什么是蜗轮？
蜗轮是一种古老的齿轮，是六种简单机械之一的变体。蜗轮是一种螺钉，与看起来像带有略微倾斜和弯曲齿的标准正齿轮连接。它改变了 90 度的旋转运动，并且运动平面通过蜗杆在蜗轮上的位置而改变。它们通常由钢蜗杆和黄铜轮组成。蜗杆传动是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施加旋转动力。蜗杆靠着轮子旋转，螺旋面推动轮子的齿。车轮被推向负载。蜗杆传动是指以蜗杆为主要动作的减速传动。当反向行程不自锁时，也可用蜗轮作为主动作来加快传动。蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆一般是活动部分。蠕虫和螺纹一样，也有右旋和左旋之分，分别称为右旋蠕虫和左旋蠕虫。
蜗轮结构型式：
- 整体式：用于小直径的铸铁和青铜蜗轮。
- 齿圈压入式：轮毂为铸铁或钢，轮辋为青铜。
- 螺栓连接式：轮辋与轮毂采用铰孔，螺栓连接。这种结构易于组装和拆卸。
- 铸造型
蜗轮有什么用？
- 高减速比：蜗轮可以毫不费力地实现巨大的减速比 - 所有需要做的就是增加轮子的周长。因此，它可用于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速才能达到与单个蜗轮相同的减速水平，这意味着蜗轮用户的运动部件和故障点更少。
- 力的方向不可能反转：由于蜗杆与轮子之间的摩擦，轮子施加力几乎不可能使蜗杆运动。在标准齿轮上，一旦施加足够的力，输入和输出就可以独立转动。这需要在标准变速箱上增加一个逆止器，进一步增加了齿轮组的复杂性。
蜗轮传动特点：
- 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，故传动比可得到。一般在动力传动中，取传动比I=10-80。在分度机构中，可达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斜齿，与蜗轮齿啮合时是连续的。蜗杆齿不进出啮合过程，工作平稳，冲击、振动、噪音较小。
- 自锁。当蜗杆的螺旋角较小时，蜗杆只能带动蜗轮，而蜗轮不能带动蜗杆旋转。
- 蠕虫传播效率低。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。
由于一般的直齿轮、斜齿轮、锥齿轮的传动效率都在95%以上，如果再磨齿面，传动效率甚至可以高达99%，所以没有太大的计算或讨论的余地. 然而，蜗轮传动的传动效率从最低的30%到最高的90%不等，这取决于装配、负载、润滑、速度、齿面光洁度、材料、导程角和齿数。
为什么不使用蜗轮？
人们不选择蜗轮而非标准齿轮的一个特别明显的原因是润滑。蜗杆和齿轮面之间的运动是纯滑动的。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。所需的润滑剂通常具有高粘度（ISO 320 或更高），因此难以过滤，并且通常专门用于其用途，需要现场专门用于该类型设备的产品。
蜗轮润滑：
蜗轮的主要问题是它如何传递动力。如果使用标准斜齿轮，则螺旋运动允许在相对小的空间内大大减少所需的空间。作为主要的动力传输模式，这种螺旋运动也会导致令人难以置信的问题。这通常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，功率在轮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。
对于蜗轮，滑动运动是唯一的动力传输。蜗杆在轮齿上滑动时，慢慢地擦掉润滑油膜，直到没有润滑油膜为止，结果蜗杆与轮子的金属发生摩擦，处于边界润滑状态。当蜗杆表面离开轮表面时，它会吸收更多的润滑剂并在下一次旋转时重新开始该过程。典型轮齿上的滚动摩擦需要一点润滑油膜来填充空间并将两部分分开。由于滑动发生在齿轮齿尖的两侧，因此需要比滚动磨损严格要求的粘度稍高的润滑剂来克服这种载荷。滑动以相对较低的速度发生。
蜗杆组齿轮上的蜗杆转动，并在转动时压缩施加在轮子上的负载。防止蜗杆接触轮子的唯一方法是薄膜厚度足够大，这样在蜗杆的那部分离开负载区之前它不会擦掉整个齿面。这种情况需要特殊的润滑剂。它不仅必须是相对高粘度的润滑剂，而且负载或温度越高，粘度就必须越高，它必须有一些方法来帮助克服存在的滑动条件。
粘度：
粘度是阻止蜗杆接触蜗轮组中轮子的主要因素。虽然齿轮的负载和尺寸决定了所需的润滑剂，但 ISO 460 或 ISO 680 相当普遍，而 ISO 1000 也并非闻所未闻。如果您曾尝试过滤此范围内的粘度，您就会知道这是有问题的，因为您现场使用的过滤器或泵的尺寸或额定值可能不合适，无法正常运行。因此，您可能需要针对此类设备的特定泵和过滤器。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。它还需要一个大表面积的过滤器，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杆制成。这是因为黄铜轮通常比蜗杆本身更容易更换。轮子是用黄铜制成的，因为它是为献祭而设计的。在两个表面接触的情况下，由于轮子较软，蜗杆磨损稍微安全一些，因此大部分磨损发生在轮子上。此类设备的油品分析报告几乎总是显示一定程度的铜和少量铁。
这个黄铜轮给蜗轮的润滑方程带来了另一个问题。如果将 EP 齿轮油放入带黄铜轮的蜗轮的油槽中，并且温度足够高，EP 添加剂就会被激活。在普通钢齿轮中，这种激活会在表面形成一层薄薄的氧化层，有助于保护轮齿免受冲击载荷和其他极端机械条件的影响。然而，在黄铜表面，极压添加剂的活化会导致严重的硫腐蚀。在短时间内，会失去大部分车轮的负载表面并造成重大损坏。
其他材料：
- 钢蜗杆和钢蜗轮：此应用没有黄铜齿轮的 EP 复杂功能，但在这样的变速箱中没有出错的余地。使用这种金属组合修复蜗轮组通常比使用黄铜/钢制蜗轮组更昂贵、更耗时。这是因为与故障相关的材料转移使得蜗杆和轮子在重建中都无法使用。
- 黄铜蜗杆和黄铜蜗轮：此应用最有可能在中等至轻负载下找到，因为黄铜只能承受较低的负载。由于负载较轻，这种金属组合的润滑剂选择是灵活的，但由于是黄色金属，人们仍然必须考虑有关 EP 的添加剂限制。
- 金属上的塑料、塑料上的塑料和其他类似的组合：这通常出现在相对轻负载的应用中，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。
尽管与标准齿轮组相比，蜗轮总是有些复杂，但它们很容易成为一种高效可靠的设备。只要稍微注意设置和润滑剂的选择，蜗轮就可以提供与任何其他类型的齿轮组一样可靠的服务。
