任务导引

蜗杆传动主要用于传递空间垂直交错两轴间的运动和动力。蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑等优点，广泛应用于机床分度机构、汽车、仪表、起重运输机械、冶金机械及其他机械设备中。

图3.6.1　蜗杆传动机构

图3.6.2　蜗杆传动的应用

任务要求

蜗杆传动类型、应用、失效形式、材料选择和润滑等。

任务实施

一、蜗杆传动的组成

蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般以蜗杆为主动件。蜗杆传动广泛用于各种机械和仪表中，常用作减速。

用于传递空间交错轴间的动力和运动；交错角为∑＝90°。

二、蜗杆传动的特点

动画：蜗杆传动

图3.6.5　蜗杆传动的特点

（1）传动比大（动力型：i＝10～80，运动型i⇒1000）。

一般在动力传动中，取传动比i＝10～80；在分度机构中，i可达1000。这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。

（2）传动极其平稳（蜗杆连续齿、重合度大）。

因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪声小。

（3）运动极其精确。

（4）承载力很大（轮齿为曲梁抗弯能力大）。

（5）可实现自锁（当蜗杆导程角γ≤当量摩擦角vρ时）。

蜗杆的螺旋升角很小时，只能蜗杆带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

（6）效率较低（一般η＝0.8～0.9或0.7～0.8，自锁η≤0.5）。

发热量大，齿面容易磨损。

（7）价格昂贵（常用锡青铜）。

由蜗杆传动的特点可知：蜗杆传动常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。

三、蜗杆传动的类型

蜗杆传动的各类型如表3.6.1所示。

表3.6.1　蜗杆传动的分类

四、蜗杆与蜗轮的运动关系判定

图3.6.6　蜗杆与蜗轮运动关系判定准则

蜗杆传动时，蜗轮的回转方向不仅与蜗杆的回转方向有关，而且与蜗杆的旋向有关。判断的方法和步骤如下：

Step1：判断蜗杆蜗轮的旋向，方法是让其轴线坚放，从左到右观察，轮齿向上升的，就是右旋，反之为左旋。

Step2：判断蜗轮的转向，用四指握住蜗杆转向，则蜗轮转向与拇指指向相反。右旋蜗杆用右手四指顺蜗杆转向握拳，拇指垂直于四指方向，则蜗轮在啮合点处的速度方向与拇指的指向相反。左旋蜗杆则使用左手按同样方法判断。

图3.6.7　判断蜗杆旋向、蜗轮转向的流程

看图说话：分析图3.6.8，说出或标出蜗轮的转向、蜗杆的旋向。

图3.6.8　蜗轮转向、蜗杆旋向判断

五、蜗杆传动的主要参数和啮合条件

在蜗杆传动中，其几何参数及尺寸计算均以中间平面为准。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面，如图3.6.9所示。在此平面内，阿基米德蜗杆相当于齿条，蜗轮相当于渐开线斜齿轮，蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。国家标准规定，蜗杆以轴面的参数为标准参数，蜗轮以端面的参数为标准参数。

图3.6.9　蜗杆传动的主要参数标示图

蜗杆传动的主要参数有模数m、齿形角α、蜗杆直径系数q、蜗杆导程角γ、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2及蜗轮螺旋角β。

1.模数m、齿形角α

蜗杆的轴面齿形角αa1和蜗轮的端面齿形角αt2相等且为标准值，即

αa1＝αt2＝20°

蜗杆的轴面模数ma1和蜗轮的端面模数mt2相等，且为标准值，即

ma1＝mt2＝m

表3.6.2　蜗杆标准模数m值

注：摘自GB/T10088—1988，优先采用第一系列。

2.蜗杆分度圆导程角γ、蜗轮的螺旋角β

蜗杆分度圆导程角γ是指蜗杆分度圆柱螺旋线的切线与端平面之间所夹的锐角。导程角的大小直接影响蜗杆的传动效率。导程角大则效率高，但自锁性差；导程角小则蜗杆传动自锁性强，但效率低。

蜗轮的螺旋角β相当于斜齿轮的螺旋角，它与蜗杆的导程角γ大小相等，旋向相同：γ＝β。

3.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q

为了保证蜗杆的正确性，切制蜗轮的滚刀的分度圆直径、模数和其他参数必须与该蜗轮相配的蜗杆一致，齿形角与相配的蜗杆相同。蜗杆分度圆直径d1不仅与模数m有关，而且还与头数Z1和导程角γ有关。因而，即使模数m相同，也会有很多直径不同的蜗杆，所以对于同一尺寸的蜗杆必须有一把对应的蜗轮滚刀，即对同一模数、不同直径的蜗杆，必须配相应的滚刀，这就要求备有很多相应的滚刀，显然很不经济。在生产中为了使刀具标准化，限制滚刀的数目，对一定模数m的蜗杆的分度圆直径d1做了规定，即规定了蜗杆直径系数q，且q＝d1/m。注意d1≠mZ1。

4.蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2和传动比i

蜗杆头数Z1愈多，γ角愈大，传动效率高；Z1愈少，升角γ也小，则传动效率低，自锁性好。一般自锁蜗杆头数取Z1＝1。常用蜗杆头数Z1＝1、2、4。Z1不宜过多，否则制造蜗轮滚刀有困难。

蜗轮齿数Z2可根据蜗杆头数Z1和传动比i来确定，一般推荐Z2＝29～80。Z2过多时，会使结构尺寸过大，蜗杆支承跨距加大，刚度下降，影响啮合精度。

蜗杆传动的传动比：

注意：i＝n1/n2＝Z2/Z1≠d2/d1。

图3.6.10(www.daowen.com)

图3.6.11

5.蜗杆传动的正确啮合条件

要组成一对正确啮合的蜗杆与蜗轮，应满足一定的条件。蜗杆传动的正确啮合条件为

六、蜗杆、蜗轮的常用材料与结构

在蜗杆传动中，由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上。由于蜗杆传动中的相对速度较大，效率低，发热量大，所以蜗杆传动的主要失效形式是蜗轮齿面胶合、点蚀（闭式传动）及磨损（开式传动）。

要求：①足够的强度；②良好的减摩、耐磨性；③良好的抗胶合性。

抗胶合性：要求匹配材料性质差异大。

减摩性：要求材料的摩擦系数小。

耐磨性：要求材料具有较高硬度。

为了降低摩擦系数、减少磨损和防止胶合破坏，通常蜗杆用钢材、蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）制造。

1.蜗杆材料

图3.6.12

表3.6.3　蜗杆材料选择

2.蜗轮材料

表3.6.4　蜗轮材料选择

3.蜗杆结构

蜗杆与轴常做成一体，称为蜗杆轴，如图3.6.13所示。

图3.6.13　蜗杆轴

4.蜗轮结构

蜗轮结构分为整体式和组合式。铸铁蜗轮或直径小于100mm的青铜蜗轮做成整体式。为了降低材料成本，大多数蜗轮采用组合结构，齿圈用青铜，而轮芯用价格较低的铸铁或钢制造，如图3.6.14所示。

图3.6.14　蜗轮结构

图3.6.15

*七、蜗杆传动的效率、润滑和散热

蜗杆传动的效率、润滑和散热

任务拓展与反思

一、填空

1.蜗杆传动是由_________，_________和_________组成的。

2.蜗杆传动用于传递两轴_________之间的运动和动力。

3.蜗杆传动两轴交错角一般为_________。在中间平面上蜗杆为_________齿廓，蜗轮为_________齿廓，蜗杆蜗轮的啮合相当于_________的啮合。

4.蜗杆传动中Z1表示_________，Z2表示_________。

5.蜗杆传动中，蜗杆_________面的模数和压力角，应等于蜗轮_________面的模数和压力角。

二、判断题

1.蜗杆传动的传动比i＝n1/n2＝d2/d1。（　）

2.蜗杆的标准参数面为端面。（　）

3.蜗轮分度圆直径d2＝mz2。（　）

4.蜗杆的分度圆直径d1＝mz1。（　）

5.蜗杆传动机构是用蜗轮带动蜗杆传递运动和动力的。（　）

三、选择题

1.蜗杆分度圆的直径d1是_________。

A.mz1　B.mz2　C.mz3

2.蜗杆的标准模数是_________。

A.端面模数　B.法向模数　C.轴向模数

3.蜗杆传动中z1应取_________。

A.z1＝1～4　B.z1>或＝17　C.z1＝20～40

4.蜗杆传动中，蜗杆轴面的模数和压力角，应等于蜗轮_________的模数和压力角。

A.端面　B.法面　C.轴面

四、问答

1.蜗杆传动的主要特点是什么？适合用在哪些场合？

2.正确啮合条件是什么？

3.蜗杆传动的主要失效形式是什么？

4.蜗杆传动的效率受哪些因素影响？

5.提高箱体散热能力的方法有哪些？

6.传动的中间平面指的是什么？蜗杆以什么模数为标准模数？

*【小结】

1.蜗杆传动的组成：蜗杆（主动件）、蜗轮（从动件）。

2.蜗杆传动的类型和应用特点。

3.蜗轮回转方向的判定方法。

4.蜗轮蜗杆传动的主要参数：模数m、齿形角a、蜗杆直径系数q、蜗杆导程角γ、蜗杆头数Z1、蜗轮齿数Z2及蜗轮螺旋角β2。

5.蜗杆传动的正确啮合条件。

6.蜗杆传动润滑及散热方式。