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第7章 蜗杆传动 7.1 蜗杆传动的类型和特点 7.2 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 7.3 蜗杆与蜗轮的材料和结构 7.4 蜗杆传动的强度计算 7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 7.6 蜗杆传动的安装与维护 7.1 蜗杆传动的类型和特点 蜗杆蜗轮机构由蜗杆和蜗轮组成，传递的是空间两交错轴之间的运动和动力，如图7-1所示。通常两轴交错角为90°，蜗杆是主动件。蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器设备中。 7.1.1 蜗杆传动的类型 7.1.2 蜗杆蜗轮机构传动的特点 图7-1 蜗杆蜗轮机构 7.1.1 蜗杆传动的类型 蜗杆蜗轮机构的类型很多，其主要区别在于蜗杆形状的不同。常用的主要有圆柱面蜗杆传动(如图7-2(a)所示)、圆弧面蜗杆传动(如图7-2(b)所示)和锥面蜗杆传动(如图7-2(c)所示)。 按螺旋面形状的不同，圆柱面蜗杆又可分为阿基米德蜗杆(ZA型)和渐开线蜗杆(ZI型号)等。 图7-2 蜗杆传动的类型 7.1.1 蜗杆传动的类型 如图7-3所示为阿基米德蜗杆，在普通车床上即可加工。加工时车刀刀刃置于水平位置，并与蜗杆轴线在同一水平面内，两切削刃的夹角2α=40°。这样加工出来的蜗杆，在轴剖面内的齿廓侧边为直线，在垂直于轴线的端面上齿廓为阿基米德螺旋线，故称为阿基米德蜗杆。 图7-3 阿基米德蜗杆 7.1.1 蜗杆传动的类型 如图7-4所示为渐开线蜗杆，其端面齿廓为渐开线，加工时刀具的切削刃与基圆相切，用两把刀具分别加工出左、右侧螺旋面。渐开线蜗杆可以用滚刀加工，也可以在专用机床上磨削，制造精度高，但是工艺复杂。 其中阿基米德蜗杆制造简便，应用最为广泛，且其传动的基本知识也同样适用于其他类型的蜗杆蜗轮机构，所以本章主要介绍阿基米德蜗杆蜗轮机构。 图7-4 渐开线蜗杆 7.1.2 蜗杆蜗轮机构传动的特点 (1) 传动比大，结构紧凑。单级传动比i=8~80，在分度机构中可达1 000。 (2) 传动平稳、无噪声。蜗杆上是连续不断的螺旋齿，蜗轮轮齿与蜗杆的啮合是逐渐进入并逐渐退出的，同时啮合的齿数较多，所以传动平稳、噪声小。 (3) 在一定条件下可以自锁。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。 (4) 传动效率低，磨损严重，易发热。由于蜗轮和蜗杆在啮合处有较大的相对滑动，因而磨损严重，发热量大，效率较低。蜗杆机构传动效率一般为70%~80%，当具有自锁性时，效率小于50%。 (5) 蜗杆轴向力较大，轴承易磨损，蜗轮造价较高。 7.2 蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 如图7-5所示，通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。在中间平面内，蜗杆齿廓为直线，相当于齿条，而与之啮合的蜗轮齿廓则为渐开线，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。因此规定，设计蜗杆传动时，其参数和尺寸均在中间平面内确定，并沿用渐开线圆柱齿轮传动的计算公式。 7.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择 7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 图7-5 阿基米德蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 7.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择 7.2.1.1 模数m和压力角α 7.2.1.2 蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i 7.2.1.3 蜗杆导程角γ 7.2.1.4 蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q 7.2.1.5 中心距a 7.2.1.1 模数m和压力角α 蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴向齿距pa=πma1应与蜗轮端面分度圆齿距pt=πmt1相等。即蜗杆的轴向模数ma1应与蜗轮的端面模数mt2相等 同时蜗杆的轴向压力角αa1也应等于蜗轮端面压力角αt2，且均为标准压力角 7.2.1.1 模数m和压力角α 蜗杆蜗轮机构两轴的交错角Σ=β1+β2=90°，故还必须满足γ1=β2，旋向相同。 综上所述，阿基米德蜗杆传动的正确条件为 (7-1) 标准模数值见表7-1(参阅教材P113页)。 7.2.1.2 蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i 蜗杆头数(齿数)即为蜗杆螺旋线的数目，可根据要求的传动比和效率来选择，一般取z1=1~6。选择的原则是：当要求传动比较大，或要求传递大的转矩时，则z1取小值；要求传动自锁时，取z1=1；要求具有高的传动效率或高速传动时，则z1取较大值。蜗杆头数越多，加工精度也就越难保证。 7.2.1.2 蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2和传动比I 传递动力时，取蜗轮齿数z2=28~80。最少齿数应避免发生根切与干涉，理论上应使z2≥17。但z226时，啮合区显著减小，影响平稳性，而在z2≥30时，则可始终保持有两对以上的轮齿啮合，因此通常规定