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軋機壓下減速機蝸輪蝸桿副的選用

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

1.壓下蝸輪蝸桿副傳動分類

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

1.1圓柱蝸桿傳動

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

1.2環(huán)面蝸桿傳動

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

2.軋機壓下蝸輪蝸桿副常用幾種形式

目前，軋機壓下蝸桿減速機主要有直廓環(huán)面蝸桿傳動（俗稱球面蝸桿傳動）、二次包絡環(huán)面蝸桿傳動和尼曼蝸桿傳動三種傳動形式。

（1）用于傳遞空間交錯兩軸之間的運動和動力，通常兩軸的交錯角Σ=90°；

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)大傳動比交錯傳動，傳動動力和運動；

（3）傳動平穩(wěn)，震動、沖擊和噪聲均比較小；

（4）多對齒同時嚙合，且呈線接觸，承載能力大于交錯漸開線斜圓柱齒輪；

（5）能以單級傳動獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊；

（6）減速傳動時，齒比u的范圍為5≤u≤70，最常用為15≤u≤50；

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

（8）蝸桿齒面與蝸輪齒面間的嚙合摩擦損失比較大，傳動效率低，齒面容易磨損，有時會出現(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蝸桿傳動的失效形式

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

3 直廓環(huán)面蝸桿傳動特點

3.1形成原理

一個與蝸桿軸線在同一個平面上、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)運動，同時另有一條與成形圓相切并繞該圓心作等角度（ω2）轉(zhuǎn)動的直線旋轉(zhuǎn)，該直線在空間的運動軌跡曲面是直廓環(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)面蝸桿螺旋面運動軌跡的包絡面。在設計時，因蝸桿傳動技術(shù)參數(shù)的不同（例如：中心距a,傳動比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際的齒形。

3.2傳動特點

直廓環(huán)面蝸桿傳動與普通圓柱蝸桿傳動比較具有以下特點：

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

（2）共軛齒面在接觸點處誘導法向曲率半徑大，有利于降低齒面接觸應力；

（3）蝸桿和蝸輪互相包圍，同時參加嚙合的齒數(shù)多，降低了單齒載荷。

（4）蝸桿螺旋面進行了修形，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

（1）蝸桿加工

由于蝸桿齒面不是包絡形成的，齒面為不可展值紋面，實現(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。一般需要對蝸桿齒面進行修形，即根據(jù)所設計的修形曲面，通過改變相關(guān)的工藝參數(shù)，經(jīng)調(diào)整機床切齒后，按一定規(guī)律對原來齒面進行減薄，來達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準機床的回轉(zhuǎn)中心和刀具的刀刃延長線始終與成形圓相切。

單件或批量生產(chǎn)時，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行研磨。

4二次包絡環(huán)面蝸桿傳動的特點

4.1形成原理

一個平面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，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，為直齒平面包絡環(huán)面蝸桿，適用于傳動運動；當母面F與刀座軸線O2-O2的夾角β＞0時，為斜齒平面包絡環(huán)面蝸桿適用于傳遞動力。平面包絡環(huán)面蝸桿的螺旋齒面是以平面為母面經(jīng)過共軛運動包絡形成的展成齒面。平面包絡環(huán)面蝸桿與母面齒輪組成的傳動副，稱之為平面一次包絡環(huán)面蝸桿傳動與直廓環(huán)面蝸桿傳動在嚙合原理上極為相似，具有以下特點：

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

（2）共軛齒面在接觸點處誘導法向曲率半徑大，有利于降低齒面接觸應力；

（3）蝸桿和蝸輪互相包圍，同時參加嚙合的齒數(shù)多，降低了單齒載荷。

4.3加工工藝特點

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

5結(jié)語

了解并掌握蝸桿傳動的類型和每種傳動方式的共同點、各自特點和加工工藝方法，對軋機壓下減速機的設計選型是最基本的、最重要也是最關(guān)鍵的。因此在設計中應根據(jù)軋鋼設備具體指標參數(shù)和各工作特點，選擇滿足使用要求并且經(jīng)濟實用的傳動方式；在“軋機壓下蝸輪蝸桿副”的研制開發(fā)中，通過不懈努力，提升了蝸輪蝸桿減速機在國內(nèi)國際市場的競爭能力。