趙飛宇

摘 要：蝸桿傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的一種很重要的傳動(dòng)方式，其以傳動(dòng)比大、承載能力高、沖擊載小、傳動(dòng)平穩(wěn)、易實(shí)現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)防、冶金、造船、建筑、等行業(yè)得到大量的使。傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿的損壞主要都是因?yàn)闈?rùn)滑狀態(tài)過(guò)于惡劣而使蝸輪磨損。本文介紹了蝸輪蝸桿傳動(dòng)的發(fā)展概況，及蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型，最后闡述了蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：蝸輪蝸桿傳動(dòng)

蝸桿傳動(dòng)具有悠久的歷史，可以追溯到兩千年以前。大致在人類(lèi)構(gòu)思一般的齒輪的同一個(gè)時(shí)期就已構(gòu)思蝸輪，很多人研究了各種形式的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。從本世紀(jì)20年代起，蝸桿傳動(dòng)技術(shù)及其嚙合理論得到了迅速發(fā)展。國(guó)內(nèi)外廣泛研究了蝸桿傳動(dòng)的共輒嚙合原理，提示了很多新的矛盾，從而對(duì)己有的蝸輪蝸桿副進(jìn)行了改造，提高了承載能力，使用壽命和傳動(dòng)效率，同時(shí)發(fā)明了很多新型的蝸桿傳動(dòng)。

一、蝸輪蝸桿傳動(dòng)的發(fā)展概況

在我國(guó)，從60年代初，始對(duì)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行研究，不僅在嚙合理論上有了很大的進(jìn)步，許多研究?jī)?nèi)容進(jìn)入了交叉學(xué)科研究階段，研究深度也有了更大的發(fā)展，同時(shí)在理論研究和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合方面也取得了可喜的成績(jī)。首先是太原工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)對(duì)該型蝸桿傳動(dòng)作了初步研究和實(shí)驗(yàn)。60年代末，一機(jī)部委托天津市蝸輪減速機(jī)廠和西安重型機(jī)械研究所主辦，并請(qǐng)?zhí)旖蚴袡C(jī)械研究所、太原工學(xué)院和全國(guó)有關(guān)工廠進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，完成了這種減速器的系列化工作，1969年頒發(fā)了一機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)（草案），在1979年頒發(fā)了一機(jī)部正式標(biāo)準(zhǔn)JB2318—79。包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展十分迅速，其中尤其以平面一次包絡(luò)和平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)最為突出。60年代初，首鋼在當(dāng)時(shí)一機(jī)部機(jī)械科學(xué)院的協(xié)助下，在國(guó)內(nèi)首次研制了“直平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)裝置”，并成功地應(yīng)用于冶金、機(jī)床行業(yè)。以后首鋼又在此基礎(chǔ)上研制了“斜平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)”，1971年我國(guó)冶金等部門(mén)又成功創(chuàng)制了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。該傳動(dòng)具有承載能力大、傳動(dòng)效率高和蝸桿可以磨削等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金設(shè)備，并在造船、采礦、機(jī)械、建筑、天文等各個(gè)行業(yè)中使用。80年代，首鋼又成功研制了“錐面二次包絡(luò)九頭環(huán)面觸桿副”。表明我國(guó)的蝸桿研制水平已達(dá)到了一個(gè)新的階段。

二、蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型

1. 圓柱蝸桿傳動(dòng)

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(yùn)動(dòng)所形成的螺旋面。圓柱蝸桿傳動(dòng)包括普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)兩類(lèi)。

普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的蝸桿齒面（ZK型蝸桿除外）一般是在車(chē)床上用直線刀刃的車(chē)刀車(chē)制而成的。根據(jù)車(chē)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(jù)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(kāi)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(luò)圓柱蝸桿（ZK蝸桿）等四種。

圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)和普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相似，只是齒廓形狀有所區(qū)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(dòng)可分為圓環(huán)面包絡(luò)圓柱蝸桿傳動(dòng)和軸向圓弧齒形圓柱蝸桿傳動(dòng)兩類(lèi)。圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)，在中間平面上蝸桿的齒廓為內(nèi)凹弧形，與之相配的蝸輪齒廓?jiǎng)t為凸弧形，是一種凹凸弧形齒廓相嚙合的傳動(dòng)，綜合曲率半徑大，承載能力高，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、化工、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中。

2. 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

環(huán)面蝸桿傳動(dòng)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(zhuǎn)曲面，所以把這種蝸桿傳動(dòng)叫做環(huán)面蝸桿傳動(dòng).在這種蝸桿傳動(dòng)的嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上，亦即蝸桿的節(jié)弧沿蝸輪的節(jié)圓包著蝸輪。在中間平面內(nèi)，蝸桿和渦輪都是直線齒廓。由于同時(shí)嚙合的齒多，而且輪齒的接觸線與蝸桿運(yùn)動(dòng)的方向近似于垂直， 這就改善了輪齒受力情況和潤(rùn)滑油膜形成的條件，因而承載能力約為阿基米德頓桿傳動(dòng)的2-4倍，效率一般高達(dá)0.85-0.9；但它需要較高的安裝精度。

3.錐蝸桿傳動(dòng)

錐蝸桿傳動(dòng)也是一種空間交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，兩軸交錯(cuò)角通常為90°。蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導(dǎo)程的螺旋所形成的，故稱(chēng)為錐蝸桿。而蝸輪在外觀上就像一個(gè)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(jī)上加工而成的，故稱(chēng)為錐鍋輪。錐蝸桿的傳動(dòng)特點(diǎn)是：同時(shí)接觸的點(diǎn)數(shù)較多，重合度大；傳動(dòng)比范圍大（一般為10-360）；承載能力和效率較高；側(cè)隙便于控制和調(diào)整；能作離合器使用；可節(jié)約有色金屬；制造安裝簡(jiǎn)便，工藝性好。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，傳動(dòng)具有不對(duì)稱(chēng)性，因而正、反轉(zhuǎn)時(shí)受力不同，承載能力和效率也不同。

三、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)

1.單級(jí)傳動(dòng)比大（在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i= 10-80；在分度機(jī)構(gòu)中，可達(dá)1000）。圓柱齒輪和圓錐齒輪傳動(dòng)的單級(jí)傳動(dòng)比最大一般為10，在要求大傳動(dòng)比的場(chǎng)合，采用一級(jí)蝸桿傳動(dòng)往往可以代替多級(jí)齒輪傳動(dòng)，不僅減少了零件數(shù)目，而且簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)。

2.結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、振動(dòng)小。由于蝸桿的齒面是連續(xù)不斷的螺旋面，而蝸輪在同一時(shí)刻處于嚙合中的齒數(shù)不少于兩個(gè)，屬多齒嚙合。因此，在制造精度與工作條件相同時(shí)，由制造差引起的附加動(dòng)載荷與齒輪傳動(dòng)相比小得多。

3.易于防止逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自鎖。當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)，理論上不能由蝸輪驅(qū)動(dòng)蝸桿，即可以設(shè)計(jì)自鎖的蝸桿傳動(dòng)裝置。但是實(shí)際上自鎖性能僅在靜止或低速時(shí)表現(xiàn)明顯，在速度較高或有振動(dòng)的條件下，情況變得復(fù)雜。

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

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

四、結(jié)語(yǔ)

蝸輪蝸桿傳動(dòng)是應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一。它具有傳遞功率范圍大、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、工作安全可靠等特點(diǎn)。隨著近代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置的承載能力提出了更高的要求。為了適應(yīng)這種要求，人們不斷地探索提高蝸桿傳動(dòng)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(dòng)精度等指標(biāo)，以期獲得良好的使用性能和工藝性能。

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