1、蜗杆传动是利用蜗轮和蜗杆的相互啮合来传递运动和动力的机械蜗杆传动是利用蜗轮和蜗杆的相互啮合来传递运动和动力的机械传动方式，具有传动比大和能够自锁等特点。蜗杆传动在汽车上传动方式，具有传动比大和能够自锁等特点。蜗杆传动在汽车上的应用比较广泛，例如，托森差速器利用蜗轮蜗杆的相互啮合以的应用比较广泛，例如，托森差速器利用蜗轮蜗杆的相互啮合以及扭矩单向地从蜗轮传动到蜗杆齿轮的特点实现了差速锁止功能，及扭矩单向地从蜗轮传动到蜗杆齿轮的特点实现了差速锁止功能，如图如图15-1（a）所示。又如，汽车机械式转向机相当于一个蜗杆）所示。又如，汽车机械式转向机相当于一个蜗杆传动箱，将方向盘的旋转运动转变为控制车轮
2、的直线运动，如图传动箱，将方向盘的旋转运动转变为控制车轮的直线运动，如图15-1（b）所示。）所示。蜗轮蜗杆（a）托森差速器（b）蜗轮蜗杆转向机15.1 蜗杆传动概述蜗杆传动概述蜗杆传动是一种在空间交错轴之间传递运动和动力的传动蜗杆传动是一种在空间交错轴之间传递运动和动力的传动方式，交错轴的夹角通常为方式，交错轴的夹角通常为 ，适用于间断性的工作场，适用于间断性的工作场合。蜗杆传动主要由蜗杆、蜗轮和机架组成，如图合。蜗杆传动主要由蜗杆、蜗轮和机架组成，如图15-2所所示。示。90蜗杆蜗轮机架15.1.2 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型根据蜗杆外部形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱面蜗杆传根据蜗杆外部
3、形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱面蜗杆传动、圆弧面蜗杆传动和锥面蜗杆传动三种，如图动、圆弧面蜗杆传动和锥面蜗杆传动三种，如图15-3所示。所示。15.1.3 蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点 传动比大，结构紧凑。蜗杆传动具有结构紧凑、体积小、重量传动比大，结构紧凑。蜗杆传动具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点。轻等优点。传动过程平稳，几乎没有噪声。传动过程平稳，几乎没有噪声。能实现自锁。当蜗杆的螺旋升角足够小时，蜗杆传动中将只能能实现自锁。当蜗杆的螺旋升角足够小时，蜗杆传动中将只能由蜗杆带动蜗轮转动，而不能由蜗轮带动蜗杆转动，这种特性称由蜗杆带动蜗轮转动，而不能由蜗轮带动蜗杆转动，这种特性称为自锁性。
4、为自锁性。传动效率低。蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆之间产生剧烈的摩擦，传动效率低。蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆之间产生剧烈的摩擦，能量损失大，一般效率为能量损失大，一般效率为70%80%。当蜗杆传动具有自锁性时，。当蜗杆传动具有自锁性时，其传动效率不足其传动效率不足50%。制造成本较高。制造成本较高。15.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数普通圆柱蜗杆传动的主要参数 和几何尺寸和几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的示意图如图普通圆柱蜗杆传动的示意图如图15-4所示，通过蜗杆轴线且垂直所示，通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。中间平面既是蜗杆的轴向截面，于蜗轮轴线的平面称为中间平面。中间平面既是蜗杆的轴向截面
5、，又是蜗轮的端面。在中间平面内，蜗杆传动啮合的情形相当于渐又是蜗轮的端面。在中间平面内，蜗杆传动啮合的情形相当于渐开线齿条和齿轮之间的啮合，因此圆柱蜗杆传动的主要参数和几开线齿条和齿轮之间的啮合，因此圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸均以中间平面为基准。何尺寸均以中间平面为基准。由于蜗轮是利用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为限制由于蜗轮是利用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为限制滚刀的数目，国标为每一个标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度滚刀的数目，国标为每一个标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径圆直径d1。d1与模数与模数m的比值称为蜗杆的直径因数，用符号的比值称为蜗杆
6、的直径因数，用符号q表示。表示。15.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数普通圆柱蜗杆传动的主要参数为保证蜗轮与蜗杆正确啮合，蜗杆的轴面模数为保证蜗轮与蜗杆正确啮合，蜗杆的轴面模数ma1、压力角、压力角 应与蜗应与蜗轮的端面模数轮的端面模数mt2、压力角、压力角 分别相等，且需按国标的有关规定进行分别相等，且需按国标的有关规定进行取值。取值。1模数和压力角模数和压力角2分度圆直径分度圆直径a1t2蜗杆的头数（齿数）即蜗杆螺旋线的数目，用符号蜗杆的头数（齿数）即蜗杆螺旋线的数目，用符号z1表示。通常表示。通常z1取取1，2，4，6。3蜗杆的头数蜗杆的头数图图15-5所示为蜗杆的分度圆柱及展开示意图
7、。蜗杆的螺旋面与分度圆所示为蜗杆的分度圆柱及展开示意图。蜗杆的螺旋面与分度圆柱的交线称为螺旋线，图示蜗杆分度圆柱上有两条螺旋线，即柱的交线称为螺旋线，图示蜗杆分度圆柱上有两条螺旋线，即 。相邻螺旋线之间的轴向距离称为齿距，用符号相邻螺旋线之间的轴向距离称为齿距，用符号pa1表示，同一条螺旋表示，同一条螺旋线上相邻两齿间的轴向距离称为导程，用符号线上相邻两齿间的轴向距离称为导程，用符号pz表示。则表示。则15.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数普通圆柱蜗杆传动的主要参数蜗轮齿数用符号蜗轮齿数用符号z2表示。表示。z2不宜太小，否则容易降低传动的平稳性；不宜太小，否则容易降低传动的平稳性；z2也不
8、宜过大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，并引起与之啮也不宜过大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，并引起与之啮合蜗杆长度的增加，从而降低蜗杆的弯曲刚度。合蜗杆长度的增加，从而降低蜗杆的弯曲刚度。4蜗轮的齿数蜗轮的齿数5导程角导程角12z z1a11pz pz m（a）蜗杆分度圆柱 （b）展开图螺旋线与蜗杆轴端面的夹角称为蜗杆分度圆上的导程角，简称导程角，螺旋线与蜗杆轴端面的夹角称为蜗杆分度圆上的导程角，简称导程角，用符号用符号 表示。表示。15.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数普通圆柱蜗杆传动的主要参数5导程角导程角由图中几何关系可知由图中几何关系可知z111tanpz mdd根据导程角根
9、据导程角 的旋向，蜗杆可分为左旋和右旋，通常情况下多为右旋。的旋向，蜗杆可分为左旋和右旋，通常情况下多为右旋。为保证蜗轮与蜗杆的正确啮合，蜗杆的导程角为保证蜗轮与蜗杆的正确啮合，蜗杆的导程角 与蜗轮的螺旋角与蜗轮的螺旋角 应大小相等、旋向相同。当导程角应大小相等、旋向相同。当导程角 小于材料的当量摩擦角时，蜗杆小于材料的当量摩擦角时，蜗杆传动即可实现自锁，此时传动即可实现自锁，此时 。35 15.2.2 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸表15-1 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式几何尺寸符号计算公式蜗杆分度圆直径d1蜗杆齿顶圆直径da1蜗杆齿根圆直径df1蜗杆直径系数q中
10、心距a1dmq*a11a2ddh m*f11a2()ddh m+c1dqm122()22ddmaqz15.2.3 蜗轮与蜗杆的转向关系蜗轮与蜗杆的转向关系蜗杆传动中，蜗轮和蜗杆的旋向应保持一致，即同为左旋或右旋，具体蜗杆传动中，蜗轮和蜗杆的旋向应保持一致，即同为左旋或右旋，具体可通过右手定则来判定。右手的手心朝着自己，四指的指向与蜗杆或蜗可通过右手定则来判定。右手的手心朝着自己，四指的指向与蜗杆或蜗轮的轴线方向保持一致。若齿向与右手拇指指向一致，则代表该蜗轮或轮的轴线方向保持一致。若齿向与右手拇指指向一致，则代表该蜗轮或蜗杆的旋向为右旋，如图蜗杆的旋向为右旋，如图15-6（a），（），（b）所
11、示；反之则代表左旋，如）所示；反之则代表左旋，如图图15-6（c）所示。）所示。蜗轮的回转方向与蜗杆的旋向和回转方向有关，具体可通过左（右）手蜗轮的回转方向与蜗杆的旋向和回转方向有关，具体可通过左（右）手定则来判定。左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，四指沿着蜗杆回转方定则来判定。左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，四指沿着蜗杆回转方向弯曲，大拇指伸直代表蜗杆轴线，则与大拇指指向相反的方向即为蜗向弯曲，大拇指伸直代表蜗杆轴线，则与大拇指指向相反的方向即为蜗轮上啮合点的线速度方向，如图轮上啮合点的线速度方向，如图15-7所示。所示。图15-6 蜗轮或蜗杆旋向的判断图15-7 蜗轮转向的判断15.3 蜗杆
12、传动的材料蜗杆传动的材料 和结构、失效形式和结构、失效形式由蜗杆传动的特点可知，蜗轮蜗杆的材料除了要求具有足够的强度外，由蜗杆传动的特点可知，蜗轮蜗杆的材料除了要求具有足够的强度外，还应具有良好的减摩性、耐磨性以及抗胶合的能力。由于蜗杆上齿的啮还应具有良好的减摩性、耐磨性以及抗胶合的能力。由于蜗杆上齿的啮合次数多于蜗轮，因此蜗杆的齿面硬度要比蜗轮高，较为理想的蜗杆传合次数多于蜗轮，因此蜗杆的齿面硬度要比蜗轮高，较为理想的蜗杆传动材料是青铜材料的蜗轮匹配淬硬磨削的钢制蜗杆。动材料是青铜材料的蜗轮匹配淬硬磨削的钢制蜗杆。1蜗轮蜗轮材料名称典型牌号抗拉强度适用滑动速度工作条件铸造锡青铜ZCuSn10
13、P1220 MPa各类稳定载荷的重要场合铸造铝青铜ZCuAl10Fe3Mn2250 MPa中低载荷的场合灰铸铁HT200115 MPa低速场合s4 m/s12 m/svs4 m/sv s2 m/sv 2蜗杆蜗杆汽车维修机械中的蜗杆一般选用碳钢或合金钢制造。为提高表面硬度，汽车维修机械中的蜗杆一般选用碳钢或合金钢制造。为提高表面硬度，需要对蜗杆进行适当的热处理。蜗杆常用钢材料的牌号、热处理方法、需要对蜗杆进行适当的热处理。蜗杆常用钢材料的牌号、热处理方法、齿面硬度及适用场合如表齿面硬度及适用场合如表15-3所示。所示。材料名称牌号热处理方法齿面硬度适用场合渗碳钢20Cr，20CrMnTi渗碳淬火
14、5863 HRC高速、大功率的重要传动场合表面淬火钢42CrNi，40Cr，45表面淬火4555 HRC平速度较高、功率较大的传动场合调质钢40，45调质220270 HBW低速、非重要场合15.3.2 蜗杆蜗轮的结构蜗杆蜗轮的结构由于直径不大，蜗杆通常与轴制成一个整体，称为蜗杆轴。根据轴上螺由于直径不大，蜗杆通常与轴制成一个整体，称为蜗杆轴。根据轴上螺旋部分加工方法的不同，蜗杆轴可分为车削蜗杆轴和铣削蜗杆轴，如图旋部分加工方法的不同，蜗杆轴可分为车削蜗杆轴和铣削蜗杆轴，如图15-8所示。所示。1蜗杆的结构蜗杆的结构2蜗轮的结构蜗轮的结构蜗轮的结构可分为整体式和组合式两类。当青铜材料的蜗轮直径
15、蜗轮的结构可分为整体式和组合式两类。当青铜材料的蜗轮直径（d100 mm）较小时，通常采用整体浇铸式结构，如图）较小时，通常采用整体浇铸式结构，如图15-9（a）所）所示。当蜗轮直径较大时，为节约材料，常常采用组合式结构，齿圈用青示。当蜗轮直径较大时，为节约材料，常常采用组合式结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。根据齿圈与轮芯连接方式的不同，组合式蜗铜，轮芯用铸铁或碳素钢。根据齿圈与轮芯连接方式的不同，组合式蜗轮结构又可分为压配式、拼铸式和螺栓连接式，如图轮结构又可分为压配式、拼铸式和螺栓连接式，如图15-9（b），（），（c），），（d）所示。）所示。（a）整体浇铸式 （b）压配式 （c）
16、拼铸式 （d）螺栓连接式15.3.3 蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似，蜗杆传动的形式有轮齿折断、齿面点蚀、与齿轮传动类似，蜗杆传动的形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损以及齿面胶合等。由于在蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆齿面磨损以及齿面胶合等。由于在蜗杆传动中，蜗轮与蜗杆啮合齿面间的相对滑动速度很高，摩擦力较大，故蜗杆传动啮合齿面间的相对滑动速度很高，摩擦力较大，故蜗杆传动最容易发生的失效形式是齿面磨损和胶合。其中，闭式蜗杆最容易发生的失效形式是齿面磨损和胶合。其中，闭式蜗杆传动的主要失效形式是齿面胶合，开式蜗杆传动的主要失效传动的主要失效形式是齿面胶合，开式蜗杆传动的主要失效形式是
17、齿面磨损。形式是齿面磨损。15.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡蜗杆传动的效率、润滑和热平衡汽车中的蜗杆传动多为闭式传动，其传动效率为汽车中的蜗杆传动多为闭式传动，其传动效率为123 齿轮啮合效率齿轮啮合效率 对总效率对总效率 的影响最大，其大小为的影响最大，其大小为11vtantan(+)工作条件闭式传动开式传动自锁传动65%50%70%80%90%96%11z 22z 34z 46z 15.4.2 蜗杆传动的润滑蜗杆传动的润滑蜗杆传动常用的润滑方式有油池润滑和喷油润滑。当滑动速度蜗杆传动常用的润滑方式有油池润滑和喷油润滑。当滑动速度 时，蜗杆传动一般采用油池润滑。为减少搅油损失，蜗杆放置在
18、蜗轮下时，蜗杆传动一般采用油池润滑。为减少搅油损失，蜗杆放置在蜗轮下方，且不宜浸油过深，如图方，且不宜浸油过深，如图15-10（a）所示。当滑动速度）所示。当滑动速度 时，时，一般将蜗杆放置在蜗轮上方，如图一般将蜗杆放置在蜗轮上方，如图15-10（b）所示。当）所示。当 时，时，蜗杆传动多采用喷油润滑，如图蜗杆传动多采用喷油润滑，如图15-10（c）所示。）所示。s14 m/vs1015 m/sv15.4.3 蜗杆传动的热平衡蜗杆传动的热平衡热平衡是指在单位时间内摩擦产生的热量等于散发的热量。在闭式传动热平衡是指在单位时间内摩擦产生的热量等于散发的热量。在闭式传动中，要求箱体内的油温和周围环境
19、温度之差不超过允许值，即中，要求箱体内的油温和周围环境温度之差不超过允许值，即1t1000(1)PttA 箱体表面散热系数，单位为箱体表面散热系数，单位为W/(m2)，一般取一般取 ；t217.45)(8.15W/(m)K 如果实际温度差超过温度允许差，则需要对蜗杆传动进行散热，具体可如果实际温度差超过温度允许差，则需要对蜗杆传动进行散热，具体可采用以下措施：采用以下措施：（a）（b）（c）在箱体外蜗杆轴端加装风在箱体外蜗杆轴端加装风扇，进行人工通风，如图扇，进行人工通风，如图15-11（a）所示。）所示。在箱体内油池中安装蛇形在箱体内油池中安装蛇形水管，通入冷水进行降温，如水管，通入冷水进行降温，如图图15-11（b）所示。）所示。喷射压力油进行循环润滑喷射压力油进行循环润滑降温，如图降温，如图15-11（c）所示。）所示。
