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?軋機(jī)壓下減速機(jī)蝸輪蝸桿副的選用
2023/08/24

軋機(jī)壓下減速機(jī)蝸輪蝸桿副的選用

    自軋鋼機(jī)問(wèn)世以來(lái),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(kāi)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(kāi)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?。?/p>

(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(kāi)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(guò)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(wú)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(jiàn)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(wèn)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(jiàn)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(lái)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(guò)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(lái)齒面進(jìn)行減薄,來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)中,通過(guò)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。