自锁蜗杆
蜗轮蜗杆自锁失效原因分析_张天才
124推 介Design 摘 要：蜗轮蜗杆机构在具备一定条件后就会具有较好的自锁性，但是传动机构却会出现失效的状态。
通过对失效的机理进行分析得出结论，同时对驱动制动装置的功能作用进行深入分析。
关键词：自锁 摩擦角 螺旋升角蜗轮蜗杆自锁失效原因分析张天才 河南省新乡市第134厂高群永 上海宝钢集团一、 轧钢作业时立辊轧机的主要功能轧钢作业时立辊轧机的主要功能有两个：其一是对板坯进行宽度方向侧压、其二是限制穿带板坯的宽度方向的延展。
其传动机构为马达驱动蜗轮蜗杆推动立辊开度变化。
在传动设备中，因为蜗轮蜗杆机构具备良好的自锁性而应用于广泛。
但是在实际运用的过程中存在这种情况：当马达驱动蜗轮蜗杆传动时，当在承载过程中如果马达制动机构失效的时候，立辊开度就无法保持，这就意味着蜗轮蜗杆的自锁性能丧失了。
蜗轮蜗杆机构一般都具备良好的自锁性，而为什么此蜗轮蜗杆机构的自锁性会失效呢，本文着重论述影响其自锁性的因素。
二、自锁原理蜗轮蜗轮传动时，当蜗杆的螺旋升角γ小于摩擦角ψ时（γ∠ψ），该机构具有很好的自锁性。
如图1所示：摩擦力F达到最大值Fmax时，这时的夹角也达到最大值ψ,把ψ定义为摩擦角。
tan ψ=F/N=μN/N=μ 摩擦角ψ的正切等于静摩擦系数。
因为根据力平衡与分解可得：当主动力R在摩擦角之内，其与法线（N方向）夹角小于摩擦角ψ，法向分力必于与N平衡，同时切向分力则必小于最大静摩擦力，摩擦力F未达到最大值，则力系平衡。
如果作用于物体的主动力R的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力R＇与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力R的作用线在摩擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。
这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。
因此，对应于蜗轮蜗杆机构的传递性质分析：蜗杆的螺旋升角γ，蜗轮作用于蜗杆上的力始终为竖直方向，主作用力与法线夹角也为γ，根据自锁原理，若存在自锁则摩擦角必须涵盖于γ，即存在γ∠ψ，此为蜗轮蜗杆的自锁条件。
蜗轮蜗杆自锁的条件
蜗轮蜗杆自锁的条件
蜗轮蜗杆自锁是一种微型轮系的运动特性的重要现象。
它可以使轮系在某一节点上锁定，即使进行恒定速度转动也不能改变这种状态。
它是压力、摩擦力和其他影响因素所引
起的，因此是一种自然而又不可避入的现象。
1、轴系的受力：蜗轮蜗杆的轴向力一般比承受的其他重力的力大，这样就导致蜗轮
整体的变形扩大，使得蜗轮把轴系的端面挤出来，形成嵌入式轴系。
2、蜗轮轴节点的受力情况：
蜗轮轴的端面是表面处于一定压力下的，如果此时没有正确的油膜来支撑，就可能受
到垂直方向的冲击，会造成灌油口受损，以及滑替螺柱被挤出，导致蜗轮轴节点锁定；
3、蜗轮轴系的转速：
当外力使蜗轮轴运转时，压力会随着转速的变化而变化，即拉力也随着转速的变化而
变化，若转速太低时，蜗轮轴系突然不会自锁，而若转速太高时，则压力也不会太大，仍
会造成轴系自锁；
4、输出端的组件受力情况：
对于一套蜗轮蜗杆传动系统，其输出端的轴与蜗轮轴的联结受力情况是非常重要的，
一旦输出端的轴的受力不均，就会影响到轴承的压力及蜗轮轴的受力，从而导致轴系自锁。
总而言之，蜗轮蜗杆自锁具有极强的安全性，只要系统的工作情况符合以上条件，那
么就可以形成蜗轮蜗杆自锁的现象。
蜗轮减速机自锁知识
蜗轮减速机自锁知识
蜗轮减还机的自锁功能：有时某种特殊应用需要减速机绝对可逆转性，相反有时需要不可逆转性，在此说明关于自锁特性。
它的转变取决于以下数据：螺旋角r，加工精度，蜗杆的头数（蜗轮齿数就是由蜗杆头数乘以速比得出），模数。
自锁通俗讲就是静止情况下无法反转。
最大的螺旋角就能有最大的效率，同时自锁性能就越低；螺旋角越小，效率越低，同样，自锁性能越好。
螺旋角大于200时完全不能自锁；螺旋角300-200时自锁不稳定；小于300条件下能达到最佳自锁（动态和静态）。
注意：蜗轮蜗杆要完全自锁时，建议采用刹车电机，避免出现问题。
试论蜗轮蜗杆自锁失效原因分析
试论蜗轮蜗杆自锁失效原因分析摘要：自锁性是蜗轮蜗杆机构的特点，然而，传动机构在某些情况下会出现失效的情况。
笔者通过对徐州供电公司220kV倪村输变电工程中GW22B-126配套的蜗轮蜗杆自锁失效进行分析，研究其失效的机制，并且深入探讨驱动制动装置的功能。
关键词：自锁性；蜗轮蜗杆；自锁失效；分析引言机械传动形式中必不可少的就是涡轮蜗杆传动，是其组成中最重要的一部分。
这种传动形式可以使得升降台在升降过程中避免了台面发生自动回落的事故进而可以维持整个生产线的运转。
蜗轮传动的主要组成结构其主要组成包括涡轮和蜗杆两个部分。
一般情况下，二者成90°的方向角。
因此，交错轴的运动通常会应用蜗杆蜗轮机构。
二、立辊轧机在轧钢过程中的重要作用立辊轧机在轧钢过程中的重要作用有如下两个方面。
一方面，可以在宽度方向上侧压板坯。
另外一方面，可以阻碍穿带板坯在宽度方向上的延伸。
立辊轧机的传动机制就是利用马达来推动蜗轮蜗杆驱动立辊发生开度变化。
蜗轮蜗杆系统因具有较好的自锁性功能而广泛应用于传动设备中。
然而，在现实的操作中会存在不好的一面。
就是在承载的过程中，一旦马达驱动这个蜗轮蜗杆传动失去作用时，立辊开度就无法持续进而其自锁的功能就会消失。
一般情况下蜗轮蜗杆系统都具有较好的自锁功能，可为何会产生自锁功能失效这个问题。
本文就自锁性功能影响因素进行系列综述。
蜗杆蜗轮系统自锁性功能失效原因蜗杆蜗轮机构具有传动比稳定、紧密结构、无噪声以及性能稳定等优点。
此外，蜗杆蜗轮的主动件的反向变化可以使得蜗轮蜗杆发生自锁从而防止了事故的发生。
比如，起重装置就是利用了蜗轮蜗杆可以自锁的作用，使得其吊起的工程材料等能够稳固的悬空在空中。
基于对机构传动的自锁性能的评估，蜗杆蜗轮自锁性的内在机制要摸清。
关于自锁性问题的讨论目前机械行业的减速机构一般采用蜗杆蜗轮机构。
蜗轮蜗杆的自锁性功能在那些要求安装蜗杆涡轮机机构的机械装置中起着重要的不可或缺的作用。
丝杆的自锁结构范文
丝杆的自锁结构范文丝杆的自锁结构简单来说是指在一定条件下，丝杆传动机构会锁定自身的位置，防止外力的干扰造成位置的改变。
这是由于丝杆机构的高斜面螺旋提供了一个特殊的传动特点。
在实际应用中，丝杆的自锁结构被广泛应用于各种机械设备中，如起重机、升降机、洗衣机等。
一、丝杆的自锁结构原理1.丝杆斜面的角度丝杆的自锁结构主要依赖于丝杆高斜面的角度。
当斜面角度大于一定数值时，丝杆传动机构会出现自锁现象。
这是因为斜面越陡，传动螺杆受到的力越大，反向力越大，从而增大了传动机构的阻抗力，使其不易被外力推动或拉动。
因此，斜面的角度是丝杆自锁结构的关键参数。
2.蜗杆的包络角蜗杆是一种特殊的丝杆传动机构，其包络角也会影响自锁结构的性能。
包络角是蜗杆颈部与齿轮的接触角度，一般取45度。
当包络角小于一定数值时，蜗杆传动机构也会出现自锁现象。
这是因为包络角小，齿轮的自锁倾向性强，增大了传动机构的阻抗力，使其不易被外力推动或拉动。
二、丝杆的自锁结构应用1.起重机起重机的升降机构通常采用丝杆的自锁结构，以确保起重机在升降过程中能够稳定停留在指定的位置。
这种结构能够防止货物因外力干扰而下降或上升，提高了起重机的安全性和稳定性。
2.升降设备各种升降设备，如升降平台、升降车、电动升降床等，也常常采用丝杆的自锁结构。
这种结构能够确保设备在升降时不会因外力的作用而下降或上升，提供安全稳定的工作环境。
3.洗衣机洗衣机的洗涤筒通常采用丝杆的自锁结构，以确保洗涤筒在运转过程中能够稳定停留在指定位置。
这种结构能够防止洗涤筒因外力的作用而转动，提高了洗衣机的稳定性和洗涤效果。
4.门窗及阀门控制一些门窗、阀门等控制机构也采用丝杆的自锁结构，以确保在关闭或打开的状态下能够固定位置。
这种结构能够防止门窗或阀门由于外力干扰而开启或关闭，提供了更可靠的控制效果。
三、丝杆的自锁结构优缺点1.稳定性好：丝杆的自锁结构能够确保传动机构在制动状态下能够稳定停留在指定位置，提高了设备的稳定性和工作效率。
(改进)蜗轮蜗杆自锁性
蜗轮减速机特点与自锁功能的应用实际上蜗轮减速机就是蜗轮蜗杆减速器，因为蜗轮与蜗杆在减速器的应用当中都是成对出现的。
减速器中有一个蜗杆就一定会有一个蜗轮，因此蜗轮减速器只是人们对蜗轮蜗杆减速器的一种口语化叫法。
但通常大家更喜欢把蜗轮蜗杆减速器称为蜗轮蜗杆减速机。
或者说蜗轮蜗杆减速机是更通用的一种叫法。
下面你可以点击查看.简单介绍一下蜗轮及蜗杆机构的特点可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑，两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小具有自锁性。
当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。
如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用传动效率较低，磨损较严重。
蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。
另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高蜗杆轴向力较大蜗轮蜗杆减速机自锁功能的应用在减速机的传动方式中,蜗轮传动具备其他齿轮传动所没有特性,即蜗杆可以轻易转动蜗轮，但蜗轮无法转动蜗杆。
这是因为蜗轮蜗杆的结构和传动是通过摩擦实现的造成的。
蜗轮蜗杆传动方式具有的自锁止功能在机械应用很有用处，比如卷扬机，输送设备等等。
然而也是因为蜗轮蜗杆的摩擦传动方式，也造成了蜗轮蜗杆的传动效率相对齿轮传动要低很多。
备注：不过要注意的一点是，不是所有的蜗轮减速机都具有很好的自锁功能，蜗轮的自锁功能要达到一定的速比才能实现。
这和导程角有关，即小速比的蜗轮蜗杆自锁功能就不那么理想。
一、用途蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。
蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。
二、基本参数模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。
蜗轮蜗杆传动升降台自锁失效分析
蜗轮蜗杆传动升降台自锁失效分析摘要：蜗轮蜗杆传动升降台是一种常见的机械装置，用于提升和下降重物。
其基本结构主要由蜗轮蜗杆机构、升降机构、驱动系统以及控制与安全系统等组成。
自锁性能是衡量其传动的关键指标之一，会受到多种因素的影响，其中蜗轮蜗杆中心的安装误差是导致自锁失效的重要因素之一。
安装误差会对蜗轮蜗杆的受力情况产生影响，改变接触面上的压力和摩擦力分布，从而使蜗轮蜗杆传动中的自锁性能下降。
因此，设计和制造过程中需要严格控制安装误差范围，保证升降台的自锁性能达到最佳状态。
关键词：蜗轮蜗杆；传动；自锁失效蜗轮蜗杆传动升降台的自锁失效是指在其升降过程中，由于某种原因导致蜗轮无法在蜗杆上实现自锁，从而使得升降台无法稳定支撑重物。
导致蜗轮蜗杆传动升降台自锁失效的主要原因有两个：一是装配角度过大，二是蜗轮蜗杆的制造精度或安装精度不足。
在蜗轮蜗杆传动中，蜗杆通过借助自身斜面的优势，在高速旋转时将蜗轮限制在一定位置上，实现自锁。
如果装配角度过大，会导致自锁失效，容易出现蜗轮沿蜗杆轴向移动，无法实现自锁。
因此，在装配时，要根据不同的机械设备和使用情况，掌握蜗轮蜗杆装配角度的要求，避免装配错误。
一、蜗轮蜗杆传动升降台的基本结构蜗轮蜗杆传动升降台是一种常见的机械装置，主要用于提升和下降重物。
这种升降台主要由蜗轮、蜗杆、升降机构以及驱动系统等部分组成。
下面将详细分析这些基本结构。
1.蜗轮蜗杆机构：蜗轮蜗杆机构是蜗轮蜗杆传动升降台的核心部分，它主要负责将电机的旋转运动转化为升降台的垂直升降运动。
蜗轮和蜗杆都是具有螺旋形状的齿轮，其中蜗杆具有较小的导程角，而蜗轮则具有较大的螺旋角。
当蜗杆在蜗轮上旋转时，由于导程角和螺旋角的配合，使得蜗轮能够沿着螺旋线方向上下移动。
2.升降机构：升降机构是蜗轮蜗杆传动升降台的执行部分，它主要由一套垂直的导轨和滑块组成。
滑块与蜗轮相连，随着蜗轮的上下移动而升降。
导轨起到支撑和导向的作用，确保滑块沿着垂直方向移动的稳定性和安全性。
自锁蜗轮蜗杆传动效率计算
自锁蜗轮蜗杆传动效率计算英文回答：Gear efficiency is an important factor to consider in mechanical power transmission systems. It represents the ability of the gears to transmit power effectively without significant losses. In this context, I will discuss the calculation of the efficiency of a self-locking worm gear drive.The self-locking worm gear drive is commonly used in applications where it is necessary to prevent the reverse rotation of the driven load. It consists of a worm gear (also known as a worm screw) and a worm wheel (also known as a worm gear). The worm gear has a helical thread, while the worm wheel has teeth that mesh with the worm gear.To calculate the efficiency of a self-locking worm gear drive, we need to consider the power losses that occur during the transmission. These losses can be categorizedinto several types, including friction losses, tooth meshing losses, and bearing losses.Friction losses occur due to the sliding contact between the worm gear and the worm wheel. These losses depend on factors such as the surface roughness, lubrication, and load conditions. Tooth meshing losses occur due to the deformation and sliding of the gear teeth during the meshing process. These losses are influenced by factors such as the gear geometry, material properties, and lubrication.Bearing losses occur in the bearings that support the shafts of the worm gear and the worm wheel. These losses are influenced by factors such as the bearing type, lubrication, and load conditions. It is important to note that self-locking worm gear drives typically have higher bearing losses compared to other types of gear drives due to the higher axial thrust forces.To calculate the efficiency of the self-locking worm gear drive, we need to determine the power input and thepower output. The power input is the power supplied to the worm gear, while the power output is the power delivered to the load. The efficiency is then calculated as the ratio of the power output to the power input, multiplied by 100 to express it as a percentage.For example, let's consider a self-locking worm gear drive used in a conveyor system. The power input to the worm gear is 10 kW, and the power output to the load is 8 kW. The efficiency of the worm gear drive can be calculated as follows:Efficiency = (Power output / Power input) 100。
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自锁蜗杆装置的设计
蜗杆传动是一种在空间交错的两轴间传递运动和动力的装置。
当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性，即蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动，工程中常称为反行程自锁］。
反行程自锁功能成功地解决了机械设备中执行机构的定位问题，被广泛应用于工程设计的各类传动系统中。
但同时在一定程度上影响了人机的交互性能，当机电设备遭遇失电等紧急状况时，由于在传动装置中采用了蜗杆传动，将导致执行机构滞留在失电瞬间的状态，无法通过人工操作将其复位，极大地影响了设备的使用及运输。
因此，如何充分利用蜗杆传动的自锁性能且同时避免因失电造成的设备瘫痪成为机电设备的设计中亟待解决的一大难题。
１人工反行程操作装置的结构设计
目前国内设计人员在拟定机械传动系统方案时，对于设计要求中实现传动比大、结构紧凑、噪声小的定位装置都会优先考虑蜗杆传动，而针对其执行机构的失电滞停问题，往往在传动系统中简单地增加过渡齿轮装置予以解决［４］，比如某公司新研发的新一代车载天线倒伏装置，其结构简图如图１所示。
图１车载天线倒伏装置
其传动方式为电机减速器通过蜗杆传动带动传动齿轮及传动轴转动，从而实现天线的竖直与倒伏功能。
在车辆的行进过程中，当倒伏装置因失电故障导致执行机构中的天线角度定位过高，使得装备车辆无法顺利通过涵洞、丛林等障碍时，通过拆卸过渡齿轮，断开蜗杆传动与执行机构的连接，从而破坏其自锁性能，达到人工倒伏天线的目的。
此方法虽然解决了因自锁定位功能造成的失电滞停问题，但是增加了倒伏装置的横向尺寸，并且过渡齿轮的拆装步骤较为繁琐，同时工作人员在拆卸过渡齿轮的过程中需另一名工作人员进行人工倒伏天线的协同操作，否则在断开过渡齿轮的瞬间天线将由于失去自锁定位功能急坠下降，造成天线及倒伏装置的损坏［５］。
因此需要设计一摩擦传动装置来替代过渡齿轮，初步设计在一盘形类零件中开一环形的Ｔ型槽，传动轴９通过键与其连接，传动齿轮８则通过螺栓与其相连，传动轴９与传动齿轮８采用间隙配合，同时拆除过渡齿轮，将传动齿轮８与３直接啮合，此装置的三维模型如图２所
示。
图２三维装配图
考虑到Ｔ型槽的加工及螺栓的放置问题，需将开有Ｔ型槽的盘形零件拆分为两部分，并通过螺钉连接起来。
拆分后的零件结构简图如图３所示。
图３
２摩擦传动装置的工作原理
当倒伏装置处于正常工作状态时，传动齿轮３与８啮合，通过螺栓的预紧力使摩擦传动装置间产生足够大的摩擦力，使得传动齿轮８将运动及动力传递给开有Ｔ型槽的盘形零件，然后通过键连接带动传动轴９转动，实现天线的正确定位；当天线倒伏装置失电异常时，仅需松开拧紧的螺母，此时螺栓可在Ｔ型槽内滑动，盘形零件与传动齿轮８间的摩擦连接失效，从而切断了传动轴与蜗轮蜗杆减速器之间的传动联系，消除了自锁定位功能，实现人工竖直与倒伏天线的目的。
３摩擦传动装置在工程设计中的创新性应用
（１）精简尺寸，使设备小巧并具便携性传统的解决方案一般在机电设备的传动系统中增加一过渡齿轮装置，无形中增加了设备的整体尺寸。
此摩擦传动装置通过螺栓与传动齿轮相连，仅需在传动轴上预留出一定的尺寸空间便于开有Ｔ型槽的盘形零件安装定位，此方法不仅缩小了整机的总体尺寸，同时控制了设备的材料成本，具有较强的经济实用性。
（２）操作简易，使用效率高当在设计方案中使用过渡齿轮时［６］，一旦遇到失电异常状况，必需拆卸过渡齿轮装置断开传动齿轮３与８的连接达到人工倒伏天线的目的；而当电力恢复时，又需将过渡齿轮重新调校至啮合位置才能保证传动的正常进行，此方法不但操作复杂且较为繁琐。
而采用此摩擦传动装置后，当失电异常时，只需松开螺母，就可解除自锁定位功能，而当异常状况解除后，通过拧紧螺母就可轻松将整个传动线路连接起来，方便快捷，完全符合现代化设备中高效操控的要求。
（３）安全可靠，节约人力在拆卸过渡齿轮的过程中，同时需另一名工作人员进行天线倒伏的协同操作，防止因天线瞬间下落造成设备的损坏；而采用摩擦传动装置后，人工倒伏天线的灵活度完全取决于摩擦传动装置中摩擦力的大小，
因此当单人操作时，可逐步松开拧紧螺母直到可人工倒伏天线时为止，此方法不仅可防止天线的急坠破坏，同时可节约一定的人力资源。
４结束语
通过对自锁蜗杆传动中人工反行程操作装置的结构设计、工作原理及创新性进行详细分析，设计出一种可替代过渡齿轮的摩擦传动装置。
该装置可在一定程度上解决由于自锁定位功能所导致的失电滞留问题，并具有精简设备尺寸、提高使用效率及安全可靠等特点。
希望此摩擦传动装置可以得到广大工程设计人员的认可并将其应用于各大传动系统的设计中，同时也为今后解决相关类似的问题提供参考与借鉴。
参考文献：
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［２］吴狄，韩国富．蜗杆传动自锁分析［Ｊ］．沈阳工业大学学
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［６］丁友伟，陈文．一种凸轮自锁快夹台虎钳的设计与应用。