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軋機(jī)壓下減速機(jī)蝸輪蝸桿副的選用

    自軋鋼機(jī)問世以來，軋機(jī)壓下裝置就是軋鋼機(jī)的重要組成部分之一，軋機(jī)壓下減速機(jī)是軋機(jī)壓下裝置的核心部件。軋機(jī)壓下減速機(jī)通常是由蝸輪蝸桿（或蝸輪蝸桿和圓柱齒輪）副、軸承、箱體等組成，而蝸桿傳動(dòng)形式是減速機(jī)承載能力、使用壽命等關(guān)鍵要素。

1.壓下蝸輪蝸桿副傳動(dòng)分類

根據(jù)蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動(dòng)通常分為2大類：圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。

1.1圓柱蝸桿傳動(dòng)

根據(jù)蝸桿齒廓形狀及其形成原理，圓柱蝸桿傳動(dòng)又可分為：阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZA）；法向直廓圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZN）；漸開線圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZU）；錐面包絡(luò)圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZK）；圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZC）；雙圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)（SH及FSH）。

1.2環(huán)面蝸桿傳動(dòng)

根據(jù)蝸桿齒廓形狀及其形成原理，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)又可分為：直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（俗稱球面蝸桿傳動(dòng)）；平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（一次包絡(luò)和二次包絡(luò)）；漸開線包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（一次包絡(luò)和二次包絡(luò)）；錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。

2.軋機(jī)壓下蝸輪蝸桿副常用幾種形式

目前，軋機(jī)壓下蝸桿減速機(jī)主要有直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（俗稱球面蝸桿傳動(dòng)）、二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和尼曼蝸桿傳動(dòng)三種傳動(dòng)形式。

（1）用于傳遞空間交錯(cuò)兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，通常兩軸的交錯(cuò)角Σ=90°；

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)大傳動(dòng)比交錯(cuò)傳動(dòng)，傳動(dòng)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)；

（3）傳動(dòng)平穩(wěn)，震動(dòng)、沖擊和噪聲均比較小；

（4）多對(duì)齒同時(shí)嚙合，且呈線接觸，承載能力大于交錯(cuò)漸開線斜圓柱齒輪；

（5）能以單級(jí)傳動(dòng)獲得較大的傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊；

（6）減速傳動(dòng)時(shí)，齒比u的范圍為5≤u≤70，最常用為15≤u≤50；

（7）單頭蝸桿，其導(dǎo)程角小于3.5°時(shí)，具有自鎖作用，但此時(shí)效率很低，應(yīng)盡量少用；

（8）蝸桿齒面與蝸輪齒面間的嚙合摩擦損失比較大，傳動(dòng)效率低，齒面容易磨損，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)溫升過高等不良現(xiàn)象；

（9）蝸輪材料一般采用有良好跑合性能的減摩材料，例如錫青銅、鋁青銅等，但成本較高。

2.2蝸桿傳動(dòng)的失效形式

無論哪種蝸桿傳動(dòng)，其失效形式主要為點(diǎn)蝕、磨損、脫落、膠合、彎曲折斷等，其中點(diǎn)蝕和磨損是最為常見的。蝸桿傳動(dòng)的失效形式主要是由蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及生產(chǎn)制造中的問題所致，例如：齒面相對(duì)滑動(dòng)速度大，嚙合效率低，潤(rùn)滑條件不良，材料選配不當(dāng)，幾何參數(shù)選擇不合理，加工制造粗糙度低等。

3 直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)

3.1形成原理

一個(gè)與蝸桿軸線在同一個(gè)平面上、并與該軸線既不相交也不相切的圓（蝸桿成形圓）圍繞該軸線在空間作等角速度（ω1）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)另有一條與成形圓相切并繞該圓心作等角度（ω2）轉(zhuǎn)動(dòng)的直線旋轉(zhuǎn)，該直線在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡曲面是直廓環(huán)面蝸桿的齒面，次曲面為不可展值紋面（見圖2）。 

直廓環(huán)面蝸桿軸向理論齒廓為直線，蝸輪齒面是直廓環(huán)面蝸桿螺旋面運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)面。在設(shè)計(jì)時(shí)，因蝸桿傳動(dòng)技術(shù)參數(shù)的不同（例如：中心距a,傳動(dòng)比u，蝸桿成形圓直徑db，蝸桿中間平面分度圓直徑d1等），而取此曲面上不同的曲面段，該曲面段就是蝸桿實(shí)際的齒形。

3.2傳動(dòng)特點(diǎn)

直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)比較具有以下特點(diǎn)：

（1）齒面有兩條瞬時(shí)接觸線與相對(duì)速度方向夾角接近90°，有利于形成潤(rùn)滑油膜；

（2）共軛齒面在接觸點(diǎn)處誘導(dǎo)法向曲率半徑大，有利于降低齒面接觸應(yīng)力；

（3）蝸桿和蝸輪互相包圍，同時(shí)參加嚙合的齒數(shù)多，降低了單齒載荷。

（4）蝸桿螺旋面進(jìn)行了修形，容易形成油楔并早期形成穩(wěn)定的嚙合齒面。

3.3加工工藝特點(diǎn)

（1）蝸桿加工

由于蝸桿齒面不是包絡(luò)形成的，齒面為不可展值紋面，實(shí)現(xiàn)磨削很困難，目前制造廠商多采用直線刀刃成形刀具（車刀）在滾齒機(jī)上按成形原理加工成形 

(2)蝸桿修形

根據(jù)蝸桿的基本參數(shù)加工出來的齒形，其嚙合性能較差而很少使用。一般需要對(duì)蝸桿齒面進(jìn)行修形，即根據(jù)所設(shè)計(jì)的修形曲面，通過改變相關(guān)的工藝參數(shù)，經(jīng)調(diào)整機(jī)床切齒后，按一定規(guī)律對(duì)原來齒面進(jìn)行減薄，來達(dá)到改善嚙合性能的目的。蝸桿修形主要有：全修形、變參數(shù)修形和倒坡修形3種。

（3）蝸輪加工

直廓環(huán)面蝸輪一般是在滾齒機(jī)上用與蝸桿參數(shù)基本相同的蝸輪滾刀加工成形的。在安裝、調(diào)整和切齒等諸多方面，與普通蝸輪基本相同，不同的是加工直廓環(huán)面蝸輪的刀具喉菁截面必須對(duì)準(zhǔn)機(jī)床的回轉(zhuǎn)中心和刀具的刀刃延長(zhǎng)線始終與成形圓相切。

單件或批量生產(chǎn)時(shí)，蝸輪齒面可用飛到加工，以降低成本，彈藥經(jīng)過毛和研齒，才能投入正常使用。高精度蝸輪精加工采用剃齒刀剃齒，并用立方氮化硼電鍍的蝸桿進(jìn)行研磨。

4二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)

4.1形成原理

一個(gè)平面F與錐面A外表面相切，并一起繞軸線O2-O2以角速度ω2回轉(zhuǎn)的同時(shí)，蝸桿繞其軸線O1-O1以角速度ω1回轉(zhuǎn)，平面F在蝸桿上形成的軌跡就是平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的螺旋齒面。平面F與刀座軸線O2-O2的夾角β=0時(shí)，為直齒平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，適用于傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)母面F與刀座軸線O2-O2的夾角β＞0時(shí)，為斜齒平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿適用于傳遞動(dòng)力。平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的螺旋齒面是以平面為母面經(jīng)過共軛運(yùn)動(dòng)包絡(luò)形成的展成齒面。平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿與母面齒輪組成的傳動(dòng)副，稱之為平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在嚙合原理上極為相似，具有以下特點(diǎn)：

（1）齒面有兩條瞬時(shí)接觸線與相對(duì)方向夾角接近較大，嚙合時(shí)同時(shí)出現(xiàn)兩條接觸線，構(gòu)成兩個(gè)油楔，有利于形成潤(rùn)滑油膜；

（2）共軛齒面在接觸點(diǎn)處誘導(dǎo)法向曲率半徑大，有利于降低齒面接觸應(yīng)力；

（3）蝸桿和蝸輪互相包圍，同時(shí)參加嚙合的齒數(shù)多，降低了單齒載荷。

4.3加工工藝特點(diǎn)

由于蝸桿齒面是平面包絡(luò)形成的，齒面為可展成面，容易實(shí)現(xiàn)磨削，目前制造廠商多采用平面砂輪形成原理進(jìn)行磨削精加工，平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿和加工蝸輪的滾刀都可以進(jìn)行磨削。首先包絡(luò)的蝸桿和有它第二次包絡(luò)的蝸輪，若都是在相同的中心距、相同的傳動(dòng)比和相同的蝸桿軸相對(duì)蝸輪軸位置的情況下進(jìn)行的，則稱之為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)為基本型傳動(dòng)。實(shí)際使用的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)均為通過改變兩次包絡(luò)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，而改善了其嚙合性能的變形傳動(dòng)。

5結(jié)語(yǔ)

了解并掌握蝸桿傳動(dòng)的類型和每種傳動(dòng)方式的共同點(diǎn)、各自特點(diǎn)和加工工藝方法，對(duì)軋機(jī)壓下減速機(jī)的設(shè)計(jì)選型是最基本的、最重要也是最關(guān)鍵的。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)軋鋼設(shè)備具體指標(biāo)參數(shù)和各工作特點(diǎn)，選擇滿足使用要求并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的傳動(dòng)方式；在“軋機(jī)壓下蝸輪蝸桿副”的研制開發(fā)中，通過不懈努力，提升了蝸輪蝸桿減速機(jī)在國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。