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蜗杆传动原理及特点

发布时间：2016/6/2 15:19:14 来源：海洋传动

弧齿圆柱蜗杆传动是一种蜗杆轴面(或法面)齿廓为凹圆弧和蜗轮齿廓为凸圆弧的蜗杆传动。在这种传动中，接触线与相对滑动速度之间的夹角较大，故易于形成润滑油膜，而且凸凹齿廓相啮合，接触线上齿廓当量曲率半径较大，接触应力较低，因而其承载能力和效率均较其他圆柱蜗杆传动为高。平面包络环面蜗杆减速器是一种新兴的传动装置，

蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。在一般蜗杆传动中，都是以蜗杆为主动件。
　　从外形上看，蜗杆类似螺栓，蜗轮则很象斜齿圆柱齿轮。工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。为了改善轮齿的接触情况，将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住。这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触，而不是点接触。
　　蜗杆传动具有以下特点：
　　1．传动比大，且准确。通常称蜗杆的螺旋线数为螺杆的头数，若蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为z2，则蜗杆传动的传动比为
i＝&61559;1/&61559;2＝n1/n2＝z2/z1 　　（3－60）
通常蜗杆头数很少（z1=1～4），蜗轮齿数很多(z2=30～80)，所以蜗杆传动可获得很大的传动比而使机构比较紧凑。单级蜗杆传动的传动比 i≤100～300；传递动力时常用 i＝5～83。
　　2．传动平稳、无噪声。因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿对较多。
　　3．当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。
　　4．传动效率比较低。当z1＝1时，效率&61544;=0.7～0.75；z1=2时，&61544;=0.75～0.82；z1＝3～4时，&61544;=0.82～0.92。具有自锁时，&61544;=0.4～0.45。
　　5．因啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造。
按蜗杆形状的不同可分：
　　1．圆柱蜗杆传动
　　2．环面蜗杆传动
其中常用的有阿基米德圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。
①阿基米德蜗杆的端面齿廓为阿基米德螺旋线，其轴面齿廓为直线。阿基米德蜗杆可以在车床上用梯形车刀加工，所以制造简单，但难以磨削，故精度不高。在阿基米德圆柱蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮齿面的接触线与相对滑动速度之间的夹角很小，不易形成润滑油膜，故承载能力较低。
②弧齿圆柱蜗杆传动是一种蜗杆轴面(或法面)齿廓为凹圆弧和蜗轮齿廓为凸圆弧的蜗杆传动。在这种传动中，接触线与相对滑动速度之间的夹角较大，故易于形成润滑油膜，而且凸凹齿廓相啮合，接触线上齿廓当量曲率半径较大，接触应力较低，因而其承载能力和效率均较其他圆柱蜗杆传动为高。

平面包络环面蜗杆减速器是一种新兴的传动装置，其承载能力大，传动效果高，机构紧密、合理。这种减速器可以广泛地应用于各种传动机械中的减速传动，如冶金、矿山、起重、化工、建筑橡塑、船舶等行业以及其它机械设备上，适用工作环境温度为-40-＋40，输入轴转速不大于1500转/分，蜗杆轴可正反两面方向旋转。
一、平面二次包络环面蜗杆蜗轮减速机的特点：
平面二次包络环面蜗杆传动是一种先进的重承载传动装置，具有承载能力大、传率高、使用寿命长等优异特性。是替代其它蜗杆传动的最佳选择。
二、平面二次包络环面蜗杆副的形成原理：
A、平面二次包络环面蜗杆副的形成过程主要包括两次包络运动：
1、第一次包络运动是以一个平面齿蜗轮的齿面为母面与蜗杆以一定的相对运动，包络出蜗杆的螺旋齿面；
2、第二次包络运动是以第一次包络运动形成螺旋曲面为母面与蜗轮通过共轭运动包络出蜗轮齿面。
B、啮合过程有以下特点：
1、蜗杆轴向齿廓呈弧分布，同时接触齿数：3—7个齿；
2、蜗杆齿面经硬化处理后精确磨削而成，齿面硬度：HRC》50，粗糙度Ra《0.8 ；
3、加工工艺过程和成形过程完全一致，能够可靠的保证制造精度和啮合的理论状态；
4、齿面接处面积大于：70% ；
5、蜗轮齿面上每时每刻都有：两条同时出现的沿齿宽方向不断从两端向中间推进的：接触线，而且接触线与相对速度方向的夹角接近90度；
6、齿面润滑角度大、动压油膜的形成及保持性好

圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
蜗杆蜗轮机构是由交错轴斜齿圆柱齿轮机构演变而来的，如图所示交错角=90°、螺旋角旋向相同，小齿轮螺旋角很大，分度圆柱直径较小、轴向长度较长、齿数很少，外形像一根螺杆，称为蜗杆。蜗轮实际上是一个斜齿轮。

规定通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。

1.蜗杆的头数Z1和蜗轮的齿数Z2和传动比i

1）蜗杆头数：z1=1-4：
单头：i大，易自锁，效率低，精度高。
多头：η↑，但加工困难，精度降低。

2）蜗轮齿数：z2=27-80

Z2过大，m过小，轮齿弯曲强度↓

m不变，Z2过大，d2过大，蜗杆支承跨距↑，蜗杆弯曲赐度↓

3）、传动比和齿数比u—— 齿数比——大齿轮齿数比小齿轮齿数；
传动比——从动轮齿数比主动轮齿数
2.模数和压力角

蜗杆传动的设计计算都是以中间平面内的参数和几何关系为标准。

在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。

（中间轴）主平面内蜗杆蜗轮传动相当于——齿条与渐开线齿轮（阿基米德蜗杆）

主平面：蜗杆——轴面 , ；蜗轮——端面，

——正确合条件

3.蜗杆分度圆螺旋导程角

将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，如图所示，则蜗杆的导程角为

Z1、q已知时，导程角即为定值

4.蜗杆分度圆直径d1及蜗杆直径系数q

由于加工蜗轮须用与之啮合的蜗杆参数相同的滚刀来加工，所以对于同一尺寸的蜗杆必须一把对应的蜗轮滚刀，即对同一模数不同直径的蜗杆，必须配相应数量的滚刀。∴为了限制蜗轮滚刀的数量，取蜗杆直径d1为标准值，并引入直径系数q.

（1）蜗杆的分度圆直径d1

（2）直径系数q d1=mq

5.蜗杆传动的中心距a
蜗杆传动相当于螺杆与螺母的传动。蜗杆与蜗轮轮齿啮合时，轮齿间有很大的相对滑动，蜗杆与蜗轮轮齿在节点处的相对速度称为滑动速度，用 vs表示，由图3－56

可知
　m/s （3－63）
　 m/s
　m/s
　　式中　n1、n1--分别为蜗杆、蜗轮转速，r/min；
　　　　　d1、d2--蜗杆、蜗轮分度圆直径，mm；
　　　　　&61543;--蜗杆分度圆的导程角
　　滑动速度较大时，当润滑条件充分时，在啮合处容易形成润滑油膜，因而润滑情况良好；但滑动速度太大，容易使轮齿产生胶合和磨损破坏。一般允许 vs≤15m/s。
（二）蜗杆传动的效率
　　闭式蜗杆传动的效率包括三部分：有关轮齿啮合摩擦损耗的效率&61544;1，有关轴承摩擦损耗的效率&61544;2以及箱体内润滑油搅动时摩擦损耗的效率&61544;3，即
&61544;=&61544;1&61544;2&61544;3　　　　　　　　（3－64）
　　其主要部分为啮合效率，当蜗杆主动时，
&61544;1=tan&61543;/tan(&61543;+&61554;v) 　　（3－65）
　　式中 &61554;v--当量摩擦角，它与蜗杆摩擦副的材料、加工精度及滑动速度等有关。
　　钢制蜗杆与青铜蜗轮配对时，减摩耐磨效果好；蜗杆齿面的表面粗糙度越低，滑动速度越大，润滑油膜易形成，&61554;v越小，则啮合效率&61544;1越高。
　　近似计算时，蜗杆传动的总效率可取下列数值：
蜗杆头数z1 1 2 4或6
传动效率&61544;1 0.7 0.8 0.9
　　　　&61544;1≤&61554;v时蜗杆传动具有自锁性，取&61544;<0.5。