渐开线蜗杆

用碳钢或合金钢制成

端面齿廓为渐开线的蜗杆称为渐开线蜗杆。就几何性质来说，渐开线蜗杆就是渐开线斜齿轮，它相当于一个少齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。根据渐开螺旋面的形成原理，只有直线形刀刃处在切于基圆柱的平面中时，才能加工出正确的渐开线蜗杆齿形。在渐开线螺杆的轴向剖面、法向剖面和其他任何剖面中，其齿形都不是直线。

主要参数

渐开线蜗杆的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆头数、蜗杆的直径及导程角γ等，进行蜗杆传动设计时，首先要正确的选择参数。

（1）模数m和压力角

和齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数。蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即

ZI蜗杆的法向压力角为标准值20°，蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为

式中，γ为导程角。

（2）蜗杆头数

渐开线蜗杆头数可根据要求的传动比和效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低，如要提高效率，应增加蜗杆头数。但蜗杆头数增加，又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆头数取为1、2、4、6。

（3）分度圆直径

在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆具有同样尺寸的蜗轮滚刀来加工与其相配的蜗轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就得有一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。显然，这样很不经济。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径，而把比值

称为蜗杆的直径系数，与q已有标准值。

（4）导程角γ

蜗杆的直径和蜗杆头数选定之后蜗杆分度圆柱上的导程角γ就确定了。

式中，q为蜗杆的直径系数。

传动受力分析

蜗杆传动的受力分析和斜齿轮圆柱齿轮传动相似。在进行蜗杆传动的受力分析时，通常不考虑摩擦力的影响。

如图1是以右旋蜗杆为主动件，并沿图示的方向旋转时，蜗杆螺旋面上的受力情况。设为集中作用于节点P处的法向载荷，它作用于法向截面Pabc内。可分解为三个相互垂直的分力，即圆周力、径向力和轴向力。显然，在蜗杆与蜗轮间，相互作用着与、与和与这三对大小相等、方向相反的力。

在确认各力方向时，尤其要注意所受轴向力方向的确定。因为轴向力方向是由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定的。如图，该蜗杆为右旋蜗杆，当其为主动件沿图示方向回转时，蜗杆齿的右侧为工作面，故蜗杆所受的轴向力必然指向左端。如果该蜗杆的转向相反，则蜗杆齿的左侧为工作面，此时蜗杆所受的轴向力必指向右端。至于蜗杆所受圆周力的方向，总是与它的转向相反；径向力的方向则总是指向轴心的。

失效形式

和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式也有点蚀（齿面接触疲劳破坏）、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋齿部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效经常发生在蜗轮轮齿上。因此，一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算。

设计准则

在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。

在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此外，闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应做热平衡核算。

常用材料

蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并渗碳淬火；也可以用40、45钢或40Cr并经淬火。这样处理可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为40~55HRC，经氮化处理后的硬度为55~62HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理，其硬度为220~300HBS。

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