蜗杆传动由蜗杆与蜗轮组成，通过空间交错轴实现动力传递，轴交角通常为90°。其核心优势在于单级传动比大，可达10-100，分度机构中甚至可达1500以上，结构紧凑且传动平稳无噪音。蜗杆齿形类似螺旋，与蜗轮的圆弧形齿面形成线接触，承载能力强，但齿面相对滑动速度大导致效率较低，一般效率为0.7-0.9，自锁型效率低于0.5。该传动常用于机床、汽车、起重设备等领域，材料上蜗杆多采用淬火钢，蜗轮常用青铜，需配合抗胶合润滑油。其自锁特性在卷扬机等安全装置中发挥关键作用。

传动分类

蜗杆传动方式依据蜗杆分度表面的外形差异，可划分为圆柱蜗杆传动、圆弧面蜗杆传动和锥面蜗杆传动。其中，阿基米德蜗杆属于圆柱蜗杆传动范畴，因其加工制造相对简便，在机械系统中得到了广泛应用。

圆柱蜗杆传动

在主平面上，圆柱蜗杆传动相当于齿条齿轮的传动。当蜗杆绕轴旋转时，蜗杆轮齿如同齿条作轴向移动，进而驱动蜗轮轮齿，使蜗轮旋转。普通圆柱蜗杆传动按照齿形不同，可细分为阿基米德蜗杆传动、渐开线蜗杆传动、法面直廓蜗杆传动和锥面包络蜗杆传动等。阿基米德蜗杆的轴向截面呈直线状，正截面则为凸出形状；在与轴相垂直的截面（端表面）上，齿廊曲线为阿基米德螺旋线，因其加工制造方便，故而被广泛使用。

环面蜗杆传动

环面蜗杆传动具有独特的特点，在其轴向上，形状是由一个凹形的弧作为母线而产生的转动曲线，因此得名环形蜗杆。在该传动的啮合区域，啮合的蜗轮节圆位于节弧面上。在中间面上，蜗杆与蜗轮均为直齿。由于传动时同时有多个齿轮配合，且齿面的接触直线与移动方向基本垂直，这使得齿轮的压力和润滑薄膜的形成情况得到显著改善，其负载性能是阿基米德蜗杆的2 - 4倍，工作性能通常可达到0.85 - 0.9。不过，这种传动方式对生产和装配的精确性要求极高。

锥面蜗杆传动

锥蜗杆传动的蜗杆由圆锥上均匀排列的螺线构成。该蜗轮外形类似弧形圆锥齿轮，由圆锥形滚刀在常规滚齿机上进行成形加工，因此被称作锥蜗轮。锥蜗杆传动时具有多个啮合点，具备大的传动比（通常为10 - 360），拥有更高的负载和效率，以及更好的间隙调节能力，在加工制造时还可以节省大量的有色金属。然而，由于其结构特点，其在正、反向受力方面存在非对称性，导致其承载力及效能也不尽相同。

结构组成

蜗杆

通常将蜗杆和传动轴加工成一个整体，称为蜗杆轴。蜗杆按照制造方法可划分为车制蜗杆与铣制蜗杆。车制蜗杆具有退刀槽，而铣制蜗杆没有退刀槽，这使得铣制蜗杆的刚性优于车制蜗杆。

蜗轮

蜗轮的结构主要分为整体式和组合式两类。常采用整体式结构制造铸铁蜗轮和小尺寸的青铜蜗轮。对于大直径蜗轮，为了节约有色金属，常采用组合式结构，即用青铜制造外圈的环形齿轮，轮心由铁质或碳钢制造。组合式结构主要有两种形式：

1. 齿圈压配式：轮毂为铸铁或铸钢，轮缘为青铜。
2. 螺栓联接式：轮缘和轮毂采用铰制孔螺栓联接，装拆方便。

轮心和齿圈通常采用过盈配合方式，并且通常会在啮合缝上旋紧螺丝，以增加联接的可靠性。

材料选择

蜗杆

蜗杆的主要材质是高质量碳钢和合金钢，经过淬火处理可以提高其表面的硬度。对于低转速和低负载的普通蜗杆，可选用40、45等碳素钢，经过调质处理后，其表面硬度可达220 - 250 HBS；在一般传动情况下，常用40、45、40Cr等材质，并进行表面淬火；对于高速、重荷和强烈冲击的传动，一般采用20Cr、20CrMnTi、20MnVB等材质制造蜗杆。

蜗轮

一般情况下，蜗轮的材质取决于其齿表面的滑移速率：

1. 当滑移速率大于3米/秒时，常用的是铸锡青铜，它具有良好的抗胶合性和耐磨性，但成本较高。
2. 当滑动速度小于4m/s时，一般使用铸铝铁青铜，其强度高，但抗胶合能力不如锡青铜，成本也较低。
3. 当滑动速度小于2m/s时，一般使用灰铸铁或球墨铸铁。

润滑方式

润滑油选择

在蜗杆传动中，润滑油的选择至关重要。不同的滑移速率需要选用不同类型的润滑油。例如，当滑移速率在10米/秒以上时，若采用铸造铝铜材质的蜗轮蜗杆（它具有很高的强度，但比锡青铜的抗粘接性能差，且价格便宜），需要选择合适的高性能润滑油；当滑移速率低于2米/秒时，对于灰口或球铁材质的蜗轮蜗杆，应选择适合低速的润滑油。

润滑方法

闭式蜗杆传动的润滑方法主要有浸油润滑和喷油润滑两种，主要根据齿面相对滑动速度进行选择：

1. 浸油润滑：对于相对滑动速度小于10m/s的蜗杆传动，通常使用浸油润滑。这种方式可以使蜗轮蜗杆在运转过程中自然地浸入润滑油中，实现润滑效果。
2. 喷油润滑：对于相对滑动速度大于10m/s的蜗杆传动，一般采用喷油润滑。在喷射润滑油时，需要对油量、油压进行适当的调节控制，以确保润滑效果和传动系统的正常运行。在高速蜗轮驱动时，通常使用燃油喷射润滑，以更好地满足高速运转时的润滑需求。

优缺特点

优点

1. 传动平稳：蜗杆传动中，由于蜗杆为螺旋齿，它与蜗轮齿的啮合传动相当于螺旋传动，加之传动过程中同时啮合的齿对较多，使得传动过程相较于齿轮传递更平稳，冲击、振动、噪声较小。
2. 布置紧凑且传动比大：蜗杆头数最小为1，一般在动力传动中，传动比为10 - 80，在分度机构中，传动比最大可达1000。要达到相同的传动比，齿轮传动需要多级传动，而蜗杆传动占用的体积相较于齿轮传动更小，结构紧凑。
3. 具有自锁功能：由于摩擦的存在，有时机械会出现无论驱动力如何增大，也无法使静止的机械运动的现象，这种现象称为机械的自锁。当蜗杆导程角小于齿间当量摩擦角时，蜗杆传动可实现自锁功能，这在一些需要防止逆转的场合非常有用。

缺点

1. 传动效率较低：传动时齿面摩擦严重，啮合轮齿间的滑动速度较大，使得摩擦及发热损耗较大，导致传动效率低。因此，要求工作时必须具备良好的润滑和散热条件，以减少能量损失和保证传动系统的正常运行。
2. 加工制造成本高，不适用于大功率传动：蜗杆传动中齿面摩擦严重，所以蜗轮通常采用价格昂贵的减摩材料（如青铜）制造，成本较高。而且，大功率连续传动对蜗轮磨损比较大，需要经常更换蜗轮齿圈，这使得蜗杆传动不适用于大功率传动场景。

主要参数

模数和压力角

蜗杆模数指的是轴面模数，即蜗杆轴截面齿条的模数；蜗轮模数指的是端面模数。蜗杆的压力角是指轴向压力角，蜗杆轴截面齿条的标准压力角为20°；蜗轮的压力角是指端面压力角。

升角和螺旋角

蜗杆升角（也叫导程角）是指蜗杆分度圆螺旋线的切向与端平面间的夹角。蜗杆升角对蜗杆传动的效率与自锁性能有着重要影响：当蜗杆升角较大时，蜗杆传动可实现较高的传动效率，但此时机构的自锁性较差；当蜗杆升角较小时，蜗杆传动效率较低，但机构的自锁性较好。蜗轮的螺旋角是指蜗轮的分度圆轮齿旋向与轴线间的夹角。

直径系数和中心距

蜗杆直径系数是蜗杆的分度圆直径与轴向模数的比值。而普通圆柱蜗杆传动的中心距尾数应为0或5，通常参考标准值确定标准蜗杆减速器的中心距，以确保传动的准确性和稳定性。

头数和齿数

蜗杆头数的选择需要根据实际使用需求、制造难易程度等因素综合确定。在需要实现大传动比的机械系统中，通常采用单头蜗杆配合蜗轮实现传动功能；通过选用高头数蜗杆可满足高传动效率的传动场景。确定蜗杆头数后，根据传动比计算确定配套蜗轮的齿数，蜗轮齿数一般在28 - 80之间。

传动比和旋转方向

蜗杆传动的传动比是指蜗杆转速与蜗轮转速之比，或者是蜗轮的齿数与蜗杆头数之比。通常使用的蜗杆传动的传动比为10 - 40。根据右手法则可判断蜗杆与蜗轮的旋向，使用中只有旋向相同的蜗轮蜗杆才能正确啮合传动，否则无法实现正常的动力传递。

失效形式

疲劳点蚀

在传动过程中，轮齿承受着由齿面上的有限接触区域所传递的周期性荷载，在接触面上会形成大量的接触应力，并经历多次应力周期。这会造成轮齿表面的疲劳脱落，产生小孔，即“疲劳点蚀”。在圆弧形圆柱形齿轮的齿轮啮合过程中，点蚀主要出现在蜗轮的齿尖区域，中心区域较难出现点蚀现象。疲劳点蚀会逐渐扩大，影响轮齿的正常工作，降低传动的可靠性和寿命。

胶合

在重载传动条件下，轮齿的润滑薄膜可能因齿面压力的增大或温度的上升而被破坏，导致齿面的金属发生直接摩擦，从而引发齿面的局部粘连。在连续工作中，两个啮合齿表面产生的摩擦滑动会使软齿面产生凹槽，即所谓的胶合。一旦发生胶合，就会使轮齿表面发生严重的磨耗，进而使轮齿发生故障。由于蜗轮蜗杆传动中齿面之间存在着高速的滑移，摩擦增大使得齿面温度快速上升，齿面间产生粘接和磨耗的几率增大，在润滑油状况较差的情况下，很容易发生胶合现象。

磨损

磨损是轮齿啮合时，两个接触面间由于发生相对滑动而产生的材料摩擦损失。轮齿磨损包括轻微磨损、中等磨损和过度磨损。由于齿面接触区域存在金属屑、砂粒、锈蚀物等磨料，加上润滑状况不佳，会造成齿面物料的磨削，从而损坏轮齿的外形，产生较大的噪音和振动。磨损是中低速蜗杆传动中较为普遍的失效现象。实际使用中，可以通过采用高硬度材料制造蜗杆，提高齿面硬度，并考虑磨削、抛光等表面处理工艺降低齿面粗糙度，对配合蜗轮同样采用高硬度材料铸造。此外，还可以使用粘度较高的润滑油改善啮合过程的润滑性能，并进一步提高机构的密封性，防止传动过程中异物侵入齿面，从而减少磨损的发生。

轮齿折断

整个或部分的轮齿的断裂叫做轮齿折断，这主要是因为齿根处的交变载荷超出了齿轮的弯曲疲劳限度，有时候也可能是短期过载而导致轮齿瞬时断裂。齿轮的折断分为全齿断裂和主体断裂。通常情况下，当蜗杆传动的模数太少，或蜗轮材质太差，或者蜗轮轮齿的磨耗太大，导致齿轮的齿形变细时，较容易发生轮齿折断现象。因此，在涡轮传动中需要选用适当的参数和合理的材料，同时在运转过程中注意蜗轮的齿厚变化，并限制驱动装置的承载量，以防止轮齿折断的发生。

应用领域

在工业生产中，蜗杆传动凭借其不同的传动特性被广泛应用于多个领域。普通圆柱蜗杆传动由于传动过程振动小、运动稳定、噪声小等特点，在滚齿机、插齿机等机床中有着广泛应用。在冶金行业，大型的轧机压下机构通常是由大直径的蜗杆传动实现的。在煤矿设备中，各种绞车、采煤机、起重机、提升设备以及电梯、轨电车等，均采用蜗杆驱动。军工和宇宙观测的精密仪器设备中，蜗杆传动通常用作分度机构和操纵机构，以满足其高精度和可靠性的要求。此外，蜗杆传动结构简单、紧凑，能在很小的空间内完成大的减速传动，通常作为减速器被用于旋转机械的回转装置中，如起重机的回转机构，为各种机械设备的正常运行提供了有力的支持。