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蜗轮蜗杆传动
一、蜗杆传动的特点和类
蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90°。传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。

1、蜗杆传动的特点
传动比大，一般 i =10~80，最大可达1000；
重合度大，传动平稳，噪声低；
结构紧凑，可实现反行程自锁；
蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大，效率低；发热量大，不宜大功率、长时间连续工作，蜗轮齿圈用青铜制造，成本较高。

2、应用范围：
主要用于中小功率，间断工作的场合。
广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。
3、蜗杆传动的类型

圆柱蜗杆传动

环面蜗杆

锥蜗杆

二、蜗杆传动的精度等级
现国标规定普通圆柱蜗杆传动共12个精度等级，1级最高，12级最低。对于动力传动，常用6~9级。
6级——精密级 高速重载齿轮传动（减速箱，汽车，飞机） 涡轮圆周速度V≥10m/s时；
7级——精密 V＜7.5m/s时；
8级——中等精度 普通机械中不要求特别精确的齿轮 V＜5m/s时；
9级——低精度 精度要求低，低速下工作的齿轮 V≤1.5m/s时
蜗杆和配对涡轮一般取相同的精度等级。

三、螺杆旋向的分类及识别方法
蜗杆旋向分为：左旋和右旋，其中以右旋最为常用。
识别方法：把蜗杆立起来看螺旋线哪边高，左边高为左旋，右边高为右旋。

左旋 右旋
螺杆还有单头和多头之分

用手势确定蜗轮的转向：
右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速 度vp2的方向与拇指指向相同。
左旋蜗杆：用右手判断，方法一样。

四、蜗杆传动的主要参数
1、中间平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面。

蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面（主平面）内确定。
在主平面内，蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。
2、模数m和压力角α
模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。模数m = 分度圆直径d / 齿数z。
（注：在齿顶圆和齿根圆之间，规定一定直径为d的圆，作为计算齿轮各部分尺寸的基准，并把这个圆称为分度圆）
其中模数m的标准值如下（优先选用第一系列）：

压力角：压力角是若不考虑各运动副中的摩擦力及构件重力和惯性力的影响,机构运动时从动件所受的驱动力的方向线与该力作用点的速度方向线之间的夹角。
蜗轮蜗杆正确啮合条件是：蜗杆的轴面模数 m1和轴面压力角α1应分别等于蜗轮的端面模数m2和端面压力角α2，即
m1 =m2 =m
α1=α2= α=20°
注：压力角标准值为20°
在两轴交错角为90°的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角γ应与蜗轮分度圆上的螺旋角β大小相等旋向相同，即 γ=β
导程角：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。
螺旋角：圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角。
3、传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2
设蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为z2，当蜗杆转一周时，蜗轮转过 z1 个齿( z1 / z2周)。因此，其传动比为 ：i= n1 / n2= z2/ z1≠d2/ d1
其中z1常取 1，2，4，6

具体大小，可根据传动比，按照图中推荐值选取
蜗杆头数与传动效率关系
z1↑→g↑→效率 η↑，但加工困难。
z1↓→ 传动比 i↑，但传动效率 η↓
z2= i z1 。 如 z2太小，将使传动平稳性变差。如 z2太大，蜗轮直径将增大，使蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。
4、蜗杆直径系数q
分度圆直径d与模数m的比值称为蜗杆的直径系数q。即：q=d/m
齿面间滑动速度vs
蜗杆传动即使在节点C处啮合，齿廓之间也有较大的相对滑动，滑动速度vs 沿蜗杆螺旋线方向。设蜗杆圆周速度为v l、蜗轮圆周速度为v 2 ，有

m/s
cos
1
2
2
2
1
g
v
v
v
v
s
=
+
=

5、中心距a
当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距计算式为
a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)
注： 啮合传动时在节点处相切的一对圆。对于一个单一的齿轮来说是不存在节圆的。而且两齿轮节圆的大小显然是随其中心距的变化而变化的。
五、蜗杆传动的失效形式及材料选择
1.、主要失效形式：胶合、磨损、点蚀等。
其中，在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。
2、常用材料
由于蜗杆传动的特点，蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用青铜作蜗轮齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。
蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr渗碳淬火，或45钢、40Cr淬火。低速中轻载的蜗杆可用45钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。
蜗轮常用材料有：
①锡青铜：适用于齿面滑动速度 较高的传动。（抗胶合能力强，抗点蚀能力差）
②铝青铜：vs≤ 8 m/s 的场合。（抗胶合能力差）
③灰铸铁：vs≤ 2 m/s 的场合。
3、蜗杆和蜗轮的结构
由于蜗杆的直径不大，所以常和轴做成一个整体（蜗杆轴），当蜗杆的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。
为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。

六、蜗杆传动的效率、润滑及散热形式
1、蜗杆传动的效率
与齿轮传动类似，闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分：轮齿啮合摩擦损耗，轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其总效率为
η=η1η2η3
其中最主要的是啮合效率
2、蜗杆传动的润滑
（1）目的：减摩、散热。
一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。
（2）给油方法：
①油池润滑（注：蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的 1/6～1/3。）
②喷油润滑
为减小搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度v2>4m/s时，常将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式传动，由蜗轮带油润滑。
（3）润滑方式的选择：
当滑动速度vs≤ 5~10 m/s时，采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失，下置式蜗杆不宜浸油过深。
当螺杆线速度v2> 4 m/s时，采用蜗杆在上的结构。
当vs > 10~15 m/s时，采用压力喷油润滑。

3、蜗轮蜗杆传动散热形式：
在蜗杆轴上装置风扇或在箱体油池内装设蛇形冷却水管或用循环油冷却。