蜗轮蜗杆传动特点及啮合原理

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 z 1,蜗轮齿数为 z2,则蜗杆传动的传动比为 2=n1/n2=z2/z1ω1/ωi= (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. =0.4～0.45.η=0.82～0.92.具有自锁时,η=0.75～0.82;z1=3～4 时,η=0.7～ 0.75;z1=2 时,η
4.传动效率比较低.
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.
蜗轮蜗杆啮合传动中过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的剖面称为主剖面，如图5.8.2-1所示。在主剖面内反映了蜗杆蜗轮的主要尺寸参数，因此是着重研究的剖面。

     1) 蜗杆、蜗轮在主剖面内的啮合为渐开线齿条与齿轮的啮合。

    2) 在平行主剖面的其它剖面内，均有一对各不相同的非渐开线齿条齿轮啮合，但无论相啮合的齿廓形状如何，均有一个啮合点（接触点），由无数个剖面的集合可知，蜗杆蜗轮的啮合是线接触，每对轮齿的啮合也是逐渐进入，逐渐退出，故接触线也是由短 → 长 → 短变化。因此蜗杆蜗轮传动平稳，振动噪声小，承载能力高。

    3) 在主剖面内有基本参数：模数和压力角。对于蜗杆称轴面模数ma1和轴面压力角aa1；对于蜗轮称端面模数mt2和端面压力角at2。

       蜗杆蜗轮传动的正确啮合条件为

ma1=mt2=m   ；　　aa1=at2=a(=20°)
 
    4) 蜗杆蜗轮传动可以获得较大传动比。因为蜗杆的齿数z1较少，蜗轮的齿数z2可以很多，因此传动比i12=w1/w2=z2/z1可以很大，一般i12=10 ~ 100。在分度机构或手动机构中，i12可达300以上。

    5) 蜗杆蜗轮传动一般具有自锁性。当蜗杆的螺旋线导程角l小于轮齿间当量摩擦角时，蜗杆蜗轮机构将自锁，即不能由蜗轮带动蜗杆转动（有关机构自锁性见第十章）。由于这种自锁(self-locking)性，使蜗杆蜗轮机构常用于起重装置中。

    6) 蜗杆蜗轮啮合时轮齿间相对滑动速度大，由此产生的摩擦、磨损也大。因此蜗轮常用锡青铜等减磨材料制造，成本较高。由于摩擦损失较大，故蜗杆蜗轮传动效率较低，一般为h=0.7 ~ 0.8，有自锁性的蜗杆蜗轮传动效率小于0.5。