蜗杆、蜗轮及其蜗杆副

时间：2024/02/01　　点击量：

　　为实现可控点啮合圆柱蜗杆副的正确啮合条件，必须控制蜗杆与滚刀几何参数之间的关系，这种关系称可控条件。目前采用的可控点接触条件有:滚刀直径d

　　为了实现点接触圆柱蜗杆副，用间接展成法加工蜗轮时，所用刀具的几何参数和尺寸要按既定的目的给定，要受蜗杆副正确啮合条件的限制，按照这样原则设计的点接触圆柱蜗杆副称可控点接触圆柱蜗杆副。所谓既定目的主要是指：“实现人工油涵”和“最佳啮合略图”。

　　由安兆达先生提出，用端(单或双圆弧形成的)圆环面包络形成的凹面圆柱蜗杆(图7-29示出双圆弧齿形)。属于包络型曲纹面圆柱蜗杆。用砂轮(或铣刀)加工蜗杆时，砂轮轴线与蜗杆轴线固定不变，轴交角∑=90° 。由于砂轮修整器金刚石回转中心有固定位置，修整砂轮时，只需将砂轮轴向移动即可，勿需再调正修正器，即可获得齿形与位置的一致性，砂轮修正工艺良好，砂轮使用寿命延长，所以该蜗杆具有工艺简单，齿形精度高，易于推广等优点。

　　端圆环面包络圆柱蜗杆副由端圆环面包络圆柱蜗杆与用直接展成法(或间接展成法)加工的蜗轮组成的蜗杆副。呈线(或点)接触。其啮合特性与ZC

　　3蜗杆副基础上，提出的一种新型圆弧圆柱蜗杆副(采用了凸凹公切线］又首先提出了滚刀与车刀不同齿廓的分阶式齿形(图7-30a、b)。该蜗杆副属于车削型曲纹面圆柱蜗杆副。蜗杆在轴向平面内呈凸凹双圆弧齿廓，蜗轮用直接展成法加工。它具有良好的啮合特性：充分利用了蜗杆凸圆弧齿廓的啮合特点;凸凹齿廓的联合使用，充分而有效地利用了大变位的优点;避免了蜗轮的根切与齿顶变尖;接触线形状有利动压油膜的形成;分阶式齿形避免了弱区(图7-30c)接触；圆弧半径可取小值充分发展了圆弧齿形的优点；蜗杆与滚刀的工艺性差，蜗杆不易磨齿。

　　端双圆环面包络圆柱蜗杆副安兆达提出的新型圆柱蜗杆副。蜗杆是用端双圆环面砂轮包络而成，砂轮轴线与蜗杆轴线°。加工蜗杆所用砂轮修整工艺简便，可加工出高精度硬齿面蜗杆。蜗轮是用直接展成法加工。组成的蜗杆副具有良好的啮合特性;接触线形状有利于动压油膜形成，承载能力、传动效率都较高。但到目前为止尚没有用于生产，其啮合特性的理论分析，试验研究都有待进一步探讨。

　　属于双曲面齿轮副的一种。该齿轮副的小齿轮是一个斜齿圆柱(螺旋)齿轮，配对的大齿轮是端面齿轮，两齿轮相对偏置安装。偏置圆柱蜗杆副是其中的一个特例(图7-31)。

　　由曲线齿廓的圆柱蜗杆与配对的端面蜗轮组成的交错轴齿轮副(图7-32a)。目前蜗杆曲线b、c)，蜗轮是用直接展成法加工而成。它具有偏置蜗杆副的一般特点。以C3

　　齿形的偏置圆柱蜗杆副为例，其特点为：接触线形状好，有利于共轭齿面间液体动压油膜的形成，诱导曲率半径大，同时啮合齿数多等良好的啮合特性，工艺性尚好，具有工作平稳、噪音小，承载能力大、传动效率高等优点，和ZC蜗杆副相比，可提高承载能力60％一150％、传动效率可提高10％；和ZA蜗杆副相比承载能力可提高200％～300％，效率可提高15％～20％。该蜗杆副的缺点是易出现根切，啮合特性及安装部位都不对称。为避免根切可采用非对称性齿形，或采用大压力角。

　　蜗杆与蜗轮共轭齿面间，以滚动摩擦代替滑动摩擦的蜗杆副，称滚动摩擦蜗杆副。这类蜗杆副种类很多，常用的有循环滚珠圆柱蜗杆副、滚球环面蜗杆副等。这类蜗杆副齿面之间已不再是完整的线接触，而是间断的点接触，实际工作中是齿面弹性变形后的间断椭圆面接触。一般说来，“共轭”齿面之间的摩擦系数小，传动效率高，工作平稳、噪声小；结构复杂，工艺性差，成本高。

　　滚珠环面蜗杆副环面蜗杆与以精密滚珠为轮齿的配对蜗轮组成的蜗杆副图7-33。该蜗杆副精度高，可作为分度蜗轮；重合度大，同时啮合齿数多；摩擦系数小，传动效率高；工艺性比一般环面蜗杆副好；工作时径向力大；齿面不易形成油膜，润滑条件差。

　　圆柱蜗杆螺旋面由循环排列的滚珠代替。与配对的蜗轮组成的蜗轮副图7-34。它可为单头、双头和多头蜗杆副。图示为单头循环滚珠圆柱蜗杆副。当蜗杆转动时，滚珠在螺旋槽内滚动，并循环移动，沿轴向的分运动推动蜗轮转动，形成了蜗杆副的啮合运动。这种蜗杆副齿面间摩擦系数小，传动效率高，但结构复杂，成本高。

　　具有特定齿形的圆柱蜗杆与配对蜗轮组成的圆柱蜗杆副(图7-35a)。其特点是：由于具有特定齿形，蜗杆副呈现封闭形(闭合)的接触线a、b)。该蜗杆副在啮合过程中，闭合的接触线逐渐滑移缩小，最后达到点接触时，一对轮齿脱开啮合。如图a所示，一对轮齿进入啮合时闭合接触线a)，闭合线包围的区域实际形成了一个“油腔”，啮合过程也是“油腔”的缩小过程，也是油压形成过程，故此闭合式接触线的形成也是改善共轭齿面间动压润滑条件的过程。封闭形接触线圆柱蜗杆副具有工艺性好、承载能力大、传动效率高、噪声小等优点，是改善圆柱蜗杆副传动质量的重要措施之一。图b示出了共轭齿面形成封闭式接触线的条件。

　　利用二次接触的基本原理，可以设计成一根蜗杆同两个蜗轮相啮合的双重蜗杆副。该传动形式可以提高承载能力和传动效率，另外也可以设计成速度分解机构(图7-36)。

　　是圆柱蜗杆副的变态形式，该蜗杆副充分利用了有利的啮合场，将蜗轮啮合工作区相对中间平间向啮出侧旋转了一个角度β，故称β传动(图7-37)。这种蜗杆副利用了良好接触线线段。改善了齿面间动压润滑条件，对直纹面圆柱蜗秆副尤为显著。图中推荐直纹面圆柱蜗杆副， θ=45°～50°，β

　　=15°～20°。圆弧齿圆柱蜗杆副，亦可采用β传动，推荐θ=35°～40°当x=0.5~1时β1=β

　　2=10°，θ=45°；当x=1～1.5时，β1=β2=5°～10°，θ=45°～48°，其形式见图a、b。双节点非正交蜗杆副是前苏联学者60年代提出的一种新型蜗杆副(图7-38)。该蜗杆副的蜗杆，可做成不同齿形的圆柱蜗杆，蜗轮是用直接展成法加工出来的，具有内齿圆和外齿圆的综合蜗轮，由于蜗轮结构所致，蜗杆副只能做成非正交轴，轴交角0＜∑＜90°。它相当于一个内啮合蜗杆副和一个外啮合蜗杆副的组合，在啮合过程中，瞬时有两个节点，故称双节点。

　　在车削型直廓环面蜗杆蜗旋面成形的基础上，用指状锥面铣刀代替车刀，由展成法加工的环面蜗杆。由图7-39可知指状铣刀的绕轴与形成圆周连，刃边与形成圆相切。加工蜗杆时，刀具除绕自身轴线高速转动外，还随形成圆按给定传动比转动。指状锥面包络环面蜗杆具有良好的磨齿工艺。

　　由指状锥面包络环面蜗杆与其作为产形轮(滚刀)直接展成的蜗轮，组成的环面蜗杆副。轴交角通常∑=90°，属于双包围环面蜗杆副。它是最逼近直廓环面蜗杆副的一种形式，它继承了直廓环面蜗杆副的啮合优点，具体表现在：可实现具有高精度、硬齿面、低粗糙度的蜗杆，有效的解决了滚刀的刃磨工艺;“原始型”直廓环面蜗杆副有两条接触线，其中“静线”实际上是齿面上的一条棱线，诱导曲率最大，而该蜗杆副，这条接触线变成作用在狭窄面积上滑移的一组“动”接触线，减小了接触应力;改善了多头蜗杆的加工工艺，且不易发生根切，这些与平面二次包络环面蜗杆副相比也是优越的，通过“角度修正”,“静线”啮合宽度变大，更有利于双接触线优越性的发挥。这种环面蜗杆副适用于多头数，小传动比、大尺寸的场合。

　　指状锥面刀具展成环面蜗杆的过程，相当于产形轮和蜗杆的啮合过程，若产形轮(即指状锥面铣刀或砂轮)的绕轴和蜗轮轴线不重合，而倾斜角度△γ，这时展成的蜗杆称“角修正”指状锥面包络环面蜗杆。

　　由曲面齿廓蜗轮(齿轮)为产形轮，用展成法加工的环面蜗杆。产形轮的工艺条件尚好，但蜗杆的磨齿工艺较差。

　　用平面产形轮，展成加工环面蜗杆螺旋面时，选定一个平面，使初始角为β，然后使β角在加工蜗杆的过程中发生变化，从蜗杆入口端开始，到喉部为止，再将角度变化反回到出口端部。用这种方法加工的环面蜗杆称变β角平面包络环面蜗杆。这种修正型环面蜗杆，可有效地防止蜗杆齿顶变尖和根切。到目前为止，该蜗杆尚未推广应用，有待进一步研究。

　　将凸形圆弧成形车刀刃面作为蜗轮轮齿的一个端面，且放置在中间平面内，在加工蜗杆时按照给定的中心距a0

　　，使蜗杆绕自身轴线，车刀绕蜗轮轴线相对转动，这时车刀刃廓的轨迹面，即环面蜗杆螺旋面。而蜗轮轮齿则是直径和车刀圆弧直径有相配关系的套筒滚子。这种蜗杆和蜗轮组成的蜗杆副(图7-40)，呈点接触，称点接触针轮环面蜗杆副。其主要啮合特点是：呈点接触，安装工艺良好;由共轭面间的滑动摩擦变成了滚动摩擦，提高了传动效率。大型蜗杆副更能表现其优越性。图中示意出车刀加工蜗杆的原理。