǔn)JB2318—79。包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動近年來在我國發(fā)展十分迅速，其中尤其以平面一次包絡(luò)和平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動最為突出。60年代初，首鋼在當(dāng)時一機(jī)部機(jī)械科學(xué)院的協(xié)助下，在國內(nèi)首次研制了“直平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動裝置”，并成功地應(yīng)用于冶金、機(jī)床行業(yè)。以后首鋼又在此基礎(chǔ)上研制了“斜平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動”，1971年我國冶金等部門又成功創(chuàng)制了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動。該傳動具有承載能力大、傳動效率高和蝸桿可以磨削等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金設(shè)備，并在造船、采礦、機(jī)械、建筑、天文等各個行業(yè)中使用。80年代，首鋼又成功研制了“錐面二次包絡(luò)九頭環(huán)面觸桿副”。表明我國的蝸桿研制水平已達(dá)到了一個新的階段。

二、蝸桿傳動的類型

1. 圓柱蝸桿傳動

圓柱蝸桿的齒面為圓柱螺旋面，是一條母線繞蝸桿軸線做螺旋運(yùn)動所形成的螺旋面。圓柱蝸桿傳動包括普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動兩類。

普通圓柱蝸桿傳動的蝸桿齒面（ZK型蝸桿除外）一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制而成的。根據(jù)車刀安裝的位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。根據(jù)不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿），漸開線圓柱蝸桿（ZI蝸桿），法向直齒廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）和錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）等四種。

圓弧圓柱蝸桿傳動和普通圓柱蝸桿傳動相似，只是齒廓形狀有所區(qū)別。ZC蝸桿是一種非直紋面圓柱蝸桿，其齒面一般為圓弧形凹面。ZC蝸桿傳動可分為圓環(huán)面包絡(luò)圓柱蝸桿傳動和軸向圓弧齒形圓柱蝸桿傳動兩類。圓弧圓柱蝸桿傳動，在中間平面上蝸桿的齒廓為內(nèi)凹弧形，與之相配的蝸輪齒廓則為凸弧形，是一種凹凸弧形齒廓相嚙合的傳動，綜合曲率半徑大，承載能力高，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、化工、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中。

2. 環(huán)面蝸桿傳動

環(huán)面蝸桿傳動的特征是，蝸桿體在軸向的外形是以凹形圓弧為母線所形成旋轉(zhuǎn)曲面，所以把這種蝸桿傳動叫做環(huán)面蝸桿傳動.在這種蝸桿傳動的嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上，亦即蝸桿的節(jié)弧沿蝸輪的節(jié)圓包著蝸輪。在中間平面內(nèi)，蝸桿和渦輪都是直線齒廓。由于同時嚙合的齒多，而且輪齒的接觸線與蝸桿運(yùn)動的方向近似于垂直， 這就改善了輪齒受力情況和潤滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德頓桿傳動的2-4倍，效率一般高達(dá)0.85-0.9；但它需要較高的安裝精度。

3.錐蝸桿傳動

錐蝸桿傳動也是一種空間交錯軸之間的傳動，兩軸交錯角通常為90°。蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋所形成的，故稱為錐蝸桿。而蝸輪在外觀上就像一個曲線齒錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機(jī)上加工而成的，故稱為錐鍋輪。錐蝸桿的傳動特點(diǎn)是：同時接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；傳動比范圍大（一般為10-360）；承載能力和效率較高；側(cè)隙便于控制和調(diào)整；能作離合器使用；可節(jié)約有色金屬；制造安裝簡便，工藝性好。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，傳動具有不對稱性，因而正、反轉(zhuǎn)時受力不同，承載能力和效率也不同。

三、蝸桿傳動的特點(diǎn)

1.單級傳動比大（在動力傳動中，一般傳動比i= 10-80；在分度機(jī)構(gòu)中，可達(dá)1000）。圓柱齒輪和圓錐齒輪傳動的單級傳動比最大一般為10，在要求大傳動比的場合，采用一級蝸桿傳動往往可以代替多級齒輪傳動，不僅減少了零件數(shù)目，而且簡化了機(jī)構(gòu)。

2.結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲低、振動小。由于蝸桿的齒面是連續(xù)不斷的螺旋面，而蝸輪在同一時刻處于嚙合中的齒數(shù)不少于兩個，屬多齒嚙合。因此，在制造精度與工作條件相同時，由制造差引起的附加動載荷與齒輪傳動相比小得多。

3.易于防止逆轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自鎖。當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于摩擦角時，理論上不能由蝸輪驅(qū)動蝸桿，即可以設(shè)計自鎖的蝸桿傳動裝置。但是實際上自鎖性能僅在靜止或低速時表現(xiàn)明顯，在速度較高或有振動的條件下，情況變得復(fù)雜。

4.抗彎強(qiáng)度高。蝸桿齒呈螺旋狀，頓輪齒為弧形曲梁，它們的抗彎曲強(qiáng)度較高， 輪齒極少出現(xiàn)彎曲折斷現(xiàn)象。因此，蝸桿傳動可以承受較大的瞬時沖擊載荷。

5.傳動效率低。蝸桿傳動與其它形式的齒輪傳動（圓柱齒輪傳動和錐齒輪傳動）相比較，在傳遞動力時，齒面摩擦損失較大，部分能量消耗于嚙合摩擦上，故傳動效率較低，且隨著傳動比增大和滑動速度減小而降低。

四、結(jié)語

蝸輪蝸桿傳動是應(yīng)用最廣泛的傳動機(jī)構(gòu)之一。它具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作安全可靠等特點(diǎn)。隨著近代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對蝸輪蝸桿傳動裝置的承載能力提出了更高的要求。為了適應(yīng)這種要求，人們不斷地探索提高蝸桿傳動性能的途徑，這首先是尋找最佳的齒廓形狀，其次是提高蝸桿齒面的硬度，傳動精度等指標(biāo)，以期獲得良好的使用性能和工藝性能。

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