由蝸桿與蝸輪互相嚙合組成的交錯軸間的齒輪傳動(圖1)。通常兩軸的交錯角為90°。一般蝸桿為主動件,蝸輪為從動件。蝸桿傳動的傳動比大,工作平穩,雜訊小,結構緊湊,可以實現自鎖。但一般的蝸桿傳動效率較低,蝸輪常須用較貴的有色金屬(如青銅)製造。蝸桿傳動廣泛用於分度機構和中小功率的傳動系統。單級蝸桿傳動的傳動比常用8~80。在分度機構或手動機構中蝸桿傳動的傳動比可達300,用於傳遞運動時可達到1500。

  類型 蝸桿傳動有多種類型,如表所示。

蝸桿傳動類型

  圓柱蝸桿傳動是蝸桿分度曲面為圓柱面的蝸桿傳動。其中常用的有阿基米德圓柱蝸桿傳動和圓弧齒圓柱蝸桿傳動(圖2)。①阿基米德蝸桿的端面齒廓為阿基米德螺旋線,其軸面齒廓為直線。阿基米德蝸桿可以在車床上用梯形車刀加工,所以制造簡單,但難以磨削,故精度不高。在阿基米德圓柱蝸桿傳動中,蝸桿與蝸輪齒面的接觸線與相對滑動速度之間的夾角很小,不易形成潤滑油膜,故承載能力較低。②弧齒圓柱蝸桿傳動是一種蝸桿軸面(或法面)齒廓為凹圓弧和蝸輪齒廓為凸圓弧的蝸桿傳動。在這種傳動中,接觸線與相對滑動速度之間的夾角較大,故易於形成潤滑油膜,而且凸凹齒廓相嚙合,接觸線上齒廓當量曲率半徑較大,接觸應力較低,因而其承載能力和效率均較其他圓柱蝸桿傳動為高。

  主要參數 各類圓柱蝸桿傳動的參數和幾何尺寸基本相同。圖3為阿基米德圓柱蝸桿傳動的主要參數。通過蝸桿軸線並垂直於蝸輪軸線的平面,稱為中間平面。在中間平面上,蝸桿的齒廓為直線,蝸輪的齒廓為漸開線,蝸桿和蝸輪的嚙合相當於齒條和漸開線齒輪的嚙合。因此,蝸桿傳動的參數和幾何尺寸計算大致與齒輪傳動相同,並且在設計和制造中皆以中間平面上的參數和尺寸為基準。

  蝸桿的軸向齒距pX應與蝸輪的端面周節pt相等,因此蝸桿的軸向模數應與蝸輪的端面模數相等,以m表示,m應取為標準值。蝸桿的軸向壓力角應等於蝸輪的端面壓力角,以α表示,通常標準壓力角α=20°。

  蝸桿相當於螺旋,其螺旋線也分為左旋和右旋、單頭和多頭。通常蝸桿的頭數Z1=1~4,頭數越多效率越高;但頭數太多,如Z1>4,分度誤差會增大,且不易加工。蝸輪的齒數Z2=iZ1i為蝸桿傳動的傳動比,i=n1/n2=Z2/Z1。對於一般傳遞動力的蝸桿傳動,Z2=27~80。當Z2<27時,蝸輪齒易發生根切;而Z2太大時,可能導致蝸輪齒彎曲強度不夠。以d1表示蝸桿分度圓直徑,則蝸桿分度圓柱上的螺旋升角λ可按下式求出

在上式中引入 q= Z 1/ tg λ,則可求得蝸桿的分度圓直徑為 d 1= qm。式中 q稱為蝸桿特性系數。為瞭限制滾刀的數目,標準中規定瞭與每個模數搭配的 q值。通常 q=6~17。蝸輪分度圓直徑 d 2= Z 2 m

  失效形式和計算準則 在蝸桿傳動中,蝸輪輪齒的失效形式有點蝕、磨損、膠合和輪齒彎曲折斷。但一般蝸桿傳動效率較低,滑動速度較大,容易發熱等,故膠合和磨損破壞更為常見。

  為瞭避免膠合和減緩磨損,蝸桿傳動的材料必須具備減摩、耐磨和抗膠合的性能。一般蝸桿用碳鋼或合金鋼制成,螺旋表面應經熱處理(如淬火和滲碳),以便達到高的硬度(HRC45~63),然後經過磨削或珩磨以提高傳動的承載能力。蝸輪多數用青銅制造,對低速不重要的傳動,有時也用黃銅或鑄鐵。為瞭防止膠合和減緩磨損,應選擇良好的潤滑方式,選用含有抗膠合添加劑的潤滑油。對於蝸桿傳動的膠合和磨損,還沒有成熟的計算方法。齒面接觸應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度計算為蝸桿傳動的基本計算。此外,有時還應驗算輪齒的彎曲強度。一般蝸桿齒不易損壞,故通常不必進行齒的強度計算,但必要時應驗算蝸桿軸的強度和剛度。對閉式傳動還應進行熱平衡計算。如果熱平衡計算不能滿足要求,則在箱體外側加設散熱片或采用強制冷卻裝置。

  蝸桿和蝸輪結構 一般蝸桿與軸制成一體,稱為蝸桿軸(圖4)。蝸輪的結構型式(圖5)可分為3種形式。①整體式:用於鑄鐵和直徑很小的青銅蝸輪。②齒圈壓配式:輪轂為鑄鐵或鑄鋼,輪緣為青銅。③螺栓聯接式:輪緣和輪轂采用鉸制孔,用螺栓聯接,這種結構裝拆方便。