減速器中蝸桿與斜齒輪反向驅動力應用

機械傳動中蝸輪與蝸桿實現直角傳遞運動，嚙合特點是傳動比大、傳動平穩、承載能力大。單頭蝸桿易實現自鎖功能，傳動效率相對低；多頭蝸桿與蝸輪傳動效率提升，但多頭蝸桿精度相對比單頭蝸桿分度要求高，蝸輪副嚙合時需設計模數、螺旋升角與蝸桿一一匹配的蝸輪滾刀，增加滾刀成本和延長加工工期。

為規避此問題，采用蝸桿與斜齒輪嚙合傳動，提升減速器傳動效率，易實現標準化、通用化和系列化。蝸輪副拓展為蝸桿與斜齒輪傳動，其嚙合接觸為線接觸或小面積接觸，非包絡線或包絡面接觸，承載性能略小，但使用環境與噪聲等基本無差異。

自鎖功能或反向驅動轉矩是從輸出端施加外力后驅動前一級零部件、電動機旋轉的運動。反向運動過程中需克服減速器內部齒輪副嚙合摩擦阻力、蝸桿與斜齒輪嚙合摩擦阻力和電動機反向運轉阻力。

蝸桿與斜齒輪嚙合在各行業中廣泛應用，尤其在汽車各傳動部件中減速器傳動廣泛應用。依據使用功能不同，傳動中有增大反向驅動轉矩或自鎖力矩的設計結構，也有減小反向驅動轉矩的設計要求。對于要維持設定工作狀態就要增大反向驅動轉矩或自鎖力矩；對于實現設計功能后要輕松收回或安全施救時要減小反向驅動轉矩。

不同工況下反向驅動力特點

隱藏式門把手、充電口蓋、滑移車門等傳動結構在完成設定工作后，用較小的力或力矩將產品開啟或關閉恢復到初始狀態，減速器無自鎖力矩或反向驅動轉矩很小，尤其是滑移車門在斷電或安全施救時需用較小的力或力矩開/關車門。

隱藏式門把手電動機旋轉驅動汽車門把手移出車體外，當人上車后門把手收縮到車體內部（也可通過電動機反向運轉收回門把手）。充電口蓋充電完成后可通過手動施加力或力矩關閉充電口蓋（同樣也可通過電動機關閉充電口蓋），這種情況下蝸桿、斜齒輪和電動機三者都無自鎖功能或反向驅動轉矩很小才能實現設計目標。

傳動結構設計

為實現消除自鎖或降低反向驅動轉矩的目的，需對減速器機構進行設計優化。

1.電動機軸與蝸桿為一體式

這種設計，蝸桿精度相對高，電動機軸（即蝸桿）軸向竄動量 ? 0 . 2 5 m m ，遠離電動機內部的一端用軸承或軸套等定位支撐，保證電動機安裝定位處主軸中心與蝸桿軸中心同軸度 ? 0 . 1 m m 。

由于蝸桿前端軸承支撐彎曲變形小，無懸臂梁結構形成，斜齒輪與蝸桿嚙合時蝸桿齒面造成蝸桿變形量 ? 0 . 1 m m ，斜齒輪旋轉（或輸出端旋轉）斜齒面給蝸桿嚙合齒面施加作用力從而驅動蝸桿帶動電動機軸反向運轉。反向運轉時，蝸桿與斜齒輪基本保持設計時的嚙合間隙和嚙合角，減速器各零部件嚙合間隙和嚙合角度在理論范圍內從而實現反向小扭矩順暢運轉。

利用嚙合間隙、軸向竄動和零件的高精度實現小的反向驅動力矩。此設計中電動機軸與蝸桿為一體或電動機軸與蝸桿無間隙轉接配合。

這一方法廣泛使用，對蝸桿和斜齒輪的精度要求不高，同時對各零部件的加工精度、裝配精度要求較低，相對整體成本不高。

兩種消除自鎖或降低反向驅動轉矩的傳動結構如圖1所示。

2.電動機軸與蝸桿為分體式

利用間隙轉接消除蝸桿與斜齒輪嚙合造成蝸桿或電動機軸或斜齒輪或其中兩者或三者變形而形成卡滯，間隙轉接在電動機與蝸桿之間應用，蝸桿兩端用軸承或軸套等定位支撐。

蝸桿與電動機軸通過花鍵、矩形孔或槽、D形或其他形式的聯軸器等方式連接，利用聯軸器與電動機軸、聯軸器與蝸桿間隙配合增加蝸桿與齒輪嚙合變形裕度，也可通過增大蝸桿與斜齒輪嚙合間隙；利用聯軸器與兩端連接的零部件間隙消除蝸桿變形與電動機軸同軸度偏差的影響。運轉過程無自鎖力矩或反向驅動轉矩很小從而實現從輸出端施加力或力矩后驅動電動機軸運轉。

其中，斜齒輪的齒面推動蝸桿旋轉時蝸桿受力容易變形或卡滯導致反向驅動力矩增大，一般情況下反向驅動力矩比電動機正向驅動力矩大較多，為減小反向驅動力矩大故在蝸桿與電動機之間采用聯軸器（或叫轉接軸），聯軸器與兩端連接零部件分別采用間隙配合，有效規避電動機與蝸桿不同軸受力變形的風險。通過以上兩種措施實現反向驅動力矩小的要求。

另外，要維持驅動機構的固定狀態，蝸桿與斜齒輪需有一定的自鎖能力或相對大的反向力矩，防止運動過程中受到沖擊、振動等外部因素而改變產品設定的固定位置或狀態。運轉時電動機驅動調整到預期設定的位置后電動機停止工作，但產品受到振動、自身重力等因素影響會改變設定的位置，此時產品中的蝸桿、斜齒輪、電動機其一或其二或共同應具有防止產品位置改變功能。這一情況下蝸桿與斜齒輪或電動機必須具有反向驅動力矩或自鎖能力。

增加自鎖能力或反向驅動力的措施

一般情況下蝸桿與斜齒輪嚙合沒有自鎖功能，要具備反向驅動力矩或自鎖能力必須采用相對應的措施，下面提供三種措施以備選用：

1）蝸桿設計成懸臂或者蝸桿前端支撐軸小。當反向運動時因蝸桿懸臂或蝸桿前端支撐軸偏小，當從輸出端運轉時斜齒輪的齒面對蝸桿嚙合齒面施加作用力導致蝸桿產生變形，從而改變蝸桿與斜齒輪嚙合間隙或嚙合角度，導致兩者無法按照電動機正向驅動時設計的嚙合狀態運轉從而實現反向扭矩增大或自鎖。此設計會對嚙合的蝸桿與斜齒輪零件之一或兩者有損傷，此結構主要應用在反向驅動轉矩不大、自鎖力矩要求不大或傳動精度不高的蝸桿與斜齒輪減速器中。

2）利用傳動嚙合間隙實現自鎖或反向驅動轉矩增大，主要通過軸向竄動形成蝸桿齒頂與斜齒輪齒根附近齒面嚙合或蝸桿齒根附近齒面與斜齒輪齒頂嚙合形成摩擦力增大或卡滯，也可利用電動機軸或蝸桿軸向竄動量大、小控制蝸桿與斜齒輪嚙合側隙。這一方法主要應用在蝸桿與電動機軸為一體式或蝸桿無間隙轉接在電動機軸上，此方法廣泛應用在反向驅動力矩大的各類蝸桿的傳動機構中，應用效果較佳。

3）此情況主要應用在噪聲要求不高或無要求的情況下，電動機安裝的定位基準與固定蝸桿的一端或兩端定位孔同軸度偏差大（即兩者偏心不同軸，同軸度偏差值不超過蝸桿彈性變形量），自鎖力矩或反向驅動轉矩利用蝸桿與斜齒輪嚙合不同軸而微量彎曲變形的不均勻性實現反向傳動過程自鎖力矩或反向驅動轉矩增大。這種自鎖功能存在反向運轉滯后情況。這應用在傳動精度不高的自鎖或反向驅動轉矩機構中。上面介紹的三種增大反向驅動轉矩或有自鎖功能蝸桿與斜齒輪傳動，結構簡圖如圖2所示。

結語

不同應用工況減速器設計不同，利用自鎖或反向驅動力矩功能還是規避自鎖或減小反向驅動轉矩主要是由減速器要實現何種功能決定。總之，利用或規避自鎖、反向起動力矩是設計預期目的決定的，蝸桿與斜齒輪傳動提升減速器效率，對減速器整體結構、性能優化明顯，值得推廣使用。

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