蜗杆蜗轮结构与常用材料详解

蜗杆蜗轮结构与常用材料详解

蜗杆蜗轮传动机构在机械工程中扮演着重要角色，广泛应用于各种需要减速或增速的场合。其独特的结构设计和材料选择，决定了其在传递动力时的效率和可靠性。本文将详细介绍蜗杆蜗轮的结构形式和常用材料，帮助读者深入了解这一重要的机械传动装置。

一、蜗杆、蜗轮的结构

蜗杆的直径较小，常和轴制成一个整体。螺旋部分常用车削加工，也可用铣削加工。车削加工时会有退刀槽，刚性降低。

蜗杆结构

蜗杆长度b1应满足：

• z1=1或2时：b1≥(11+0.06z2)mm
• z1=4时：b1≥ (12.5+0.09z2)mm

按材料和尺寸的不同，蜗轮结构分为多种形式，如图所示。尺寸见表。

蜗轮结构

蜗轮各种结构的尺寸

1. 整体式蜗轮：主要用于直径较小的青铜蜗轮或铸铁蜗轮。
2. 组合式（过盈配合）蜗轮：又称为齿圈式蜗轮。直径较大的蜗轮常采用组合结构，齿圈用青铜材料，轮芯用铸铁或铸钢制造。两者采用H7/r6过盈配合，并用48个(1.21.5)m螺钉加固(m为蜗轮模数)。为便于钻孔，应将螺孔中心线向材料较硬的轮芯部分偏移2~3mm。这种结构用于尺寸不太大且工作温度变化较小的场合。
3. 组合式（螺栓连接）蜗轮：这种结构的齿圈与轮芯由普通螺栓或铰制孔用螺栓连接。由于拆装方便，常用于尺寸较大或磨损后需要更换蜗轮齿圈的场合。
4. 组合式（铸造）蜗轮：又称为镶铸式蜗轮。将青铜轮缘铸在铸铁轮芯上，轮芯上制出榫槽，以防轴向滑动。

二、蜗杆蜗轮常用材料

根据失效形式，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的跑合性、减磨性、耐磨性和抗胶合能力。

蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。一般低速、载荷不大的蜗杆，可采用40、45钢，并经调质处理，硬度为220250HBW。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并经渗碳淬火，硬度为4055HRC。

蜗轮常用材料为青铜和铸铁。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度大于3m/s的重要传动；铸造磷青铜（ZCuSn10P1），铸造锌铅青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）用于滑动速度较高的场合；铸造铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）力学性能较好，价格便宜，但抗胶合性略差，一般用于滑动速度小于3m/s的传动；灰铸铁（HT150、HT200）只用于滑动速度v≤2m/s的传动中。

蜗轮和蜗杆材料要有一定的强度，还要有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力。蜗杆传动常用青铜（低速时用铸铁）做蜗轮齿圈，与淬硬并磨制的钢制蜗杆相匹配。