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蜗杆传动:运动与动力的传递方式

【摘要】:蜗杆传动用于传递两垂直交错轴的运动和动力。一般总是蜗杆为主动件,蜗轮为从动件。图1-65 蜗杆传动的类型a)圆柱蜗杆 b)环面蜗杆 c)锥蜗杆在圆柱蜗杆中,按螺旋面形状的不同又可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆和法向直廓蜗杆三类。由于蜗杆的齿是连续的螺旋齿,在与蜗轮的啮合过程中是连续不间断的,故传动平稳且无噪声。

1.蜗杆传动的组成

蜗杆传动是由蜗杆、蜗轮和机架组成,如图1-63所示。

蜗杆传动用于传递两垂直交错轴的运动和动力。一般总是蜗杆为主动件,蜗轮为从动件。如果我们已知蜗杆的旋向与转向,可用“主动轮左右手法则”来判定蜗轮的转向,右旋蜗杆采用右手法则,左旋蜗杆采用左手法则。其方法是:四指弯曲表示蜗杆转向,大拇指所指的相反方向就是蜗轮的旋转方向。如图1-64a所示,右旋蜗杆采用右手法则,四指弯曲与n1方向一致,大拇指所指的相反方向就是n2方向。同理可求出当左旋蜗杆方向n1已知时,从动件蜗轮的转向n2,如图1-64b所示。

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图1-63 蜗杆传动

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图1-64 蜗轮转向的判定

a)主动轮左、右手法则 b)转向的判定

2.蜗杆传动的类型和应用场合

按蜗杆形状不同可分为圆柱蜗杆、环面蜗杆和锥蜗杆三种,如图1-65所示。

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图1-65 蜗杆传动的类型

a)圆柱蜗杆 b)环面蜗杆 c)锥蜗杆

在圆柱蜗杆中,按螺旋面形状的不同又可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆和法向直廓蜗杆三类。

(1)阿基米德蜗杆 如图1-66所示,阿基米德蜗杆螺旋面的形成与梯形螺纹的形成相似,一始终通过轴线的梯形平面沿螺旋线旋转时,在空间形成的曲面称为阿基米德蜗杆的螺旋面。该蜗杆是用两侧边夹角为2α=40°的直线切削刃车刀在车床上加工,同车削螺纹类似,切削刃应置于蜗杆轴线的水平面内。这样加工出的蜗杆在轴平面内的齿形为直线,在垂直蜗杆轴线的截面内的齿形为阿基米德螺旋线。

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图1-66 阿基米德蜗杆

(2)渐开线蜗杆 如图1-67所示,齿面为渐开线螺旋面,在垂直蜗杆轴线的截面内的齿形为渐开线。这种蜗杆可像圆柱齿轮那样用滚刀滚切并可用平面砂轮磨削加工,故容易获得较高的精度,也适用于成批生产。

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图1-67 渐开线蜗杆

(3)法向直廓蜗杆 如图1-68所示,为了使刀具切削时有较合理的前、后角,故将刀具的切削平面装在垂直于齿槽中点螺旋线的法平面内,这样切出的蜗杆便称为法向直廓蜗杆,在垂直蜗杆轴线的截面内的齿形为延伸渐开线。这种蜗杆加工简单,可用砂轮磨削,常用作机床中的多头精密蜗杆传动。

这三种圆柱蜗杆中,阿基米德蜗杆的加工最为简单,工艺性好,广泛应用于仪器、汽车、机床、冶金矿山及起重运输设备中。

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图1-68 法向直廓蜗杆

3.蜗杆传动的特点

齿轮传动相比,蜗杆传动具有如下特点:

1)结构紧凑、传动比大。一般情况i=8~100。在分度机构中,传动比可达数百、甚至上千。

2)传动平稳无噪声。由于蜗杆的齿是连续的螺旋齿,在与蜗轮的啮合过程中是连续不间断的,故传动平稳且无噪声。

3)可以实现自锁。当蜗杆导程角较小时,便可设计成只能由蜗杆带动蜗轮,而蜗轮不能带动蜗杆转动的具有自锁性能的传动。这一特性在起重设备中可起到安全作用。

4)传动效率低。蜗杆与蜗轮齿面间滑动速度大,摩擦剧烈,故发热量大,一般效率在70%~80%左右,而自锁时效率低于50%。

5)造价较高。为了减少摩擦、提高耐磨性和抗胶合能力,蜗轮往往选用贵重的青铜来制造,因而成本较高。

6)互换性较差。在直齿圆柱齿轮传动中,由于模数和压力角都已标准化,切制模数相同而齿数不同的齿轮只需一把齿轮刀具,且相同模数的齿轮可互换啮合。但在蜗杆传动中,加工蜗轮的滚刀不仅与蜗杆的模数和压力角相等,而且头数、分度圆直径也必须一样,故蜗轮滚刀的专用性强。

由于蜗杆传动具有许多优点,所以在各种机械中得到广泛应用。在许多要求传动比大而传递功率较小的场合更是利用了其结构简单、紧凑的长处。