第五講：蝸桿傳動

第五講：蝸桿傳動教學內容：1、蝸桿傳動概述

2、蝸桿傳動的主要參數和嚙合條件

3、蝸桿傳動的應用特點教學要求：掌握蝸桿傳動在機械設備中的應用教學方法：理論聯(lián)系實際，通過實例深入淺出講解，達到學以致用。一、蝸桿傳動概述

1、蝸桿傳動的組成：蝸桿傳動由蝸桿和渦輪組成，通常由蝸桿（主動件）帶動渦輪（從動件）轉動，并傳動運動和動力。蝸桿與渦輪在空間一般交錯90°。蝸桿與渦輪都是一種特殊結構的斜齒輪。蝸桿結構：蝸桿通常與軸做成一體，稱為蝸桿軸。渦輪結構：渦輪常采用組合結構，連接方式有鑄造連接、過盈連接和螺栓連接。

2、蝸桿傳動的分類

1）按蝸桿頭數分：有單頭蝸桿和多頭蝸桿。

2）按蝸桿螺旋線方向分：有左旋蝸桿和右旋蝸桿。

3）按蝸桿形狀分：有圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。

3、蝸桿傳動回轉方向的判定：蝸輪的回轉方向不僅與蝸桿的回轉方向有關，且與蝸桿輪齒的螺旋方向有關。蝸輪回轉方向的判定方法：蝸桿右旋時用右手，左旋時用左手。半握拳，四指指向蝸桿回轉方向，蝸輪的回轉方向與大拇指指向相反。

4、蝸桿傳動的傳動比：i=n1/n2=z2/z1

當蝸輪齒數不變時，蝸桿頭數少則傳動比大，但蝸桿的導程角小，蝸桿傳動效率低。蝸桿頭數多，傳動效率高，但加工越困難。蝸桿傳動用于分度機構時，一般采用單頭蝸桿，用于動力傳動時，取2至3個；當傳遞功率較大時，為提高傳動效率，可取4。

5、蝸桿傳動的特點傳動比大；傳動平穩(wěn)，噪聲??；容易實現自鎖。承載能力大；蝸輪的分度圓柱面由直線變?yōu)榛【€，使蝸桿與蝸輪的嚙合呈線接觸，同時進入嚙合的齒數較多，因此與點接觸的交錯軸斜齒輪傳動相比，承載能力大；傳動效率低。蝸桿副嚙合區(qū)滑動速度很大，摩擦損失大，因此傳動效率低。二、蝸桿傳動的主要參數和嚙合條件

1、蝸桿傳動的中間平面：通過蝸桿軸線并與渦輪軸線垂直的平面稱為中間平面。在蝸桿傳動中，其幾何尺寸的計算均以中間平面為準。

2、蝸桿傳動的主要參數

1）模數m：蝸桿的模數是指軸向模數，蝸輪的模數是指端面模數，蝸輪的端面模數等于其配對蝸桿的軸向模數。

2）齒形角α：對于阿基米德蝸桿，齒形角是蝸桿的軸向齒形角（20o）

3）蝸桿直徑系數q：是為蝸桿尺寸計算專門規(guī)定的一個參數。q=d1/m。

4）分度圓柱導程角

γ

5）軸向齒距px：軸平面上，蝸桿相鄰的兩同側齒廓間的軸向距離。

6）蝸桿頭數z1和渦輪齒數z2：

7）中心距a蝸桿軸線與蝸輪軸線間的距離。

3、蝸桿傳動的正確嚙合條件

1）在中間平面內，蝸桿的軸向模數和蝸輪端面模數相等，即mx1=mt2=m。

2）在中間平面內，蝸桿的軸向齒形角和蝸輪的端面齒形角相等，αx1=αt2=α。

3）蝸桿分度圓柱面導程角和蝸輪分度圓柱面螺旋角相等，且旋向一致，即γ1=β2。三、蝸桿傳動的應用特點1、蝸桿與渦輪材料的選擇；2）蝸桿傳動的潤滑與散熱。第五講：蝸桿傳動

一、蝸桿傳動的組成：蝸桿傳動是由蝸桿、蝸輪和機架組成的傳動裝置，用于傳遞空間兩交錯軸間的運動和動力。一般蝸桿與蝸輪的軸線在空間互相垂直交錯成90°。通常情況下在傳動中蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。蝸桿傳動類似于螺旋傳動。按螺旋(蝸桿的螺旋齒)的方向，蝸桿有右旋和左旋之分，一般多用右旋蝸桿，特殊情況下才用左旋。蝸桿上只有一條螺紋線的稱單頭蝸桿，有兩條以上螺紋線的稱為多頭蝸桿，通常蝸桿的頭數z1=1、2、4。二、蝸桿傳動的類型根據蝸桿的形狀可分為：圓柱蝸桿傳動和環(huán)面蝸桿傳動。圓柱蝸桿按螺旋面形狀的不同可分為漸開線蝸桿和阿基米德蝸桿。由于阿基米德蝸桿加工方便，所以應用廣泛。三、蝸桿傳動的特點和用途

1.傳動比大。

i=10--40,最大可達80。若只傳遞運動，傳動比可達1000。

2.傳動平穩(wěn)、噪聲小。

3.可制成具有自鎖性的蝸桿。

4.效率較低。η=0.7——0.8。

5.蝸輪造價較高。蝸桿傳動主要用于傳動比較大，結構要求緊湊的場合；或用于需要傳動具有自鎖性能的場合。四、蝸桿傳動的基本參數通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。在中間平面內，普通圓柱蝸桿傳動相當于齒輪與齒條的嚙合傳動，所以設計計算都以中間平面的參數和幾何關系為準，并沿用圓柱齒輪傳動的計算關系。蝸桿傳動幾何參數1.蝸桿傳動的基本參數（1）模數和壓力角如圖所示，在中間平面內，蝸桿和蝸輪的嚙合就相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。為加工方便，規(guī)定在中間平面內的幾何參數應是標準值。所以，蝸桿的軸向模數和蝸輪的端面模數應相等，并為標準值，分別用mx1和mt2表示，即mx1=mt2=m。同時，蝸桿的壓力角αx1，等于蝸輪的端面壓力角αt2，并為標準值，即αx1=αt2=α=20°。（2）蝸桿分度圓直徑和導程角設z1為蝸桿的頭數，γ為蝸桿的導程角(所謂導程角是指圓柱螺旋線的切線與端平面之間所夾的銳角)。px1為蝸桿的軸向齒距，d1為分度圓直徑，mx1為軸向模數，由上式可知，當標準模數一定時，如果導程角不同，則直徑不同的蝸桿，就需用不同的滾刀去切制蝸輪，經濟性差。為了減少蝸輪滾刀數目，便于刀具標準化，國家標準將蝸桿分度圓直徑的尺寸加以限制，相互間對應關系可查表。z1px1稱為蝸桿的導程。所謂導程是指在圓柱蝸桿的軸平面上，同一條螺紋的兩個相鄰的同側齒廓之間的軸向距離。在分度圓柱上，導程角和導程的關系為：

蝸輪輪齒和斜齒輪相似，輪齒的旋向與軸線之間的夾角稱螺旋并用β表示。并規(guī)定蝸桿分度圓柱面上的導程角應等于蝸輪分度圓柱面上的螺旋角，且兩者的螺旋方向必須相同。即γ=β。

蝸桿展開圖3）．蝸桿頭數、蝸輪齒數和傳動比一般推薦z1=1～4，最多為6。單頭蝸桿容易切削，導程角小，自鎖性好，效率低。蝸桿頭數越多，加工越困難，分度誤差越大。在傳動中，蝸輪齒數不宜過多，否則將使結構不緊湊。對于動力傳動，一般推薦z2=29～70，為了避免根切現象，取z2≥27，通常蝸輪齒數按傳動比來確定，z2=iz1。蝸桿傳動比是蝸桿轉速與蝸輪轉速之比，也等于蝸輪齒數與蝸桿頭數之比，即：五、蝸桿傳動的傳動比和旋轉方向

1．蝸桿傳動的傳動比在蝸桿傳動中，是用蝸桿帶動蝸輪傳遞運動和動力的。設蝸桿的頭數為z1，其轉速為n1，蝸輪的齒數為z2，轉速為n2。因為蝸桿每轉過一周，便有z1個齒經過C點，故每分鐘將有z1n1個齒經過C點。同樣，蝸輪每轉一周有z2個齒經過C點，所以每分鐘將有z2n2個齒經過C點。在每分鐘的嚙合傳動過程中，兩者必然相等，即z1n1=z2n2,故傳動比為：

一般分度機構中多用z1=1。當傳遞功率較大時，為提高效率，可取z1=4。作為動力傳動，通常取z1=2、4。蝸輪齒數z2，可根據傳動比i和蝸桿頭數z1決定，即z2=i.z1。為了避免根切，當z1=1時，z2min=18；當z1>1時，z2min=27。

2．蝸桿傳動旋轉方向的判定

(1)蝸桿、蝸輪的螺旋方向可用右手法則判定，其判定方法同斜齒輪的旋向判定。

(2)蝸輪的旋轉方向，不僅與蝸桿的旋轉方向有關，而且還與蝸桿的螺旋方向有關。蝸輪旋轉方向的判定方法如下：當蝸桿是右旋（或左旋）時，伸出右手（或左手）半握拳，用四指順著蝸桿的旋轉方向，蝸輪的旋轉方向與大拇指指向相反。蝸桿傳動示意圖蝸輪旋轉方向的判定六、蝸桿傳動的應用特點

(1)傳動平穩(wěn)，噪聲小。由于蝸桿的齒為連續(xù)不斷的螺旋形齒，在與蝸輪嚙合時，是逐漸進入和退出嚙合的，同時嚙合的齒數又較多，因此蝸桿傳動比齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲小。

(2)傳動比大，而且準確。蝸桿的頭數1～6，遠小于蝸輪的齒數，在一般傳動中，i=10～80，在分度機構中可達600～1000。這樣大的傳動比，如用齒輪傳動則需要采用多級傳動。由此可見，在較大傳動比時，蝸桿傳動具有結構緊湊的特點。此外，蝸桿傳動和齒輪傳動一樣能保證傳動比的準確性。

(3)承載能力較大。蝸桿與蝸輪嚙合時呈線接觸，同時進入嚙合的齒數較多，與點接觸的交錯軸斜齒輪傳動相比，承載能力大。

(4)能夠自鎖。當蝸桿的導程角小于材料的當量摩擦角時，則蝸桿傳動便可以自鎖。此時，只能用蝸桿帶動蝸輪，而不能用蝸輪帶動蝸桿。

(5)效率低。蝸桿傳動中，蝸輪齒沿蝸桿齒的螺旋線方向滑動速度大，摩擦較大，所以傳動效率較齒輪傳動和帶傳動都低。一般效率為0.7～0.9，具有自鎖性的蝸桿傳動效率約為0.4。由于蝸桿傳動效率較低，摩擦產生的熱量較大，所以要求工作時要有良好的潤滑和冷卻。

(6)成本較高。為了減少摩擦，提高效率和使用壽命，蝸輪往往要用價格較貴的青銅等減摩材料。七、蝸桿傳動的正確嚙合條件

蝸桿傳動的失效形式

1.蝸桿傳動的正確嚙合條件因為中間平面為蝸桿的軸面、蝸輪的端面，所以蝸桿傳動的正確嚙合條件為：

mx1=mt2=m,αx1=αt2=α,γ=β

式中：mx1、αx1分別為蝸桿的軸面模數和軸面壓力角；

mt2、αt2分別為蝸輪的端面模數和端面壓力角；

γ為蝸桿的導程角；

β為蝸輪的螺旋角。2．蝸桿傳動的失效形式由于蝸輪材料的強度往往低于蝸桿材料的強度，所以失效大多發(fā)生在蝸輪輪齒上。蝸桿傳動的失效形式有點蝕、膠合、磨損和折斷。蝸桿傳動在工作時，齒面間相對滑動速度大，摩擦和發(fā)熱嚴重，所以主要失效形式為齒面膠合、磨損和齒面點蝕。