蝸桿傳動

蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿 ^[1]  。

一般蝸桿與軸製成一體，稱為蝸桿軸。蝸輪的結構型式可分為3種形式。

①整體式：用於鑄鐵和直徑很小的青銅蝸輪。

②齒圈壓配式：輪轂為鑄鐵或鑄鋼，輪緣為青銅。

③螺栓聯接式：輪緣和輪轂採用鉸制孔，用螺栓聯接，這種結構裝拆方便 ^[1]  。

4.鑄造式

1.傳動比大，結構緊湊。蝸桿頭數用Z1表示（一般Z1=1~4），蝸輪齒數用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，當Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉Z2轉蝸輪才轉一轉，因而可得到很大傳動比，一般在動力傳動中，取傳動比I=10-80；在分度機構中，I可達1000。這樣大的傳動比如用齒輪傳動，則需要採取多級傳動才行，所以蝸桿傳動結構緊湊，體積小、重量輕。

2. 傳動平穩，無噪音。因為蝸桿齒是連續不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒齧合時是連續不斷的，蝸桿齒沒有進入和退出齧合的過程，因此工作平穩，衝擊、震動、噪音都比較小。

3. 具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動。

4. 蝸桿傳動效率低，一般認為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。

5. 發熱量大，齒面容易磨損，成本高 ^[1]  。

按蝸桿形狀的不同可分：

1．圓柱蝸桿傳動；

2．環面蝸桿傳動；

3．錐蝸桿傳動 ^[1]  。

圓柱蝸桿傳動是蝸桿分度曲面為圓柱面的蝸桿傳動。其中常用的有阿基米德圓柱蝸桿傳動和圓弧齒圓柱蝸桿傳動。

①阿基米德蝸桿的端面齒廓為阿基米德螺旋線，其軸面齒廓為直線。阿基米德蝸桿可以在車牀上用梯形車刀加工，所以製造簡單，但難以磨削，故精度不高。在阿基米德圓柱蝸桿傳動中，蝸桿與蝸輪齒面的接觸線與相對滑動速度之間的夾角很小，不易形成潤滑油膜，故承載能力較低。

②弧齒圓柱蝸桿傳動是一種蝸桿軸面(或法面)齒廓為凹圓弧和蝸輪齒廓為凸圓弧的蝸桿傳動。在這種傳動中，接觸線與相對滑動速度之間的夾角較大，故易於形成潤滑油膜，而且凸凹齒廓相齧合，接觸線上齒廓當量曲率半徑較大，接觸應力較低，因而其承載能力和效率均較其他圓柱蝸桿傳動為高 ^[1]  。

各類圓柱蝸桿傳動的參數和幾何尺寸基本相同。為阿基米德圓柱蝸桿傳動的主要參數。通過蝸桿軸線並垂直於蝸輪軸線的平面，稱為中間平面。在中間平面上，蝸桿的齒廓為直線，蝸輪的齒廓為漸開線，蝸桿和蝸輪的齧合相當於齒條和漸開線齒輪的齧合。因此，蝸桿傳動的參數和幾何尺寸計算大致與齒輪傳動相同，並且在設計和製造中皆以中間平面上的參數和尺寸為基準。

蝸桿的軸向齒距pX應與蝸輪的端面周節pt相等，因此蝸桿的軸向模數應與蝸輪的端面模數相等,以m表示,m應取為標準值。蝸桿的軸向壓力角應等於蝸輪的端面壓力角，以α表示，通常標準壓力角α=20°。

蝸桿相當於螺旋，其螺旋線也分為左旋和右旋、單頭和多頭。通常蝸桿的頭數Z1=1～4,頭數越多效率越高；但頭數太多,如Z1>4,分度誤差會增大,且不易加工。蝸輪的齒數Z₂=iZ₁，i為蝸桿傳動的傳動比,i=n1/n2=Z2/Z1。對於一般傳遞動力的蝸桿傳動,Z2=27～80。當Z2<27時，蝸輪齒易發生根切；而Z2太大時，可能導致蝸輪齒彎曲強度不夠。以d1表示蝸桿分度圓直徑，則蝸桿分度圓柱上的螺旋升角λ可按下式求出 在上式中引入q=Z1/tgλ，則可求得蝸桿的分度圓直徑為d1=qm。式中q稱為蝸桿特性係數。為了限制滾刀的數目，標準中規定了與每個模數搭配的q值。通常q=6～17。蝸輪分度圓直徑d2=Z2m ^[1]  。

在蝸桿傳動中，蝸輪輪齒的失效形式有點蝕、磨損、膠合和輪齒彎曲折斷。但一般蝸桿傳動效率較低，滑動速度較大，容易發熱等，故膠合和磨損破壞更為常見。

為了避免膠合和減緩磨損，蝸桿傳動的材料必須具備減摩、耐磨和抗膠合的性能。一般蝸桿用碳鋼或合金鋼製成，螺旋表面應經熱處理（如淬火和滲碳），以便達到高的硬度(HRC45～63),然後經過磨削或珩磨以提高傳動的承載能力。蝸輪多數用青銅製造，對低速不重要的傳動，有時也用黃銅或鑄鐵。為了防止膠合和減緩磨損，應選擇良好的潤滑方式，選用含有抗膠合添加劑的潤滑油。對於蝸桿傳動的膠合和磨損，還沒有成熟的計算方法。齒面接觸應力是引起齒面膠合和磨損的重要因素，因此仍以齒面接觸強度計算為蝸桿傳動的基本計算。此外，有時還應驗算輪齒的彎曲強度。一般蝸桿齒不易損壞，故通常不必進行齒的強度計算，但必要時應驗算蝸桿軸的強度和剛度。對閉式傳動還應進行熱平衡計算。如果熱平衡計算不能滿足要求，則在箱體外側加設散熱片或採用強制冷卻裝置 ^[1]  。

蝸桿傳動常用於兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取Z1=2～4。此外，由於當γ1較小時傳動具有自鎖性，故常用在捲揚機等起重機械中，起安全保護作用。它還廣泛應用在機牀、汽車、儀器、冶金機械及其它機器或設備中,其原因是因為使用輪軸運動可以減少力的消耗,從而大力推廣 ^[1]  。