蝸輪蝸桿的工作原理

蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用來傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似。

蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)通常兩軸交錯(cuò)角為 90°，一般是以蝸桿為主動(dòng)件。從外形上看，蝸桿類似螺栓，蝸輪則很像斜齒圓柱齒輪。工作時(shí)，蝸輪輪齒沿著蝸桿的螺旋面作滑動(dòng)和滾動(dòng)。為了改善輪齒的接觸情況，將蝸輪沿齒寬方向做成圓弧形，使之將蝸桿部分包住，這樣蝸桿蝸輪嚙合時(shí)是線接觸，而不是點(diǎn)接觸。

蝸輪蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動(dòng)件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分蝸桿傳動(dòng)，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過一齒；若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過兩齒。

蝸輪蝸桿的特點(diǎn)：

1.可以得到很大的傳動(dòng)比，比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊。

2.兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)。

3.蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小。

4.具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能由蝸輪帶動(dòng)蝸桿。如在起重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。

5.傳動(dòng)效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動(dòng)時(shí)，嚙合輪齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對(duì)滑動(dòng)速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了散熱和減小磨損，常采用價(jià)格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤(rùn)滑裝置，因而成本較高。

6.蝸桿軸向力較大。

在蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪輪齒的失效形式有點(diǎn)蝕、磨損、膠合和輪齒彎曲折斷。但一般蝸桿傳動(dòng)效率較低，滑動(dòng)速度較大，容易發(fā)熱等，故膠合和磨損破壞更為常見。

蝸輪蝸桿傳動(dòng)為了避免膠合和減緩磨損，其材料必須具備減摩、耐磨和抗膠合的性能。一般蝸桿用碳鋼或合金鋼制成，螺旋表面應(yīng)經(jīng)熱處理（如淬火和滲碳），以便達(dá)到高的硬度（HRC45～63），然后經(jīng)過磨削或珩磨以提高傳動(dòng)的承載能力。蝸輪多數(shù)用青銅制造，對(duì)低速不重要的傳動(dòng)，有時(shí)也用黃銅或鑄鐵。為了防止膠合和減緩磨損，應(yīng)選擇良好的潤(rùn)滑方式，選用含有抗膠合添加劑的潤(rùn)滑油。

對(duì)于蝸桿傳動(dòng)的膠合和磨損，還沒有成熟的計(jì)算方法。齒面接觸應(yīng)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(qiáng)度計(jì)算為蝸桿傳動(dòng)的基本計(jì)算。此外，有時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算輪齒的彎曲強(qiáng)度。一般蝸桿齒不易損壞，故通常不必進(jìn)行齒的強(qiáng)度計(jì)算，但必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算蝸桿軸的強(qiáng)度和剛度。對(duì)閉式傳動(dòng)還應(yīng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。如果熱平衡計(jì)算不能滿足要求，則在箱體外側(cè)加設(shè)散熱片或采用強(qiáng)制冷卻裝置。

蝸輪蝸桿傳動(dòng)常用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場(chǎng)合。

蝸輪蝸桿傳動(dòng)當(dāng)要求傳遞較大功率時(shí)，為提高傳動(dòng)效率，常取Z1=2～4。此外，由于當(dāng)γ1較小時(shí)傳動(dòng)具有自鎖性，故常用在卷?yè)P(yáng)機(jī)等起重機(jī)械中，起安全保護(hù)作用。它還廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中，其原因是因?yàn)槭褂幂嗇S運(yùn)動(dòng)可以減少力的消耗，從而大力推廣。

審核編輯 ：李倩