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）能夠實現(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，結構緊湊；

（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）轉動的直線旋轉，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，通過改變相關的工藝參數(shù)，經(jīng)調整機床切齒后，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回轉的同時，蝸桿繞其軸線O1-O1以角速度ω1回轉，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國際市場的競爭能力。