机械设计基础-蜗杆传动

（3）可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋升角小于啮 合面的当量摩擦角时，机构具有自锁性，蜗杆只能带动蜗 轮转动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。
1.蜗杆传动的主要缺点
（1）效率较低。这是因为蜗轮与蜗杆在啮合处有较大的相 对滑动，因而发热量大，效率较低。传动效率一般为 0.7~0.8，当蜗杆传动具有自锁性时，效率小于0.5。
三、蜗杆传动的类型
按蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、圆弧蜗 杆传动和锥面蜗杆传动，其中圆柱蜗杆传动应用最广。
圆柱蜗杆传动有普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两 类。
普通圆柱蜗杆传动的蜗杆按刀具加工位置的不同又可分为 阿基米德蜗杆（ZA型）、渐开线蜗杆（ZI型）、法向直廓 蜗杆（ZN型）等；其中阿基米德蜗杆由于加工方便，其应 用最为广泛。
阿基米德蜗杆传动(ZA型)
阿基米德蜗杆的外形像梯形螺杆，在轴向剖面上，其牙形 角呈直边齿条形（牙形角为40°），在垂直于轴线的剖面上 为阿基米德螺旋线，加工方法与普通梯形螺纹相似，应使刀 刃顶平面通过蜗杆轴线。该类型蜗杆具有加工、测量简单、 方便等优点；单齿面不便于磨削，不宜采用硬齿面，传动效 率低，只是用于低速轻载的传动中。
渐开线蜗杆传动(ZI型) 渐开线蜗杆是使刀具切削平面通过蜗杆基圆的切平面时 ，所切出的蜗杆。其齿廓在基圆的切平面内为直线，而齿 廓与垂直于蜗杆轴线的平面交线为渐开线。这种蜗杆可用 滚刀滚铣，也可进行磨削。因而，制造精度较高，也可采 用硬齿面。适用于批量生产、大功率、高速传动的场合。
法向直廓蜗杆传动(ZN型)
28~54
28~80
>40
2.蜗杆螺旋线升角λ
蜗杆螺旋面与分度圆柱面的交线为涡旋线。
将蜗杆分度圆柱展开，其螺旋线与端面的
夹角即为蜗杆分度圆柱上的螺旋升角λ，或
称螺杆的导程角。由图可得蜗杆螺旋线的导程为：
L z1pa1 z1m
蜗杆分度圆柱上螺旋
线升角λ与导程的关
系为：
tan
L
d1
z1m d1
z1m d1
同一模数的蜗杆，由于齿数z1和螺旋线升角λ的不同， d1随之变化，致使滚刀规格的数目较多，很不经济。 为了较少滚刀的数量，有利于标准化，国标规定，对
应于每一个模数m，规定了一至四种蜗杆分度圆直径d1 ，并把d1与m的比值称为蜗杆直径系数q，即
q
d1 m
式中， d1、 m已标准化；q为导出量，不一定是整数。
通常情况下取蜗轮齿数z2 =28~80。若z2 <28，会使传动 的平稳性降低，且易产生根切；若z2过大，蜗轮直径 增大，与之相应蜗杆的长度增加，刚度减小，从而影
响啮合的精度。z1、z2可根据传动比i按表10-1选取。
传动比i
7~13
14~27
28~40
>40
蜗杆头数z1
4
2
2,1
1
蜗轮齿数z2 28~52
通常λ=3.5°~27°，升角小时传动效率低，但可实现
自锁；升角大时传动效率高，但加工较困难。
3.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q
加工蜗杆时，蜗杆滚刀的参数应与相啮合的蜗杆完全
相同，几何尺寸基本相同。由
tan
L

可得蜗杆的分度圆直径可写成
d1
m
z1
tan
可见，蜗杆的分度圆直径d1不仅与模数有关，而且还 与齿数z1和螺旋线升角λ有关。
tan L
z1m z1m z1
d1
d1
d1
q
当m一定时，q越小， d1越小，升角λ越大，传动效率 越高，但蜗杆的刚度和强度降低。
4.模数m和压力角α
如前所述，在中间平面上蜗杆与蜗轮的啮合可以看做 齿条与齿轮的啮合，蜗杆的轴向齿距pa1应等于蜗轮的 端面齿距pt2，即蜗杆的轴向模数ma1应等于蜗轮的端面 模数mt2，蜗杆的轴向压力角αa1应等于蜗轮的端面压力 角αt2。标准模数见表10-2
蜗杆
蜗轮
二、蜗杆传动的特点
1.蜗杆传动的优点
（1）传动比大，结构紧凑。一般 i =10~40，在只传递运动 的分度机构中，可达1000。这样大的传动比如果用齿轮传 动，则需要采用多级传动才行，因此蜗杆传动结构紧凑， 体积小，重量轻
（2） 传动平稳，噪声低。由于蜗杆上的齿是连续不间断 的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿无啮 入和啮出的过程，因此工作平稳、噪声小。
第二节 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
在中间平面上，蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮 与齿条的啮合，因此，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。
一、蜗杆传动的主要参数
1.蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2 蜗杆头数（齿数） z1即为蜗杆螺旋线的数目，蜗杆的 头数z1一般取1、2、4。当传动比大于40或要求蜗杆自 锁时，取z1 =1；当传递功率较大时，为提高传动效率 、减少能力损失，常取z1为2、4。蜗杆头数越多，加 工精度越难保证。
蜗杆传动由蜗杆和蜗轮 组成，用于传递空间两 交错轴之间的运动和动 力，一般两轴交错角为 90°。通常蜗杆为主动 件，从传动性质来看， 蜗轮蜗杆传动实际上是 齿轮传动的一个特例。 根据蜗杆的位置，有上 置式和下置式蜗杆传动 。在减速器、船舶分油 机中应用有蜗杆传动。
生活中的实例
第一节 概述
一、蜗杆传动的组成
（2） 蜗轮造价较高。为减轻齿面磨损及防止胶合，蜗轮 多采用青铜制造，成本高。
（3）不能任意互换啮合。在蜗轮蜗杆传动中，因为蜗轮的 轮齿是呈圆弧形包围着蜗杆，所以切制蜗轮的蜗轮滚刀参 数必须与工作蜗杆的参数完全相同，即不仅模数、压力角 相同，滚刀与蜗杆的分度圆直径、螺旋的头数、升角等也 都要求相同，因此蜗轮滚刀的专用性大，而且仅是模数相 同的蜗杆与蜗轮是不能任意互换啮合的。
螺杆与螺纹一样，有单头、多头之分，也有左旋、右 旋之分。蜗轮的形状像斜齿轮， 它的螺旋角的大小、方向和螺 杆螺旋升角的大小、方向相同， 为了改善蜗杆与蜗轮的啮合情 况，通常将蜗轮圆柱表面的母 线做成圆弧形，部分地包围着 蜗杆，故在轴向剖面中，蜗轮 轮齿沿齿宽方向是圆弧形。
通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面， 如图所示，由于在中间平面内，蜗杆的形状呈标准直边 齿条形，蜗轮在中间平面内的齿形也是一般的渐开线齿 形。但在与中间平面平行的其他截面内，蜗杆的形状不 是直边齿条形，蜗轮的齿形也不是渐开线齿形。