和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式也有点蚀（齿面接触疲劳破坏）、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋齿部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效经常发生在蜗轮轮齿上。因此，一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算。

在开式传动中多发生齿面磨损和轮齿折断，因此应以保证齿根弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。

在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，而按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此外 ，闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应做热平衡核算 。

渐开线蜗杆的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆头数

（1）模数m和压力角

和齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数。蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等 ，即

（2）蜗杆头数

渐开线蜗杆头数可根据要求的传动比和效率来选定。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低，如要提高效率，应增加蜗杆头数。但蜗杆头数增加，又会给加工带来困难。所以，通常蜗杆头数取为1、2、4、6。

（3）分度圆直径

在蜗杆传动中，为了保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合，常用与蜗杆具有同样尺寸的蜗轮滚刀来加工与其相配的蜗轮。这样，只要有一种尺寸的蜗杆，就得有一种对应的蜗轮滚刀。对于同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，因而对每一模数就要配备很多蜗轮滚刀。显然，这样很不经济。为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径

（4）导程角γ

蜗杆的直径和蜗杆头数选定之后蜗杆分度圆柱上的导程角γ就确定了。

式中，q为蜗杆的直径系数。

如图1是以右旋蜗杆为主动件，并沿图示的方向旋转时，蜗杆螺旋面上的受力情况。设

在确认各力方向时，尤其要注意所受轴向力方向的确定。因为轴向力方向是由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定的 。如图，该蜗杆为右旋蜗杆，当其为主动件沿图示方向回转时，蜗杆齿的右侧为工作面，故蜗杆所受的轴向力

蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并渗碳淬火；也可以用40、45钢或40Cr并经淬火。这样处理可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为40~55HRC，经氮化处理后的硬度为55~62HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理，其硬度为220~300HBS。2100433B

蜗杆概述

根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆）、渐开线蜗杆(ZI蜗杆）、

法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）和锥面包络圆柱蜗杆

（ZK蜗

杆）等四种。GB10085-88推荐采用ZI蜗杆和ZK蜗杆两种。现将上述四种普通圆柱蜗杆传动所用的蜗杆及配对的蜗轮齿形分别介绍于后：圆柱蜗杆的加工方法：旋风切削蜗杆

蜗杆阿基米德蜗杆

阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）　这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面（即端面）上，齿廓为阿基米德螺旋线（图1），在包含轴线的平面上的齿廓（即轴向齿廓）为直线，其齿形角α0=20°。它可在车床上用直线刀刃的单刀（当导程角γ≤3°时）或双刀（当γ>3°时）车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线，如图1所示。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便。见动画

蜗杆法向直廓蜗杆

法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）　这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线（图2），法面（N-N）齿廓为直线。ZN蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。刀具的安装形式如图2所示。这种蜗杆磨削起来也比较困难。见动画

蜗杆渐开线蜗杆

渐开线蜗杆（ZI蜗杆）　这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相当于一个少齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。ZI蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。

蜗杆锥面包络圆柱蜗杆

锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）　这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。这时，铣刀（或砂轮）回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，在I-I及N-N截面上的齿廓均为曲线。这种蜗杆便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。至于与上述各类蜗杆配对的蜗轮齿廓，则完全随蜗杆的齿廓而异。蜗轮一般是在滚齿机上用滚刀或飞刀加工的。为了保证蜗杆和蜗轮能正确啮合，切削蜗轮的滚刀齿廓，应与蜗杆的齿廓一致；深切时的中心距，也应与蜗杆传动的中心距相同。

蜗杆概述

普通圆柱蜗杆的齿面（除ZK型蜗杆外）一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同，所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。

蜗杆传动结构

蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。在一般蜗杆传动中，都是以蜗杆为主动件。从外形上看，蜗杆类似螺栓，蜗轮则很像斜齿圆柱齿轮。工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。为了改善轮齿的接触情况，将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住。这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触，而不是点接触。

齿轮滚刀的两侧刀刃是前面与侧铲表面的交线，它应当分布在蜗杆螺旋表面上，这个蜗杆称为滚刀的基本蜗杆。基本蜗杆有以下三种:

1．渐开线蜗杆　渐开线蜗杆的螺纹齿侧面是渐开螺旋面，在与基圆柱相切的任意平面和渐开螺旋面的交线是一条直线，其端剖面是渐开线。渐开线蜗杆轴向剖面与渐开螺旋面的交线是曲线。用这种基本螺杆制造的滚刀，没有齿形设计误差，切削的齿轮精度高。然而制造滚刀困难。

2．阿基米德蜗杆　阿基米德蜗杆的螺旋齿侧面是阿基米德螺旋面。通过蜗杆轴线剖面与阿基米德蜗螺旋面的交线是直线，其它剖面都是曲线，其端剖面是阿基米德螺旋线。用这种基本蜗杆制成的滚刀，制造与检验滚刀齿形均比渐开线蜗杆简单和方便。但有微量的齿形误差。不过这种误差是在允许的范围之内，为此，生产中大多数精加工滚刀的基本蜗杆均用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆。

3．法向直廓蜗杆　法向直廓蜗杆法剖面内的齿形是直线，端剖面为延长渐开线。用这种基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆作滚刀，其齿形设计误差大，故一般作为大模数、多头和粗加工滚刀用。