淺談蝸輪蝸桿傳動

趙飛宇

摘 要：蝸桿傳動是機械傳動的一種很重要的傳動方式，其以傳動比大、承載能力高、沖擊載小、傳動平穩、易實現自鎖等優點在國防、冶金、造船、建筑、等行業得到大量的使。傳統的蝸輪蝸桿的損壞主要都是因為潤滑狀態過于惡劣而使蝸輪磨損。本文介紹了蝸輪蝸桿傳動的發展概況，及蝸桿傳動的類型，最后闡述了蝸桿傳動的特點。

關鍵詞：蝸輪蝸桿傳動

蝸桿傳動具有悠久的歷史，可以追溯到兩千年以前。大致在人類構思一般的齒輪的同一個時期就已構思蝸輪，很多人研究了各種形式的蝸輪蝸桿傳動。從本世紀20年代起，蝸桿傳動技術及其嚙合理論得到了迅速發展。國內外廣泛研究了蝸桿傳動的共輒嚙合原理，提示了很多新的矛盾，從而對己有的蝸輪蝸桿副進行了改造，提高了承載能力，使用壽命和傳動效率，同時發明了很多新型的蝸桿傳動。

一、蝸輪蝸桿傳動的發展概況

在我國，從60年代初，始對圓弧圓柱蝸桿傳動進行研究，不僅在嚙合理論上有了很大的進步，許多研究內容進入了交叉學科研究階段，研究深度也有了更大的發展，同時在理論研究和生產實際相結合方面也取得了可喜的成績。首先是太原工學院、哈爾濱工業大學對該型蝸桿傳動作了初步研究和實驗。60年代末，一機部委托天津市蝸輪減速機廠和西安重型機械研究所主辦，并請天津市機械研究所、太原工學院和全國有關工廠進行聯合設計，完成了這種減速器的系列化工作，1969年頒發了一機部標準（草案），在1979年頒發了一機部正式標準JB2318—79。包絡環面蝸桿傳動近年來在我國發展十分迅速，其中尤其以平面一次包絡和平面二次包絡環面蝸桿傳動最為突出。60年代初，首鋼在當時一機部機械科學院的協助下，在國內首次研制了“直平面一次包絡環面蝸桿傳動裝置”，并成功地應用于冶金、機床行業。以后首鋼又在此基礎上研制了“斜平面一次包絡環面蝸桿傳動”，1971年我國冶金等部門又成功創制了平面二次包絡環面蝸桿傳動。該傳動具有承載能力大、傳動效率高和蝸桿可以磨削等優點，現已大量應用于冶金設備，并在造船、采礦、機械、建筑、天文等各個行業中使用。80年代，首鋼又成功研制了“錐面二次包絡九頭環面觸桿副”。表明我國的蝸桿研制水平已達到了一個新的階段。

二、蝸桿傳動的類型

1. 圓柱蝸桿傳動

圓柱蝸桿的齒面為圓柱螺旋面，是一條母線繞蝸桿軸線做螺旋運動所形成的螺旋面。圓柱蝸桿傳動包括普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動兩類。

普通圓柱蝸桿傳動的蝸桿齒面（ZK型蝸桿除外）一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制而成的。根據車刀安裝的位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。根據不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿），漸開線圓柱蝸桿（ZI蝸桿），法向直齒廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）和錐面包絡圓柱蝸桿（ZK蝸桿）等四種。

圓弧圓柱蝸桿傳動和普通圓柱蝸桿傳動相似，只是齒廓形狀有所區別。ZC蝸桿是一種非直紋面圓柱蝸桿，其齒面一般為圓弧形凹面。ZC蝸桿傳動可分為圓環面包絡圓柱蝸桿傳動和軸向圓弧齒形圓柱蝸桿傳動兩類。圓弧圓柱蝸桿傳動，在中間平面上蝸桿的齒廓為內凹弧形，與之相配的蝸輪齒廓則為凸弧形，是一種凹凸弧形齒廓相嚙合的傳動，綜合曲率半徑大，承載能力高，廣泛應用于冶金、礦山、化工、起重運輸等機械中。

2. 環面蝸桿傳動

環面蝸桿傳動的特征是，蝸桿體在軸向的外形是以凹形圓弧為母線所形成旋轉曲面，所以把這種蝸桿傳動叫做環面蝸桿傳動.在這種蝸桿傳動的嚙合帶內，蝸輪的節圓位于蝸桿的節弧面上，亦即蝸桿的節弧沿蝸輪的節圓包著蝸輪。在中間平面內，蝸桿和渦輪都是直線齒廓。由于同時嚙合的齒多，而且輪齒的接觸線與蝸桿運動的方向近似于垂直， 這就改善了輪齒受力情況和潤滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德頓桿傳動的2-4倍，效率一般高達0.85-0.9；但它需要較高的安裝精度。

3.錐蝸桿傳動

錐蝸桿傳動也是一種空間交錯軸之間的傳動，兩軸交錯角通常為90°。蝸桿是由在節錐上分布的等導程的螺旋所形成的，故稱為錐蝸桿。而蝸輪在外觀上就像一個曲線齒錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機上加工而成的，故稱為錐鍋輪。錐蝸桿的傳動特點是：同時接觸的點數較多，重合度大；傳動比范圍大（一般為10-360）；承載能力和效率較高；側隙便于控制和調整；能作離合器使用；可節約有色金屬；制造安裝簡便，工藝性好。但由于結構上的原因，傳動具有不對稱性，因而正、反轉時受力不同，承載能力和效率也不同。

三、蝸桿傳動的特點

1.單級傳動比大（在動力傳動中，一般傳動比i= 10-80；在分度機構中，可達1000）。圓柱齒輪和圓錐齒輪傳動的單級傳動比最大一般為10，在要求大傳動比的場合，采用一級蝸桿傳動往往可以代替多級齒輪傳動，不僅減少了零件數目，而且簡化了機構。

2.結構緊湊、傳動平穩、噪聲低、振動小。由于蝸桿的齒面是連續不斷的螺旋面，而蝸輪在同一時刻處于嚙合中的齒數不少于兩個，屬多齒嚙合。因此，在制造精度與工作條件相同時，由制造差引起的附加動載荷與齒輪傳動相比小得多。

3.易于防止逆轉，實現自鎖。當蝸桿導程角小于摩擦角時，理論上不能由蝸輪驅動蝸桿，即可以設計自鎖的蝸桿傳動裝置。但是實際上自鎖性能僅在靜止或低速時表現明顯，在速度較高或有振動的條件下，情況變得復雜。

4.抗彎強度高。蝸桿齒呈螺旋狀，頓輪齒為弧形曲梁，它們的抗彎曲強度較高， 輪齒極少出現彎曲折斷現象。因此，蝸桿傳動可以承受較大的瞬時沖擊載荷。

5.傳動效率低。蝸桿傳動與其它形式的齒輪傳動（圓柱齒輪傳動和錐齒輪傳動）相比較，在傳遞動力時，齒面摩擦損失較大，部分能量消耗于嚙合摩擦上，故傳動效率較低，且隨著傳動比增大和滑動速度減小而降低。

四、結語

蝸輪蝸桿傳動是應用最廣泛的傳動機構之一。它具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作安全可靠等特點。隨著近代科學技術和工業生產的迅速發展，對蝸輪蝸桿傳動裝置的承載能力提出了更高的要求。為了適應這種要求，人們不斷地探索提高蝸桿傳動性能的途徑，這首先是尋找最佳的齒廓形狀，其次是提高蝸桿齒面的硬度，傳動精度等指標，以期獲得良好的使用性能和工藝性能。

參考文獻：

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