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蝸輪和蝸桿之間的關(guān)系

發(fā)布時間: 2022-08-11 | 765次瀏覽
導(dǎo)讀:使用蝸輪蝸桿傳動,可以以高傳動比傳遞高負載,他們是什么?

· 1工作原理

· 2傳動比

· 3動力傳輸

· 4蝸桿類型

4.1圓柱蝸桿

4.2球狀蝸桿

· 5自鎖

5.1自鎖類型

5.2自鎖與效率

5.3超程

工作原理

齒輪的一種特殊設(shè)計是所謂的蝸桿。在這種情況下,齒像螺紋一樣纏繞在蝸桿軸上。與蝸桿配合的齒輪是蝸輪。這種由蝸桿和蝸輪組成的齒輪箱通常被稱為蝸桿傳動。

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動畫:蝸輪蝸桿傳動

蝸桿可以看作是斜齒輪的一種特殊情況。想象一下:斜齒輪上只有一個齒?,F(xiàn)在增加螺旋角(導(dǎo)程角),使齒繞齒輪數(shù)次。結(jié)果將是“單齒”的蝸桿。

 

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動畫:從單齒齒輪到單啟動蝸桿

現(xiàn)在可以想象,圓柱齒輪上會同時纏繞兩個或更多的齒,而不是一個齒。這將對應(yīng)于“雙齒”蝸桿(雙螺紋蝸桿)或“多齒”蝸桿(多螺紋蝸桿)。

 

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動畫:從兩個齒輪到雙啟動蝸桿

蝸桿的“齒數(shù)”稱為頭數(shù)。相應(yīng)地,有 單頭蝸桿、雙頭蝸桿或多頭蝸桿。一般來說,主要生產(chǎn)單頭蝸桿,但在特殊情況下,頭數(shù)也可以達到四頭或者更多。


蝸桿可以看成是螺旋纏繞的“牙齒”,它們擰入蝸輪并驅(qū)動它!

傳動比

由于蝸桿的頭數(shù)最終等于齒輪的齒數(shù),因此用于確定傳動比的齒數(shù) 一傳動比i對應(yīng)蝸桿的頭數(shù):

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從下面單頭蝸桿傳動的動畫中也可以清楚地看出,蝸桿的頭數(shù)對應(yīng)于齒輪的齒數(shù)。蝸桿旋轉(zhuǎn)一圈,蝸桿沿軸向直線推進一個位置。蝸輪因此轉(zhuǎn)過一個齒。與齒輪相比,在這種情況下,蝸桿實際上表現(xiàn)得好像它的圓周只有一個齒。

 

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動畫:單頭蝸桿嚙合

另一方面,雙頭蝸桿旋轉(zhuǎn)一圈,兩條蝸桿螺紋將分別移動一個齒??偟膩碚f,蝸輪的兩個齒會繼續(xù)移動。然后,兩個頭的蝸桿就像一個兩齒齒輪。

下面的動畫顯示了雙頭蝸桿和單頭蝸桿之間的比較。注意雙頭蝸桿驅(qū)動的蝸輪的轉(zhuǎn)速是單頭蝸桿蝸輪的兩倍(傳動比較低)。

 

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動畫:雙頭蝸桿嚙合

由于蝸桿的頭數(shù)通常非常少(通常是一個),蝸輪的齒數(shù)相對較多,因此蝸輪驅(qū)動的傳動比相應(yīng)非常高。使用蝸桿傳動,可以以節(jié)省空間的方式,實現(xiàn)超過100較大的傳動比!

由于蝸桿的多個部分在與蝸輪嚙合時通常同時嚙合,因此這種蝸桿驅(qū)動的負載能力非常高,即可以傳輸非常高的功率。此外,由于蝸桿和蝸輪之間的側(cè)面連續(xù)滑動以及所需的潤滑或冷卻,蝸桿傳動非常安靜(下一節(jié)將對此進行詳細介紹)。

蝸桿傳動非常節(jié)省空間,適合以高傳動比傳輸高功率!

動力傳輸

在蝸桿傳動裝置中,動力幾乎完全通過蝸桿和蝸輪的側(cè)面之間的滑動來傳遞,即,側(cè)面的螺旋面相互滑動。蝸桿歸根結(jié)底是螺旋齒輪的一種特殊情況。與產(chǎn)生點狀齒面接觸的螺旋齒輪相比,蝸桿具有線性齒面接觸。使得它具有更高的傳動比和傳輸更高功率的優(yōu)勢。

由于側(cè)面的滑動過程和相關(guān)的摩擦,蝸桿傳動的效率通常低于直齒輪傳動或錐齒輪傳動。由于摩擦產(chǎn)生的熱量,除了潤滑之外,在高功率傳輸中必須冷卻蝸桿傳動裝置。


蝸桿類型

根據(jù)蝸桿的形狀,蝸桿驅(qū)動器可以進行不同的分類。


圓柱蝸桿

如果蝸桿的外形設(shè)計為圓柱形,則該蝸桿稱為圓柱蝸桿。如果蝸輪在圓周的橫截面上映射這個圓柱輪廓,則齒輪稱為球面蝸輪。由于圓柱蝸桿的生產(chǎn)相對簡單,因此優(yōu)選使用這種形式(圓柱蝸桿驅(qū)動)。

 

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圖:圓柱蝸桿和球面蝸輪(圓柱蝸桿傳動)

 

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動畫:圓柱蝸桿和球面蝸輪(圓柱蝸桿傳動)


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動畫:圓柱蝸桿傳動


圓柱蝸桿相對容易生產(chǎn),出于成本考慮為首選!

球面蝸桿

蝸桿的外部形狀描述了部分包圍球面蝸輪的弧形,稱為球面蝸桿。

 

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圖:球面蝸桿和球面蝸輪(球面蝸桿傳動)

與圓柱蝸桿相比,球面蝸桿是通過纏繞蝸輪實現(xiàn)的,蝸桿螺紋的更多部分參與嚙合。因此,球面蝸桿可以比圓柱蝸桿傳遞更高的功率。

 

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動畫:球面蝸桿和球面蝸輪(球面蝸桿傳動)

 

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動畫:球面蝸桿驅(qū)動

與圓柱形蝸桿相比,球面蝸桿的生產(chǎn)相對復(fù)雜,檢測困難,故價格昂貴。因此,這種球面蝸桿較少使用。

使用球面蝸桿可以傳輸更高的功率;但是,由于生產(chǎn)復(fù)雜,它們相對昂貴!

在特殊情況下,球面蝸桿甚至可以與簡單的斜齒輪(螺旋齒輪)配對。然而,這需要對蝸桿進行特殊的調(diào)整以適應(yīng)斜齒輪,這使得生產(chǎn)相應(yīng)地昂貴。然而,優(yōu)點是設(shè)計工作量較低,因為與簡單的斜齒輪配合時,蝸桿的徑向定位允許比球面蝸輪更大的公差。


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圖:球面蝸桿和螺旋蝸輪

 

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動畫:與斜齒輪嚙合的球面蝸桿

 

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動畫:與斜齒輪嚙合的球面蝸桿

自鎖

如果扭矩傳遞只能在一個方向上進行,則變速器稱為自鎖。減速器只能由輸入軸驅(qū)動。但是,齒輪裝置不能通過輸出軸啟動。因此輸入和輸出是固定的。

由于其特殊的工作原理,蝸桿傳動通常是自鎖的。這種自鎖是由于蝸桿螺紋在低導(dǎo)程角下的螺旋運動。因此,蝸桿可以通過其螺旋側(cè)面運動來驅(qū)動蝸輪,但反之亦然,通常不能產(chǎn)生運動。蝸輪齒面與蝸桿螺紋齒面的接觸力如此之大,而導(dǎo)程角卻很小,以至于產(chǎn)生的摩擦力阻止了旋轉(zhuǎn)運動。因此,自鎖蝸桿傳動始終由蝸桿驅(qū)動。

自鎖蝸桿驅(qū)動器只能由蝸桿驅(qū)動!

請注意,單頭蝸桿的螺紋通常比多頭蝸桿的導(dǎo)程角小。單頭蝸桿扭曲更多,因此比多頭螺紋蝸桿更經(jīng)常自鎖。相反,這意味著可以通過多頭蝸桿防止自鎖(如果需要)。

  

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圖:單頭和雙頭蝸桿的螺旋角比較

自鎖類型

例如,自鎖蝸桿驅(qū)動器用于升降平臺。自鎖機制可防止平臺在電機關(guān)閉時再次自行向下移動(靜態(tài)自鎖)。如果自鎖機構(gòu)足夠大并且不能通過任何振動釋放,則可以省去額外的抱閘。如果是這樣的釋放,那么通常會注意到蝸桿驅(qū)動器的“嘎嘎聲”。

根據(jù)應(yīng)用情況,如果在升降平臺下降時電機關(guān)閉(動態(tài)自鎖或自制動),還必須確保減速器自動停止。

如本例所示,因此必須區(qū)分兩種類型的自鎖:

· 自鎖(靜態(tài)自鎖)
“從靜止?fàn)顟B(tài)自鎖”(未克服靜摩擦)

· 自制動(動態(tài)自鎖)
“自運行狀態(tài)自制動”(滑動摩擦作為制動器)

如果齒輪箱停止并且在無振動狀態(tài)下不能被蝸輪驅(qū)動,則該齒輪箱被認為是靜態(tài)自鎖的!

然而,振動或沖擊會消除這種靜態(tài)自鎖機制,并導(dǎo)致齒輪箱在輸出側(cè)負載下啟動。

如果在輸出端存在負載(例如,降低升降平臺)時,脫開的齒輪在短時間內(nèi)停止,則變速箱被認為是自制動(動態(tài)自鎖)。


自鎖和效率

自鎖總是與摩擦有關(guān),否則就沒有自鎖。因此,自鎖齒輪的效率總是低于可比較的非自鎖齒輪。通常自鎖蝸桿傳動的效率低于 50%。超過 50 % 時,蝸桿傳動通常是非自鎖的。

如果不需要自鎖,則重點通常放在盡可能高的效率上。蝸桿傳動的效率也可以達到 90% 以上,但原則上沒有自鎖。但是,如果出于經(jīng)濟原因需要通過“自鎖”實現(xiàn)高效率,則變速箱必須配備抱閘。

如前所述,多頭蝸桿的單個螺紋具有較大的螺距角,因此自鎖趨勢較低,因為“楔形效應(yīng)”降低了摩擦力。這提高了效率!


多頭蝸桿具有更高的效率和更低的自鎖傾向!

超程

當(dāng)用蝸輪移動大質(zhì)量時,自鎖可能會出現(xiàn)問題。如果蝸輪驅(qū)動突然關(guān)閉,由于從動質(zhì)量的慣性,蝸輪仍試圖移動。然而,由于蝸桿由于自鎖而不允許旋轉(zhuǎn)運動,因此會產(chǎn)生巨大的側(cè)向載荷并使蝸桿斷裂。

在這種情況下,蝸桿不能突然停止,而是必須在關(guān)閉齒輪驅(qū)動后再旋轉(zhuǎn)一點(稱為超行程)。特殊的潤滑劑可以幫助蝸桿過度行駛??赡苓€需要實施特殊的超速裝置,使傳輸緩慢停止。

如果使用蝸輪驅(qū)動移動大質(zhì)量,必須確保齒輪在關(guān)閉后不會立即停止!