· 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。

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。

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）。

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)：

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。

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）。

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）。

圖：圓柱蝸桿和球面蝸輪（圓柱蝸桿傳動）

動畫：圓柱蝸桿和球面蝸輪（圓柱蝸桿傳動）

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。

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。

動畫：球面蝸桿和球面蝸輪（球面蝸桿傳動）

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。

圖：球面蝸桿和螺旋蝸輪

動畫：與斜齒輪嚙合的球面蝸桿

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）。

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！