蝸桿傳動（Worm drive），是指以蝸桿為主動件，蝸輪為從動件的機械傳動方式，其通過蝸桿蝸輪嚙合傳動實現兩空間交錯軸間的運動及動力傳遞。其具有傳動平穩、傳動比大、自鎖等特性。通常將蝸桿與傳動軸加工成一體，稱為蝸桿軸。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。同旋向的蝸輪與蝸桿相嚙合，以蝸桿為原動件，蝸輪為從動件，傳動機構作減速運動。
蝸桿傳動方式可根據蝸桿分度表面的外形不同劃分為：圓柱蝸桿傳動、圓弧面蝸桿傳動和錐面蝸桿傳動，其中阿基米德蝸桿屬于圓柱蝸桿傳動，其由于易于加工制造而被廣泛應用于機械系統中。蝸桿傳動與齒輪傳動類似，通常具有疲勞點蝕、膠合、磨損、輪齒斷裂等的失效形式。
結構
蝸桿
通常把蝸桿和軸加工成一個整體，叫做蝸桿軸。蝸桿按其制造方法可劃分為車制蝸桿與銑制蝸桿，車制蝸桿具有退刀槽，銑制蝸桿沒有退刀槽，因而其剛性優于車制蝸桿。
蝸輪
蝸輪的結構分為兩類：一是整體式，二是組合式。常采用整體式結構制造鑄鐵蝸輪和小尺寸的青銅蝸輪，對于大直徑蝸輪，為了節約有色金屬常采用組合式結構，用青銅制造外圈的環形齒輪，輪心由鐵質或碳鋼制造。組合式結構主要有兩種形式：齒圈壓配式（輪轂為鑄鐵或鑄鋼，輪緣為青銅）和螺栓聯接式（輪緣和輪轂采用鉸制孔螺栓聯接，裝拆方便）。輪心和齒圈通常采用過盈配合方式，通常會在嚙合縫上旋緊螺絲，以增加聯接的可靠性。
材料
蝸桿
蝸桿的主要材質是高質量碳鋼和合金鋼，經過火可以提高其表面的硬度。對于低轉速和低負載的普通蝸桿，可選用40、45等碳素鋼，經過調質處理后，其表面硬度可達220～250 HBS；一般傳動時，常用40、45、40Cr等材質，并進行表面淬火；對于高速、重荷和強烈沖擊的傳動，一般采用20Cr、20CrMnTi、20MnVB等材質制造蝸桿。
蝸輪
一般情況下，蝸輪的材質取決于其齒表面的滑移速率。在滑移速率大于3米/秒的情況下，常用的是鑄錫青銅，其具有良好的抗膠合性和耐磨性，但是其成本較高。滑動速度小于4m/s時，一般使用鑄鋁鐵青銅，其強度高但抗膠合能力不如錫青銅，成本也較低。滑動速度小于2m/s時，一般使用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。
潤滑
潤滑油
采用浸油和噴射潤滑是密封蝸輪驅動的兩種方式，其潤滑方式是以齒輪表面的相對滑移速率為基礎。在低速低速時，對低速低速的蝸輪，通常使用浸油潤滑；當滑移速率在10米/秒以上時，通常采用鑄造鋁銅，它具有很高的強度，但是比錫青銅的抗粘接性能差，而且價格便宜。當滑移速率低于2米/秒時，通常采用灰口或球鐵。在高速蝸輪驅動時，通常使用燃油噴射，并在噴射潤滑油時，要對油量進行適當的調節。
潤滑方法
閉式蝸桿傳動的潤滑方法主要有浸油潤滑和噴油潤滑兩種，主要根據齒面相對滑動速度選擇。對于相對滑動速度小于10m/s的蝸桿傳動，通常使用浸油潤滑；對于相對滑動速度大于10m/s的蝸桿傳動，一般采用噴油潤滑，，并且在噴射潤滑油時，需要對油量、油壓進行適當的調節控制。
特點
優點
傳動平穩，沖擊、振動、噪聲較小。蝸桿傳動中由于蝸桿為螺旋齒，它與蝸輪齒的嚙合傳動相當于螺旋傳動，加之傳動過程中同時嚙合的齒對較多，使得傳動過程相較于齒輪傳遞更平穩，且沖擊、振動、噪聲較小。
布置緊湊且傳動比大。蝸桿頭數最小為1，一般在動力傳動中，傳動比為10~80，在分度機構中，傳動比最大可達1000。達到相同傳動比，齒輪傳動需要多級傳動，蝸桿傳動占用的體積相較于齒輪傳動更小，結構緊湊。
具有自鎖功能。由于摩擦的存在，有時機械會出現無論驅動力如何增大，也無法使靜止的機械運動的現象，這種現象稱為機械的自鎖。當蝸桿導程角小于齒間當量摩擦角時，蝸桿傳動可實現自鎖功能。
缺點
傳動時齒面摩擦嚴重，傳動效率較低。嚙合輪齒間的滑動速度較大，使得摩擦及發熱損耗較大，傳動效率低，所以要求工作時有良好的潤滑和散熱條件。
加工制造成本高，不適用于大功率傳動。蝸桿傳動中齒面摩擦嚴重，所以蝸輪通常采用價格昂貴的減摩材料（青銅）制造，成本較高。大功率連續傳動對蝸輪磨損比較大，需要經常更換蝸輪齒圈，不適用于大功率傳動。
分類
圓柱蝸桿傳動
圓柱蝸桿傳動在主平面上，相當于齒條齒輪的傳動，當蝸桿繞軸旋轉時，蝸桿輪齒相當于齒條作軸向移動而驅動蝸輪輪齒，使蝸輪旋轉。普通圓柱蝸桿傳動按照齒形不同可以分為：阿基米德蝸桿傳動、漸開線蝸桿傳動、法面直廓蝸桿傳動和錐面包絡蝸桿傳動等。阿基米德蝸桿的軸向截面是直的，而在其正截面上則是凸出的；在與軸相垂直的截面（端表面）上，齒廊曲線為阿基米德螺旋線，因為其加工制造方便而被廣泛使用。
環面蝸桿傳動
環形蝸桿傳動的特點是：在其軸向上，形狀是由一個凹形的弧作為其母線而產生的轉動曲線，因此稱為環形蝸桿。在該傳動嚙合區域，其嚙合的蝸輪節圓在節弧面上。在中間面上，蝸桿與蝸輪均為直齒。由于傳動時同時有多個齒輪配合，并且齒面的接觸直線與移動方向基本是垂直的，從而使齒輪的壓力和潤滑薄膜的形成情況得到很好的改善，其負載性能是阿基米德蝸桿的2~4倍，工作性能通?？蛇_到0.85~0.9，但是生產和裝配的精確性要求很高。
錐面蝸桿傳動
錐蝸桿傳動的蝸桿是在圓錐上均勻排列的螺線而構成的。該蝸輪外形類似弧形圓錐齒輪，由圓錐形滾刀在常規滾齒機上進行成形，因此被稱作錐蝸輪。錐蝸桿傳動時具有多個嚙合點點；大的傳動比（通常為10-360)，更高的負載和效率，更好的間隙調節能力，加工制造時可以節省大量的有色金屬。但是，由于其結構特點，其在正、反向受力方面存在著非對稱性，因此其承載力及效能也不盡相同。
主要參數
模數和壓力角
蝸桿模數是指軸面模數，即蝸桿軸截面齒條的模數，蝸輪模數是指端面模數。蝸桿的壓力角是指軸向壓力角，蝸桿軸截面齒條的標準壓力角為20°，蝸輪的壓力角是指端面壓力角。
升角和螺旋角
蝸桿升角（也叫導程角）是指蝸桿分度圓螺旋線的切向與端平面間的夾角。蝸桿升角影響蝸桿傳動的效率與自鎖性能：蝸桿升角較大時，蝸桿傳動可實現較高的傳動效率，但此時機構自鎖性較差；蝸桿升角較小時，蝸桿傳動效率較低，但此時機構自鎖性較好。蝸輪的螺旋角是指蝸輪的分度圓輪齒旋向與軸線間的夾角。
直徑系數和中心距
蝸桿直徑系數是蝸桿的分度圓直徑與軸向模數的比值。而普通圓柱蝸桿傳動的中心距尾數應為0或5，參考標準值確定標準蝸桿減速器的中心距。
頭數和齒數
蝸桿頭數的選擇需要根據實際使用需求、制造難易程度等因素確定。在需要實現大傳動比的機械系統中，通常以單頭蝸桿配合蝸輪實現傳動功能；通過選用高頭數蝸桿可滿足高傳動效率的傳動場景。確定蝸桿頭數后根據傳動比計算確定配套蝸輪的齒數，蝸輪齒數一般在28~80。
傳動比和旋轉方向
蝸桿傳動的傳動比是指蝸桿轉速與蝸輪轉速之比，或者是蝸輪的齒數與蝸桿頭數之比。通常使用的蝸桿傳動的傳動比為10~40。根據右手法則可判斷蝸桿與蝸輪的旋向，使用中只有旋向相同的蝸輪蝸桿才能正確嚙合傳動。
失效形式
疲勞點蝕
在傳動過程中，輪齒承受著由齒面上的有限的接觸區域所傳遞的周期性荷載，在接觸面上形成大量的接觸應力，并經歷了幾次應力周期；造成輪齒表面的疲勞脫落，產生小孔，稱為“疲勞點蝕”。在圓弧形圓柱形齒輪的齒輪嚙合過程中，點蝕主要出現在蝸輪的齒尖區域，中心區域較難出現點蝕現象。
膠合
在重載傳動條件下，輪齒的潤滑薄膜因齒面壓力的增大或溫度的上升而被破壞，齒面的金屬發生了直接的摩擦，從而導致了齒面的局部粘連，在連續工作中，兩個嚙合齒表面產生的摩擦滑動會使軟齒面產生凹槽，即所謂的膠合。一旦發生膠合，就會使輪齒表面發生嚴重的磨耗，從而使輪齒發生故障。由于蝸輪蝸桿傳動中齒面之間存在著高速的滑移，摩擦增大使得齒面溫度快速上升，齒面間產生粘接和磨耗的幾率增大，在潤滑油狀況較差的情況下，很容易發生膠合。
磨損
磨損是輪齒嚙合時，兩個接觸面間由于發生相對滑動而產生的材料摩擦損失。輪齒磨損包括輕微磨損、中等磨損和過度磨損。由于齒面接觸區域存在金屬屑、砂粒、銹蝕物等磨料，加上潤滑狀況不佳，造成齒面物料的磨削，從而損壞了輪齒的外形，產生較大的噪音和振動。磨損是中低速蝸桿傳動的較為普遍的失效現象。實際使用中，可以通過采用高硬度材料中制造蝸桿，提高齒面硬度，并考慮磨削、拋光等表面處理工藝降低齒面粗糙度，對配合蝸輪同樣采用高硬度材料鑄造。此外，還可以使用粘度較高的潤滑油改善嚙合過程的潤滑性能，并進一步提高機構的密封性，防止傳動過程中異物侵入齒面。
輪齒折斷
整個或部分的輪齒的斷裂叫做輪齒折斷，這主要是因為齒根處的交變載荷超出了齒輪的彎曲疲勞限度，有時候也可能是短期過載而導致輪齒瞬時斷裂。齒輪的折斷分為全齒斷裂和主體斷裂。通常情況下，當蝸桿傳動的模數太少，或蝸輪材質太差，或者蝸輪輪齒的磨耗太大，導致了齒輪的齒形變細時較容易發生輪齒折斷現象。渦輪傳動中需要選用適當的參數和合理的材料，同時在運轉過程中注意蝸輪的齒厚變化，并限制驅動裝置的承載量。
應用
工業生產中，蝸桿傳動因其不同的傳動特性被廣泛用于機床、汽車、礦山采掘、冶金、起重運輸等行業。普通圓柱蝸桿傳動由于傳動過程振動小、運動穩定、噪聲小等特點，在滾齒機、插齒機等機床中有著廣泛應用。 在冶金行業，大型的軋機壓下機構通常是由大直徑的蝸桿傳動實現的，在煤礦設備中，各種絞車，采煤機，起重機，提升設備以及電梯、軌電車等，均采用蝸桿驅動。軍工和宇宙觀測的精密儀器設備中，蝸桿傳動通常用作分度機構和操縱機構。此外，蝸桿傳動結構簡單、緊湊，能在很小的空間內完成大的減速傳動，通常作為減速器被用于旋轉機械的回轉裝置中，如起重機的回轉機構。
參考資料 >