124 推 介 Design 摘 要：蜗轮蜗杆机构在具备一定条件后就会具有较好的自锁性，但是传动机构却会出现失效的状态。通过对失效的机理进行分析得出结论，同时对驱动制动装置的功能作用进行深入分析。关键词：自锁 摩擦角 螺旋升角 蜗轮蜗杆自锁失效原因分析 张天才 河南省新乡市第134厂 高群永 上海宝钢集团 一、 轧钢作业时立辊轧机的主要功能 轧钢作业时立辊轧机的主要功能有两个：其一是对板坯进行宽度方向侧压、其二是限制穿带板坯的宽度方向的延展。其传动机构为马达驱动蜗轮蜗杆推动立辊开度变化。 在传动设备中，因为蜗轮蜗杆机构具备良好的自锁性而应用于广泛。但是在实际运用的过程中存在这种情况：当马达驱动蜗轮蜗杆传动时，当在承载过程中如果马达制动机构失效的时候，立辊开度就无法保持，这就意味着蜗轮蜗杆的自锁性能丧失了。蜗轮蜗杆机构一般都具备良好的自锁性，而为什么此蜗轮蜗杆机构的自锁性会失效呢，本文着重论述影响其自锁性的因素。 二、自锁原理 蜗轮蜗轮传动时，当蜗杆的螺旋升角γ小于摩擦角ψ时（γ∠ψ），该机构具有很好的自锁性。如图1所示：摩擦力F达到最大值Fmax时，这时的夹角也达到最大值ψ,把ψ定义为摩擦角。 tan ψ=F/N=μN/N=μ 摩擦角ψ的正切等于静摩擦系数。因为根据力平衡与分解可得：当主动力R在摩擦角之内，其与法线（N方向）夹角小于摩擦角ψ，法向分力必于与N平衡，同时切向分力则必小于最大静摩擦力，摩擦力F未达到最大值，则力系平衡。 如果作用于物体的主动力R的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力R＇与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力R的作用线在摩擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。 因此，对应于蜗轮蜗杆机构的传递性质分析：蜗杆的螺旋升角γ，蜗轮作用于蜗杆上的力始终为竖直方向，主作用力与法线夹角也为γ，根据自锁原理，若存在自锁则摩擦角必须涵盖于γ，即存在γ∠ψ，此为蜗轮蜗杆的自锁条件。 三、失效原因分析 在确认蜗轮蜗杆机构未存在变形磨损的情况下，对自锁条 件进行分析，因为螺旋升角γ=C，摩擦角ψ=arctanμ,摩擦系数为相对变量，因此对摩擦系数μ进行分析。 在机械传动摩擦中，摩擦系数除了材料的材质以外，接触表面的粗糙度、硬度、润滑条件等都会对摩擦系数都有不同程度的影响。例如当。蜗轮蜗杆为油浴方式润滑，接触表面形成薄膜，表面粗糙度很小，因此摩擦系数μ大大降低，因此摩擦角ψ也相应大大降低，当摩擦角ψ小于螺旋升角γ时，即γ＞ψ传动机构的自锁性能就会消失（如图所示）。因此根据机械选型产生的摩擦系数显然在工况条件下是非常不适用的。对立辊传动机构的蜗轮蜗杆进行分析：蜗杆的螺旋升角γ=29°40′37″，蜗杆材质SCM440-QT，涡轮材质FH20。 根据机械设计手册，常态情况下钢对青铜的摩擦系数为0.18,因此，摩擦角为10.2°，润滑状态下摩擦系数为0.12，摩擦角为6.84°，均小于螺旋升角。在上述两种条件下取摩擦系数显然是不合适的。 因此在选型时未对润滑条件进行充分考虑是蜗轮蜗杆在工况条件下自锁功能不强的原因。 四、制动机构分析 自锁失效异常现象发生时，都伴随有马达的制动装置失效 的情况，但是当把抱闸的功能恢复以后，整个传动机构的自锁性能同时恢复。根据一般理解，抱闸的作用仅仅是对马达停止时的起到制动作用，当马达速度降至5%时抱闸执行动作。 但是为什么抱闸的制动作用会对整个传动系统的自锁性能有所增益呢？其实如上所说，当外力合力R的作用线不位于摩擦角范围内就不会产生自锁，因此自锁功能必然实现在外力合力上。 当抱闸发挥作用时，相当于在原合力的基础上新产生一个外力，形成新的合理R’，而新的合力的方向与法线方向的夹角γ’(形成新意义上的螺旋升角)小于润滑条件下的摩擦角ψ’，即γ’＜ψ’，因此重新达到传动机构的自缩条件，机构重新实现自锁功能，如图所示。 因此可以判断：以往认为抱闸仅仅对马达制动一种作用的观点是并不正确的，抱闸还存在另一作用，对整个传动机构的自锁性能具有增强作用，当系统自身因为润滑等原因自锁功能丧失时，抱闸就会有产生新外力对整个外力合力产生影响，减小螺旋升角γ’，因此，抱闸一定程度上也是整个传动机构自缩性提高的关键组成部分。 五、结论 （一）当蜗杆的螺旋升角γ小于摩擦角ψ时具有很好的自锁性，蜗轮蜗轮机构传动时。（二）蜗轮蜗杆润滑状态是影响其自锁性的重要原因。（三）设备的制动装置也是影响整个传动机构的自锁性的重要原因，通过施加外力造成螺旋升角的降低从而小于摩擦角达到继续实现传动机构自锁性能。
试论蜗轮蜗杆自锁失效原因分析 摘要：自锁性是蜗轮蜗杆机构的特点，然而，传动机构在某些情况下会出现失 效的情况。笔者通过对徐州供电公司220kV倪村输变电工程中GW22B-126配套 的蜗轮蜗杆自锁失效进行分析，研究其失效的机制，并且深入探讨驱动制动装置 的功能。 关键词：自锁性；蜗轮蜗杆；自锁失效；分析 引言 机械传动形式中必不可少的就是涡轮蜗杆传动，是其组成中最重要的一部分。这种传动 形式可以使得升降台在升降过程中避免了台面发生自动回落的事故进而可以维持整个生产线 的运转。 蜗轮传动的主要组成结构 其主要组成包括涡轮和蜗杆两个部分。一般情况下，二者成90°的方向角。因此，交错轴的运动通常会应用蜗杆蜗轮机构。 二、立辊轧机在轧钢过程中的重要作用 立辊轧机在轧钢过程中的重要作用有如下两个方面。一方面，可以在宽度方向上侧压板坯。另外一方面，可以阻碍穿带板坯在宽度方向上的延伸。立辊轧机的传动机制就是利用马 达来推动蜗轮蜗杆驱动立辊发生开度变化。 蜗轮蜗杆系统因具有较好的自锁性功能而广泛应用于传动设备中。然而，在现实的操作 中会存在不好的一面。就是在承载的过程中，一旦马达驱动这个蜗轮蜗杆传动失去作用时， 立辊开度就无法持续进而其自锁的功能就会消失。一般情况下蜗轮蜗杆系统都具有较好的自 锁功能，可为何会产生自锁功能失效这个问题。本文就自锁性功能影响因素进行系列综述。 蜗杆蜗轮系统自锁性功能失效原因 蜗杆蜗轮机构具有传动比稳定、紧密结构、无噪声以及性能稳定等优点。此外，蜗杆蜗 轮的主动件的反向变化可以使得蜗轮蜗杆发生自锁从而防止了事故的发生。比如，起重装置 就是利用了蜗轮蜗杆可以自锁的作用，使得其吊起的工程材料等能够稳固的悬空在空中。基 于对机构传动的自锁性能的评估，蜗杆蜗轮自锁性的内在机制要摸清。 关于自锁性问题的讨论 目前机械行业的减速机构一般采用蜗杆蜗轮机构。蜗轮蜗杆的自锁性功能在那些要求安 装蜗杆涡轮机机构的机械装置中起着重要的不可或缺的作用。然而，在现实的生产中，我们 又很难把握好自锁功能。比如，正在处于上升通道中的保温罩，即使电动机电源被切断了， 蜗轮蜗杆立马会自锁，但是保温罩却不会下降。而一旦切断电源后，保温罩就会下降，机构 的自锁现象却时有时无。而当这个保温罩下降速度超过一定阶段后，自锁现象基本消失完全。 2.蜗轮蜗杆的自锁机制 当机构在传动时，蜗轮蜗杆的摩擦角ψ大于螺旋升γ（γ〉ψ）时，则会有良好的自锁功能。在图1中，我们发现当摩擦力F增加到最大值Fmax时，此时，夹角ψ为最大值，我们 把角ψ规定为摩擦角。 由图可知，tanψ=μN/N=F/N=μ 静摩擦系数等于摩擦角ψ的正切值。 根据力的平衡与分解原理可知，当主动力R方向与法线方向的家教小于摩擦角ψ，也就 是主动力R在摩擦角ψ下方也就是内部，这个时候其法线方向的分力与N是一对平衡力。同时，平行于斜面方向的分力必须小于最大静摩擦力，当这个摩擦力未达到最大值，则系统保 持力平衡状态从而处于静止状态。 因此，当主动力R的作用线在ψ下方也就是在摩擦角之内，则不管主动力R的大小，会 存在一个反力R＇与之保持力平衡，从而使得物体保持静止状态；相反，当主动力R的作用 线处于摩擦角之外，那么不管这个力大小，物体由于力系统不平衡而不能保持平衡状态。这 种情况下的平衡状态与力大小无关而仅摩擦角方向有关条件叫做自锁条件。 因而，关于蜗轮蜗杆机构在传递过程中的功能研究：蜗杆的螺旋升角γ，蜗轮对蜗杆的
本技术新型提供了一种具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，涉及安防领域，用以解决现有云台体积大，精度较低而且功耗大的问题，包括：云台左支臂、垂直主轴、垂直蜗杆、水平蜗杆、垂直蜗轮、水平蜗轮、水平步进电机、垂直步进电机、主控解码板、垂直光电限位开关、水平光电限位开关、云台底座、航空头座、云台右支臂、水平主轴、垂直限位挡板、水平限位挡板和云台主体。在满足体积小便于携带的同时，精度提高并且功耗降低，在突然断电时能够自行锁定位置符合架设其他便携设备的要求。 权利要求书 1.一种具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，包括：云台左支臂、垂直主轴、垂直蜗杆、水平蜗杆、垂直蜗轮、水平蜗轮、水平步进电机、垂直步进电机、主控解码板、垂直光电限位开关、水平光电限位开关、云台底座、航空头座、云台右支臂、水平主轴、垂直限位挡板、水平限位挡板和云台主体； 其中，所述水平主轴分别与云台左支臂和云台右支臂相连，所述垂直主轴与云台主体和云台底座连接；所述垂直蜗杆安装于垂直步进电机的主轴上，所述水平蜗杆安装于水平步进电机的主轴上；所述垂直蜗轮安装于垂直主轴上，所述水平蜗轮安装于水平主轴上；所述垂直限位挡板安装于垂直主轴上，所述水平限位挡板安装于水平主轴上；所述云台主体内侧壁上部置有所述垂直光电限位开关，所述云台主体内侧壁下部置有所述水平光电限位开关；以及所述垂直步进电机、水平步进电机、垂直光电限位开关、水平光电限位开关和航空头座分别与
所述主控解码板相连接。 2.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，所述主控解码板上带模拟数字转换器AD微控器、步进电机驱动电路、图像分析模组和串行口电路；所述带模拟数字转换器AD微控器通过步进电机驱动电路连接所述水平步进电机和垂直步进电机，以及所述带模拟数字转换器AD微控器分别连接所述图像分析模组和串行口电路，进而与外部摄像机和电脑连接。 3.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，云台顶部的所述水平主轴处配有密封轴承，以及云台底部的所述垂直主轴出轴处配有密封轴承。 4.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，所述水平主轴中空且置有出线孔。 5.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，所述云台右支臂上置有航空头座。 6.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，所述水平蜗轮与水平蜗杆紧密咬合；所述垂直蜗轮与垂直蜗杆紧密咬合。 7.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，所述水平步进电机置于水平主轴上，所述垂直步进电机置于垂直主轴上。 8.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，所述云台主体置于云台底座上。 9.如权利要求1所述的具备自动跟踪功能的小型高精度蜗轮蜗杆自锁云台，其特征在于，还包括：置于所述云台主体顶部的云台托板，所述云台主体前端的前盖，以及所述云台主体后端的后盖。
(二)蜗杆蜗轮的画法 1、蜗杆的画法 蜗杆一般选用一个视图，其齿顶线、齿根线和分度线的画法与圆柱齿轮相同，如图9-62所示。图中以细实线表示的齿根线也可省略。齿形可用局部剖视或局部放大图表示。 图9-62 蜗杆的主要尺寸和画法 2、蜗轮的画法 蜗轮的画法与圆柱齿轮相似，如图9-63所示。 (1)在投影为非圆的视图中常用全剖视或半剖视，并在与其相啮合的蜗杆轴线位置画出细点画线圆和对称中心线，以标注有关尺寸和中心距。 (2)在投影为圆的视图中，只画出最大的顶圆和分度圆，喉圆和齿根圆省略不画。投影为圆的视图也可用表达键槽轴孔的局部视图取代。 3、蜗杆蜗轮啮合的画法 蜗杆蜗轮啮合有画成外形图和剖视图两种形式，其画法如图9-64所示。在蜗轮投影为圆的视图中，蜗轮的节圆与蜗杆的节线相切。
图9-63 蜗轮的画法和主要尺寸 图9-64 蜗杆蜗轮啮合画法 蜗轮蜗杆传动 蜗杆蜗轮用于两交叉轴间的传动,交叉 角一般为90°。通常蜗杆主动，蜗轮从动， 用作减速装置获得较大的传动比。除此之 外，蜗杆传动往往具有反向自锁功能，即只 能由蜗杆带动蜗轮，而蜗轮不能带动蜗杆， 故它常用于起重或其它需要自锁的场合。 (蜗杆蜗轮动画演示）
◆蜗杆蜗轮的主要参数与尺寸计算 蜗杆蜗轮的主要参数有:模数m、蜗杆分度圆直径d、导程角γ、、中心距a、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2等，根据上述参数可决定蜗杆与蜗轮的基本尺寸，其中z1、z2由传动要求选定。几何尺寸计算如下表所示。 ◆蜗杆蜗轮的画法 蜗杆一般选用一个视图，其齿顶线、齿根线和分度线的画法与圆柱齿轮相同，如下图所示。图中以细实线表示的齿根线也可省略。齿形可用局部剖视或局部放大图表示。 ◆蜗轮的画法 (1)在投影为非圆的视图中常用全剖视或半剖视，并在与其相啮合的蜗杆线位置画出细点画线圆和对称中心线，以标注有关尺寸和中心距。 (2)在投影为圆的视图中，只画出最大的顶圆和分度圆，喉圆和齿根圆省略不画。投影为圆的视图也可用表达键槽轴孔的局部视图取代。
蜗轮蜗杆传动 蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。 蜗轮蜗杆传动有如下特点： 1）结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动比为7-80。 2) 工作平稳无噪音 3) 传动功率范围大 4）可以自锁 5）传动效率低，蜗轮常需用有色金属制造。蜗杆的螺旋有单头与多头之分。 传动比的计算如下： I=n1/n2=z/K n1-蜗杆的转速 n2-蜗轮的转速 K-蜗杆头数 Z-蜗轮的齿数 蜗轮及蜗杆机构 一、用途： 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当於齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。 二、基本参数： 模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即蜗轮轴面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值， 三、蜗轮蜗杆正确啮合的条件 1 中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，即蜗轮的端面模数等於蜗杆的轴面模数且为标准值；蜗轮的端面压力角应等於蜗杆的轴面压力角且为标准值，即 ==m ，== 2 当蜗轮蜗杆的交错角为时，还需保证，而且蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。 四、几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同，需注意的几个问题是： 蜗杆导程角()是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为，蜗轮的螺旋角，大则传动效率高，当小於啮合齿间当量摩擦角时，机构自锁。 引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时，q大则大，蜗杆轴的刚度及强度相应增大；一定时，q小则导程角增大，传动效率相应提高。 蜗杆头数推荐值为1、2、4、6，当取小值时，其传动比大，且具有自锁性；当取大值时，传动效率高。 与圆柱齿轮传动不同，蜗杆蜗轮机构传动比不等於，而是，蜗杆蜗轮机构的中心距不等於，而是。 蜗杆蜗轮传动中蜗轮转向的判定方法，可根据啮合点K处方向、方向（平行於螺旋线的切线）及应垂直於蜗轮轴线画速度矢量三角形来判定；也可用「右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四指拇指」来判定。 五、蜗轮及蜗杆机构的特点 可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑
蜗轮蜗杆设计 摘要 蜗杆传动从属齿轮传动，在现代工业中应用非常广泛。蜗轮蜗杆包含两个部分：蜗杆和蜗轮，其齿形大多数由直线、平面或者平面上的曲线经过一次或两次展成运动形成。由于蜗轮蜗杆结构性特点，它用于传递空间两相错轴间的运动和动力。蜗杆传动机构多数情况下蜗杆为主动件，蜗轮为被动件。蜗杆传动具有传动比大、体积小、运转平稳、噪音小等特点。在机床制造业中，普通圆柱蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速传动工作台和连续分度机构的唯一传动形式；冶金工业轧机压下机构都采用大型蜗杆传动;煤矿设备中的各种类型的绞车及采煤机组牵引传动;起重运输业中各种提升 设备及无轨电车等都采用蜗杆传动。其他，在精密仪器设备、军工、宇宙观测仪器中，蜗杆传动常用作分度机构、操纵机构、计算机构、测距机构等等，大型天文望远镜、雷达等也离不开蜗杆传动。 关键词：蜗轮蜗杆
目录 第一章蜗杆传动的类型和特点 (1) 1.1 蜗杆传动的类型 (1) 1.2 蜗杆传动的特点 (2) 第二章蜗轮传动的基本参数和几何尺寸计算 (3) 2.1 蜗杆传动的基本参数 (3) 2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 (6) 第三章蜗轮传动的失效形式、设计准则、材料和结构 (7) 3.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则 (7) 3.2 蜗杆、蜗轮的材料和结构 (8) 第四章蜗轮传动的强度计算 (10) 4.1蜗杆传动的受力分析 (10) 4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 (11) 4.3 蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算 (12) 第五章蜗轮传动的效率、润滑和热平衡计算 (13) 5.1蜗杆传动的效率 (13) 5.2 蜗杆传动的润滑 (13) 5.3 蜗杆传动的热平衡计算 (15) 结论 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19)
蜗轮蜗杆 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条，蜗杆又与螺杆形状相似。 基本参数 模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、涡轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即涡轮端面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值。 分类和条件 蜗轮蜗杆大致有这些系列： 1、WH系列蜗轮蜗杆减速机：WHT/WHX/WHS/WHC 2、CW系列蜗轮蜗杆减速机：CWU/CWS/CWO 3、WP系列蜗轮蜗杆减速机：WPA/WPS/WPW/WPE/WPZ/WPD 4、[1]TP系列包络蜗轮蜗杆减速机：TPU/TPS/TPA/TPG 5、PW型平面二次包络环面蜗杆减速机[1] 正确啮合的条件 1.中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，即蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴面模数且为标准值；蜗轮的端面压力角应等于蜗杆的轴面压力角且为标准值，即 m(杆)==m（轮），α（杆）==α（轮） 2.当蜗轮蜗杆的交错角为90°时，还需保证，而且蜗轮与蜗杆螺旋 蜗轮蜗杆 线旋向必须相同。 几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同，需注意的几个问题 1.蜗杆导程角γ是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为，蜗轮的螺旋角，大则传动效率高，当小于啮合齿间当量摩擦角时（ψv= arctan fv ,即当量摩擦角等于摩擦因素的反正切值，当ψv小于γ时[2]），机构自锁。 2.引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时，q大则大，蜗杆轴的刚度及强度相应增大；一定时，q小则导程角增大，传动效率相应提高。 3.蜗杆头数推荐值为1、2、4、6，当取小值时，其传动比大，且具有自锁性；当取大值时，传动效率高。 与圆柱齿轮传动不同，蜗杆蜗轮机构传动比不等于蜗杆直径与蜗轮直径的比值。 4.蜗杆蜗轮传动中蜗轮转向的判定方法，可根据啮合点K处方向、方向（平行于螺旋线的切线）及应垂直于蜗轮轴线画速度矢量三角形来判定；也可用“右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四指拇指”来判定。 特点应用和常见问题与解决方法 机构的特点 1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。
蜗轮减速机特点与自锁功能的应用 实际上蜗轮减速机就是蜗轮蜗杆减速器，因为蜗轮与蜗杆在减速器的应用当中都是成对出现的。减速器中有一个蜗杆就一定会有一个蜗轮，因此蜗轮减速器只是人们对蜗轮蜗杆减速器的一种口语化叫法。但通常大家更喜欢把蜗轮蜗杆减速器称为蜗轮蜗杆减速机。或者说蜗轮蜗杆减速机是更通用的一种叫法。下面你可以点击查看. 简单介绍一下蜗轮及蜗杆机构的特点 可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑，两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构 蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小 具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用 传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散
热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高 蜗杆轴向力较大 蜗轮蜗杆减速机自锁功能的应用 在减速机的传动方式中,蜗轮传动具备其他齿轮传动所没有特性,即蜗杆可以轻易转动蜗轮，但蜗轮无法转动蜗杆。这是因为蜗轮蜗杆的结构和传动是通过摩擦实现的造成的。 蜗轮蜗杆传动方式具有的自锁止功能在机械应用很有 用处，比如卷扬机，输送设备等等。然而也是因为蜗轮蜗杆的摩擦传动方式，也造成了蜗轮蜗杆的传动效率相对齿轮传动要低很多。 备注：不过要注意的一点是，不是所有的蜗轮减速机都具有很好的自锁功能，蜗轮的自锁功能要达到一定的速比才能实现。这和导程角有关，即小速比的蜗轮蜗杆自锁功能就不那么理想。 一、用途 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。 二、基本参数 模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、
蜗轮蜗杆典型例题解 1． 如图所示，蜗杆主动，主动轮扭矩m N T .201=，模数mm m 4=，21=Z ，mm d 501=，蜗轮齿数 ,502=Z 传动的啮合效率75.0=η。试确定： （1）蜗轮的齿数Z 2；（2）蜗杆的直径系数q 和导程角γ；（3）标准中心距a ； （4）相对滑动速度υS ；（5）蜗轮螺旋角β2和蜗杆导程角γ关系？ （6）蜗轮的转向；（7）蜗轮蜗杆所受各力的大小和方向。 解:（1）求蜗轮的齿数Z 2 （2）求蜗杆的直径系数q 和导程角γ； （3）蜗轮的转向； （4）蜗轮蜗杆所受各力的大小和方向。 2 3 1 1 180050 10 2022a t F N d T F -==??= = 50 475 .02 5010202223 2 1212 22?????= ??= = d i T d T F t η 13750a F N -== ??==20tan 3750tan 22αt r F F 11360r F N -== 2． 如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。 已知输出轴上的圆锥齿轮的转向4n ： （1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试 确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向； （2）在图上标出各轮轴向力的方向。 3． 判断图中各蜗杆、蜗轮的转向和螺旋线方向（按 构件1主动）画出各蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。 F t1 F a2 F a3 F a4 2Z =1Z i ?225=?50 =1d m q =q 1d m =504=12.5=tan γ1Z q =2 12.5 =0.16=γ=arctan 0.169.09=? F r1 F a1 F t2 F r2
蜗轮蜗杆减速机结构特点与自锁功能实际上对于很多的大型设备当中，所使用的行星齿轮减速机产品设备，会用到很多的功能。其中平面二次包络蜗轮减速机就是蜗轮蜗杆减速器，因为蜗轮与蜗杆在减速器的应用当中都是成对出现的。减速器中有一个蜗杆就会有一个蜗轮，因此蜗轮减速器只是人们对蜗轮蜗杆减速器的一种口语化叫法。但通常大家喜欢把蜗轮蜗杆减速器称为蜗轮蜗杆减速机。或者说蜗轮蜗杆减速机是通用的一种叫法。 台机的蜗轮蜗杆减速机结构特点： 一、可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。 二、两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构 三、蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小 四、具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起保护作用。 传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动
速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高，蜗杆轴向力较大。 台机的蜗轮蜗杆减速机自锁功能的应用： 在减速机的传动方式中，蜗轮传动具备其他齿轮传动所没有特性，即蜗杆可以轻易转动蜗轮，但蜗轮无法转动蜗杆。这是因为蜗轮蜗杆的结构和传动是通过摩擦实现的造成的。 蜗轮蜗杆传动方式具有的自锁止功能在机械应用很有用处，比如卷扬机，输送设备等等。然而也是因为蜗轮蜗杆的摩擦传动方式，也造成了蜗轮蜗杆的传动效率相对齿轮传动要低很多。
自锁蜗杆装置的设计 蜗杆传动是一种在空间交错的两轴间传递运动和动力的装置。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性，即蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动，工程中常称为反行程自锁］。 反行程自锁功能成功地解决了机械设备中执行机构的定位问题，被广泛应用于工程设计的各类传动系统中。但同时在一定程度上影响了人机的交互性能，当机电设备遭遇失电等紧急状况时，由于在传动装置中采用了蜗杆传动，将导致执行机构滞留在失电瞬间的状态，无法通过人工操作将其复位，极大地影响了设备的使用及运输。 因此，如何充分利用蜗杆传动的自锁性能且同时避免因失电造成的设备瘫痪成为机电设备的设计中亟待解决的一大难题。 １人工反行程操作装置的结构设计 目前国内设计人员在拟定机械传动系统方案时，对于设计要求中实现传动比大、结构紧凑、噪声小的定位装置都会优先考虑蜗杆传动，而针对其执行机构的失电滞停问题，往往在传动系统中简单地增加过渡齿轮装置予以解决［４］，比如某公司新研发的新一代车载天线倒伏装置，其结构简图如图１所示。 图１车载天线倒伏装置 其传动方式为电机减速器通过蜗杆传动带动传动齿轮及传动轴转动，从而实现天线的竖直与倒伏功能。在车辆的行进过程中，当倒伏装置因失电故障导致执行机构中的天线角度定位过高，使得装备车辆无法顺利通过涵洞、丛林等障碍时，通过拆卸过渡齿轮，断开蜗杆传动与执行机构的连接，从而破坏其自锁性能，达到人工倒伏天线的目的。此方法虽然解决了因自锁定位功能造成的失电滞停问题，但是增加了倒伏装置的横向尺寸，并且过渡齿轮的拆装步骤较为繁琐，同时工作人员在拆卸过渡齿轮的过程中需另一名工作人员进行人工倒伏天线的协同操作，否则在断开过渡齿轮的瞬间天线将由于失去自锁定位功能急坠下降，造成天线及倒伏装置的损坏［５］。因此需要设计一摩擦传动装置来替代过渡齿轮，初步设计在一盘形类零件中开一环形的Ｔ型槽，传动轴９通过键与其连接，传动齿轮８则通过螺栓与其相连，传动轴９与传动齿轮８采用间隙配合，同时拆除过渡齿轮，将传动齿轮８与３直接啮合，此装置的三维模型如图２所
一、蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构 蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力，通常，轴交角∑＝90°。其优点是传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；缺点是当蜗杆头数较少时，传动效率低，常需要采用贵重的减摩有色金属材料，制造成本高。 蜗轮是回转形零件，蜗轮的结构特点和齿轮基本相似，直径一般大于长度，通常由外圆柱面、内环面、内孔、键槽（花键槽）、轮齿、齿槽等组成。根据结构形式的不同，齿轮上常常还有轮缘、轮毂、腹板（孔板）、轮辐等结构。按结构不同蜗轮可分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等多种型式。 蜗杆的结构和轴相似，其结构特点是长度一般大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹及阶梯端面等所组成。蜗杆上啮合部分的轮齿呈螺旋状，有单头和多头之分，单头蜗杆的自锁性能好、易加工，但传动效率低。 二、普通圆柱蜗轮、蜗杆的测绘步骤 蜗轮、蜗杆的测绘比较复杂，要想获得准确的测绘数据，就必须具备较全面的蜗杆传动方面的知识。同时应合理选择测量工具及必要的检测仪器，掌握正确的测量方法，并对所测量的数据进行合理的分析处理，提出接近或替代原设计的方案，直接为生产服务。 测绘蜗轮、蜗杆时，主要是确定蜗杆轴向模数m a（即蜗轮端面模数m t），蜗杆的直径系数q和导程角γ(即蜗轮的螺旋角β)。下面以普通圆柱蜗轮蜗杆测绘为例，说明标准蜗轮蜗杆的基本测绘步骤。 1. 首先对要测绘的蜗轮、蜗杆进行结构和工艺分析。 2. 画出蜗轮、蜗杆的结构草图和必须的参数表，并画出所需标注尺寸的尺寸界线及尺寸线。 3. 数出蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2。 4. 测量出蜗杆齿顶圆直径d a l、蜗轮喉径d a i和蜗轮齿顶外圆直径d ae。 5. 在箱体上测量出中心距a。 6. 确定蜗杆轴向模数m a (即涡轮端面模数m t) 7. 确定蜗杆的导程角γ(蜗轮的螺旋角β)，并判定γ及β的方向。 根据计算公式tgγ= z 1m a / d1，因d1= d a1-2m a则 γ= tg -1 z1m a/ (d a1-2m a) 8. 确定蜗杆直径系数q 根据计算公式q = d 1/ m a 或q = z1/ tgγ计算出q值，且应按标准系列选取与其相近的标 准数值。 9. 根据计算公式，计算出其它各基本尺寸，如齿根圆直径d f1、d f2，齿顶高h a1、h a2，齿根高h f1、h f2等。 10. 所得尺寸必须与实测中心距a核对，且符合计算公式： a = m a / 2 (q+z2) 11. 测量其它各部分尺寸，如毂孔直径、键槽尺寸等。 12. 根据使用要求，确定蜗轮、蜗杆的精度，一般为7~9级。 13. 用类比法或查资料确定配合处的尺寸公差和形位公差。 14. 用粗糙度量块对比或根据各部分的配合性质确定表面粗糙度。 15. 尺寸结构核对无误后，绘制零件图。 三、普通圆柱蜗杆、蜗轮的测绘 1. 几何参数的测量 （1）蜗杆头数z1〔齿数)、蜗轮齿数z2 目测确定z1，并数出z2。
蜗轮蜗杆减速机常见问题和解决方法分析 蜗轮蜗杆减速机是一种结构紧凑、传动比大，在一定条件下具有自锁功能的传动机械。其中中空轴式蜗齿减速机不仅具有以上特点，而且安装方便、结构合理，得到越来越广泛的应用。它是在蜗轮蜗杆减速器输入端加装一个斜齿轮减速器，构成的多级减速器可获得非常低的输出速度，比单级蜗轮减速机具有更高的效率，而且振动小、噪声及能耗低。接下了分析蜗轮蜗杆减速机常见问题和解决方法。 一、常见问题及其原因 1.减速机发热和漏油。为了提高效率，蜗轮减速机一般均采用有色金属做蜗轮，蜗杆则采用较硬的钢材。由于是滑动摩擦传动，运行中会产生较多的热量，使减速机各零件和密封之间热膨胀产生差异，从而在各配合面形成间隙，润滑油液由于温度的升高变稀，易造成泄漏。造成这种情况的原因主要有四点，一是材质的搭配不合理；二是啮合摩擦面表面的质量差；三是润滑油添加量的选择不正确；四是装配质量和使用环境差 蜗轮磨损。蜗轮一般采用锡青铜，配对的蜗杆材料用45钢淬硬至HRC4555，或 40Cr淬硬HRC5055后经蜗杆磨床磨削至粗糙度Ra0.8μm。减速机正常运行时磨损很慢，某些减速机可以使用10年以上。如果磨损速度较快，就要考虑选型是否正确，是否超负荷运行，以及蜗轮蜗杆的材质、装配质量或使用环境等原因。 3.传动小斜齿轮磨损。一般发生在立式安装的减速机上，主要与润滑油的添加量和油品种有关。立式安装时，很容易造成润滑油量不足，减速机停止运转时，电机和减速机间传动齿轮油流失，齿轮得不到应有的润滑保护。减速机启动时，齿轮由于得不到有效润滑导致机械磨损甚至损坏。 4.蜗杆轴承损坏。发生故障时，即使减速箱密封良好，还是经常发现减速机内的齿轮油被乳化，轴承生锈、腐蚀、损坏。这是因为减速机在运行一段时间后，齿轮油温度升高又冷却后产生的凝结水与水混合。当然，也与轴承质量及装配工艺密切相关。 二、解决方法 1.保证装配质量。可购买或自制一些专用工具，拆卸和安装减速机部件时，尽量避免用锤子等其他工具敲击；更换齿轮、蜗轮蜗杆时，尽量选用原厂配件和成对更换；装配输出轴时，要注意公差配合；要使用防粘剂或红丹油保护空心轴，防止磨损生锈或配合面积垢，维修时难拆卸。 2.润滑油和添加剂的选用。蜗齿减速机一般选用220#齿轮油，对重负荷、启动 频繁、使用环境较差的减速机，可选用一些润滑油添加剂，使减速机在停止运转时齿轮油依然附着在齿轮表面，形成保护膜，防止重负荷、低速、高转矩和启动时金属间的直接接触。添加剂中含有密封圈调节剂和抗漏剂，使密封圈保持柔软和弹性，有效减少润滑油泄漏。