什么是蜗轮?

什么是蜗轮?

蜗轮是一种古老的齿轮，是六种简单机器之一的变种。一个蜗轮是一个螺钉接口，看起来像一个标准的正齿轮略有角度和弯曲的齿。它改变90度旋转运动，运动平面由蜗杆在蜗轮上的位置改变。它们通常由一个钢蜗杆和一个黄铜轮组成。蜗杆传动是一种在空间交错的两个轴之间传递运动和动力的传动装置。

蜗轮是如何工作的?

电动机或发动机通过蜗杆产生旋转动力。蜗杆反着轮子旋转，螺旋面反着轮子的齿。轮子被推着负载。蜗杆传动是指以蜗杆为主要动作的减速传动。当反行程不自锁时，也可用蜗轮作主要动作，加快传动速度。蜗轮传动由蜗轮和蜗轮组成，蜗轮一般是主动部分。蠕虫和线一样，可以分为右撇子和左撇子，分别称为右撇子蠕虫和左撇子蠕虫。

蜗轮结构型式:

• 整体式:用于小直径铸铁、青铜蜗轮蜗杆。
• 环形齿轮压合:轮毂是铸铁或钢，轮辋是青铜。
• 螺栓连接方式:轮辋与轮毂采用铰接孔，用螺栓连接。这种结构易于组装和拆卸。
• 铸型

蜗轮的用途是什么?

• 高减速比:蜗轮可以实现巨大的减速比毫不费力-所有需要做的是增加车轮的周长。因此，它可以用来大大增加扭矩或大大降低速度。传统齿轮组通常需要多次减量才能达到与单个蜗轮相同的减量水平，这意味着蜗轮用户的运动部件和故障点更少。
• 不可能逆转动力的方向:由于蜗杆和车轮之间的摩擦，车轮施加力量启动蜗杆移动几乎是不可能的。在标准齿轮上，一旦施加足够的力，输入和输出可以独立转动。这就需要在标准变速箱上增加一个挡，进一步增加了齿轮组的复杂性。

Worm Drive特点:

• 传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用Z1表示(一般Z1=1~4)，蜗轮齿数用Z2表示。由传动比公式I=Z2/Z1可知，当Z1=1时，即蜗杆为单头，蜗杆必须转动Z2才能转动蜗轮一圈，因此可得传动比。一般在动力传动中，取传动比I=10-80。在索引机制上，可以达到1000。这样的大型传动，如齿轮传动，需要采用多级传动，因此蜗杆传动结构紧凑，体积小，重量轻。
• 传动平稳无噪音。由于蜗轮齿是连续不间断的螺旋齿，所以与蜗轮齿啮合时是连续的。蜗轮齿不进入和退出啮合过程，因此工作稳定，冲击、振动、噪声相对较小。
• 自锁。当蜗杆螺旋角较小时，蜗杆只能带动蜗轮转动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。
• 蜗杆传输效率低。一般认为，蜗杆传动的效率低于齿轮传动。特别是自锁蜗杆传动，效率在0.5以下，一般效率只有0.7-0.9。
• 发热量大，齿面易磨损，成本高。

蜗轮传动效率:

任何机械运动都伴随着一些损耗，当然，齿轮的运转也不例外。这些损失大部分是摩擦损失，如轴承摩擦、润滑油的粘度和搅拌损失，以及齿轮本身齿面上的摩擦损失。由于轴承的摩擦损失和润滑脂的搅拌损失，很难获得损失数据。从齿轮的角度，讨论齿轮本身齿面的摩擦损失。

由于一般正齿轮、斜齿轮、锥齿轮的传动效率都在95%以上，如果齿面再磨一遍，传动效率甚至可以高达99%，所以没有太多计算和讨论的余地。然而，蜗轮传动的传动效率根据装配、负载、润滑、速度、齿面光滑度、材料、导角和几个齿的不同，从最低的30%到最高的90%不等。

为什么不用蜗轮?

一个特别明显的原因，人们不选择蜗轮比标准齿轮是因为润滑。蜗杆和齿轮面之间的运动是纯粹的滑动。没有滚动部件与齿接触或相互作用。这使得它们相对难以润滑。所需的润滑剂通常粘度很高(ISO 320或更高)，因此难以过滤，并且通常是专门用于其用途的，需要现场专门用于该类型设备的产品。

蜗轮润滑:

蜗轮传动的主要问题是它如何传递能量。如果使用标准斜齿轮，螺旋运动允许在相对较小的空间中所需的空间大幅减少。这种螺旋运动也导致了一个令人难以置信的问题，作为主要的动力传输模式。这通常被称为滑动摩擦或滑动磨损。对于典型的齿轮组，至少在滚动磨损条件下，功率在齿上的峰值负载点传递。滑动发生在顶点的两侧，但速度相对较低。

对于蜗杆齿轮，滑动运动是唯一的动力传动。当蜗杆在齿轮齿上滑动时，它慢慢地擦去润滑油膜，直到没有润滑油膜留下，结果，蜗杆在边界润滑中与车轮的金属摩擦。当蜗杆表面离开车轮表面时，它会吸收更多的润滑剂，并在下一次旋转时重新开始这个过程。典型齿轮齿轮的滚动摩擦需要一点润滑膜来填充空间，并将两个部分分开。由于滑动发生在齿轮齿尖的两侧，因此需要略高粘度的润滑剂来克服这种负荷，而不是严格要求滚动磨损。滑动发生在相对较低的速度。

蜗杆组齿轮上的蜗轮转动，当它转动时，它压缩施加在车轮上的负载。防止蜗杆接触车轮的唯一方法是，如果薄膜厚度足够大，在蜗杆的那部分离开负载区之前，它不会擦去整个齿面。这种情况需要一种特殊的润滑剂。它不仅必须是一种粘度相对较高的润滑剂，而且负载或温度越高，粘度就越高，它必须有某种方法来帮助克服目前的滑移条件。

粘度:

在蜗轮组中，粘度是防止蜗轮接触车轮的主要因素。虽然齿轮的负载和尺寸决定了所需的润滑剂，ISO 460或ISO 680是相当常见的，ISO 1000也不是没有听说过。如果你曾经尝试过在这个范围内过滤粘度，你就知道这是有问题的，因为你现场的过滤器或泵可能不是正确的尺寸或评级，无法正常工作。因此，对于这种类型的设备，您可能需要特定的泵和过滤器。粘性润滑剂需要缓慢运行的泵，以防止润滑剂激活过滤器旁路。它还需要一个高表面积的过滤器，以允许润滑剂流过。

什么是蜗轮冶金?

最常见的蜗轮由黄铜轮和钢蜗轮制成。这是因为铜轮通常比蜗杆本身更容易更换。车轮是用黄铜制成的，因为它是为祭祀而设计的。由于两个表面接触，由于车轮较软，蜗杆的磨损略安全，因此大部分磨损发生在车轮上。这类装置的石油分析报告几乎总是显示出一定水平的铜和少量的铁。

这个黄铜轮引入了另一个问题，蜗轮的润滑方程。如果将EP齿轮油放置在带黄铜轮的蜗轮的油底壳中，且温度足够高，则会激活EP添加剂。在普通钢齿轮中，这种激活会在表面产生一层薄薄的氧化层，有助于保护牙齿免受冲击负载和其他极端机械条件的影响。然而，在黄铜表面，极压添加剂的激活会导致严重的硫腐蚀。在短时间内，可失去车轮的大部分负载面并造成重大损坏。

其他材料:

• 钢蜗杆和钢蜗轮:这个应用没有黄铜齿轮的EP复杂性，但在这样的变速箱中没有错误的空间。用这种金属组合修复蜗轮组通常比使用黄铜/钢蜗轮组更昂贵和耗时。这是因为与故障相关的材料转移使蜗杆和车轮都无法在重建中使用。
• 黄铜蜗杆和黄铜蜗轮:这种应用最有可能是在中等到轻负荷下发现的，因为黄铜只能承受较低的负荷。由于负载较轻，对于这种金属组合，润滑剂的选择是灵活的，但由于黄色金属，人们仍然必须考虑关于EP的添加剂限制。
• 塑料在金属上，塑料在塑料上，以及其他类似的组合:这通常出现在相对轻负荷的应用中，例如机器人和汽车部件。润滑剂的选择取决于所使用的塑料，因为许多塑料品种会与传统润滑剂中的碳氢化合物发生反应，因此需要硅基或其他非反应性润滑剂。

虽然蜗轮与标准齿轮组相比总是有一些复杂性，但它们很容易成为一种高效可靠的设备。稍微注意设置和润滑剂的选择，蜗轮可以提供可靠的服务，任何其他类型的齿轮组。