新型蜗杆蜗轮论文

1、分类号 密级 UDC注1 教师姓名 范元勋 教授 专业 车辆工程 学号 914102270131 班级 9141010E03 学生姓名 徐祖康 题目 新型蜗杆传动 摘要蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分蜗杆传动，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，涡轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，涡轮转过两个齿。按蜗杆形状的不同可分：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构,蜗杆传动单级传动比大,传动平稳,噪声小,而且能够自锁。但其蜗轮加工制造困难,而

2、且材料为青铜,致使 蜗杆传动难以实现精密传动。为此研制一种具有高精度,且蜗轮加工工艺简单的新型蜗杆传动副。 本文首先阐述新型蜗杆基本原理。本文为新型精密蜗杆传动副的进一步研究提供了理论基础和依据。新型精密蜗杆传动副具有高精 度,加工制造方便,节省材料等特点,如大力发展具有广泛的应用前景。关键词: 新型蜗杆，涡轮，齿面加工，啮合理论 AbstractThe worm gear worm and worm wheel, worm drive parts. Worm and thread as a right-handed and left-handed of worm drive, called

3、the worm and the worm. The worm dextral left only one helix called single head worm or worm rotation of a gear turbine turned, if two a helical worm, called double worm worm, namely rotation of turbine around two teeth. According to the different shape of the worm can be divided into: cylindrical wo

4、rm drive, worm gear, bevel gear and worm drive. A drive mechanism is the most widely used in modern machinery, single stage worm drive large transmission ratio, smooth transmission, low noise, and can self lock. But the worm gear manufacturing difficulties, and the material is bronze, the worm drive

5、 is difficult to achieve precise transmission. Therefore the development of a high precision, and the new worm processing simple Transmission vice. Firstly, this paper expounds the new worm principle. This paper for further study on the new precision worm transmission pair provides theoretical basis

6、 and foundation. New precision worm drive vice has the advantages of high precision, convenient manufacture, save materials, such as developing has broad application prospects. Key words: new worm, turbine, tooth surface machining, meshing theory 目录1 绪论 1.1 研究背景与意义 1.2 国内外研究现状2 蜗杆涡轮介绍 2.1蜗轮蜗杆啮合

7、的条件 2.2蜗轮加工方法的初讨论 2.2.1 齿轮滚刀加工蜗轮方法的探讨 2.2.2 单刀分步法展成切制蜗轮 2.2.3 蜗轮飞刀模拟法加工蜗轮 3 新型蜗轮蜗杆的设计简介 3.1传统蜗轮蜗杆传动设计 3.2蜗轮蜗杆新型环面蜗杆传动介绍研究 3.3蜗轮蜗杆新型圆弧齿圆柱蜗杆传动分析 3.4平面二次包络环面蜗轮蜗杆技术4 总结与展望 1 总结 2 展望参考文献附录1 绪论1.1 研究背景与意义 齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。它可以用来传递空间任意两轴间的运动和力，并且具有传动准确，平稳，机械效率高，使用寿命长和工作安全可靠等特点。齿轮的精度和性能将直接影响到机械的精度，所以可

8、提高齿轮性能来提高机械机构精度会有很好的效果。 蜗轮蜗杆传动作为一种重要的机械运动传递方式，由于其具有传动比大、传动平稳等许多独特的优点，在机械装置中应用极为普遍。但其也有缺点，如蜗杆传动的效率低，特别是自锁时，对散热的要求较高，制造时蜗轮一般需要采用贵重的减磨材料青铜等。传统的蜗轮蜗杆种类虽然很多，但是其基本啮合原理是交错角为 90 度的特殊螺旋齿轮传动。蜗轮需要专门的滚刀切削加工，为了减小摩擦、磨损，蜗轮需用铜等耐磨材料制造，使得它无法采用磨削等精加工手段以获得高精度。为了简化加工，蜗杆一般是在垂直于轴线的端面上，其齿形为阿基米德螺线，即阿基米德蜗杆。蜗轮加工的典型工艺为精密滚齿、剃齿、珩

9、齿或研齿进行齿面精加工，其中涉及的精密蜗轮滚刀、剃齿刀是专用刀具，且价格昂贵。受设备、材料等因素影响，传统蜗轮精度难以进一步提高。 以蜗轮蜗杆为传动件的机械运动传递装置在各种机械装置中应用极其普遍。其中用于精密分度的精密蜗杆传动对于许多精密机械装置的工作精度起着决定性的作用。但是由于传统蜗杆传动中蜗轮加工精度难以提高，限制了传动精度的提高，因而也就对相关传动装置的工作精度提高造成较大影响。因此，开发研制精密蜗轮蜗杆传动技术具有极大的技术价值。1.2 国内外研究现状 蜗轮蜗杆传动的发展概况从本世纪 20 年代起 ,蜗轮蜗杆传动技术及其啮合理论得到迅速发展。对已有的蜗轮蜗杆副进行了改进,提高了承载

10、能力 、使用寿命和传动效率 , 同时发明了很多新型蜗杆传动, 如二次包络尼曼圆柱蜗杆副、偏置蜗杆副 、圆弧圆柱蜗杆及其各种变态形式,为蜗杆传动技术的发展开辟了道路。50 年代初西德 Flender 公司把尼曼(G .Niemnn)教授“凹面齿圆柱蜗杆副” 的研究成果以“CAVEX” 商标投放市场, 60 年代日本三菱公司购进西德“CAV EX” 型蜗轮蜗杆专利 ,从此两国对“CAVEX”型蜗轮蜗杆不断改进, 水平不断提高 , 在国际市场上有较强的竞争力。包络环面蜗杆传动近年来在我国发展十分迅速,其中尤以平面一次包络和平面二次包络环面蜗杆传动最为突出 。60 年代初我国开始引进 、研制平面一次包

11、络环面蜗杆传动 ,成功地应用于冶金 、机床行业。1971 年我国冶金等部门又创制成功平面二次包络环面蜗杆传动。该传动具有承载能力大、传动效率较高和蜗杆可以磨削等优点, 现已大量应用于冶金设备, 并在造船 、采矿、机械、建筑、天文等各个行业中使用 , 受到普遍欢迎。表明我国的蜗杆制造水平已达到了一个新的阶段。随着材料技术 、润滑技术、计算机技术等一系列新技术的发展,大大促进了蜗杆传动技术的进步 ,诸多新型蜗杆传动相继问世，并在现代工业中广泛应用 。目前,蜗杆转速可达 3000 r/min ,蜗轮转矩可达2000 k N .m , 圆周力可达 800 k N , 直径可达 2000mm 以上 ;中

12、心距可达 1200 mm , 蜗杆头数可达 13 ;能够满足多种设备和不同工况条件的需要 。2 蜗杆涡轮介绍2.1蜗轮蜗杆啮合的条件 蜗轮蜗杆要完成正确啮合，就需要满足一下的几个条件。 1.蜗杆头数推荐值为1、2、4、6，当取小值时，其传动比大，且具有自锁性；当取大值时，传动效率高。 2.蜗杆蜗轮传动中蜗轮转向的判定方法，可根据啮合点K处方向、方向（平行于螺旋线的切线）及应垂直于蜗轮轴线画速度矢量三角形来判定；也可用“右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四指拇指”来判定。3.中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，即蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴面模数且为标准值；蜗轮的端面压力角应等于蜗

13、杆的轴面压力角且为标准值.4.当蜗轮蜗杆的交错角为时，还需保证，而且蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。四、几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同，需注意的几个问题是： 1.蜗杆导程角()是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为，蜗轮的螺旋角，大则传动效率高，当小于蜗轮蜗杆啮合齿间当量摩擦角时，机构自锁。 2.引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时，q大则大，蜗杆轴的刚度及强度相应增大；一定时，q小则导程角增大，传动效率相应提高。2.2蜗轮加工方法的初讨论2.2.1 齿轮滚刀加工蜗轮方法的探讨 加工原理：圆柱蜗杆传动,相当于两轴交错 9

14、0°的螺旋齿轮传动。而螺旋齿轮相交 90°的传动的啮合条件是:法向模数相等，即n1 n2m =m ,法向压力角相等n1 n2 = 。且螺旋角互为余角，即1 2 + =90 。蜗杆传动与螺旋齿轮传动略有不同,它的啮合条件是：蜗杆的轴向模数与蜗轮的端面模数相等x1 t2m =m 蜗杆的轴向压力角与蜗轮的端面压力角相等，且蜗杆的螺旋角和螺旋升角是互为余角，即 + =90 。蜗杆的螺旋升角与蜗轮的螺旋角相等，1 2 = ，也就是杆传动中两轴的交错角为 =90 ，即1 2 + =90 。渐开线标准齿轮的滚刀是以法向参数为标准值。而蜗轮滚刀则以轴向模数为标准值，所以用标准齿轮滚刀加工蜗

15、轮，必须使蜗杆的法向模数等于标准齿轮滚刀的法向模数。2.2.2 单刀分步法展成切制蜗轮 由于蜗轮、蜗杆传动的两轴是互相交叉且垂直，如果将蜗杆看成是一把滚刀，同时蜗轮、蜗杆按设计的传动比匀速回转，这样加工出的蜗轮与蜗杆能够很好的啮合，并可确保瞬时速比不变，达到传动平稳的效果。由此可见，蜗轮的齿形是由蜗杆的齿形来决定的。根据这一成形原理，在滚齿机床上设计出一种刀杆，可使刀沿蜗杆齿形位置移动，同时要求蜗轮轮坯与刀具保持固定的回转速比，即可切制出理想的蜗轮齿形。2.2.3 蜗轮飞刀模拟法加工蜗轮 小批和大模数的蜗轮采用蜗轮飞刀模拟法来加工，可较大幅度降低加工成本，加工出的产品亦能满足生产要求。 所谓蜗

16、轮飞刀，就是在专用的刀杆上装一把切刀来代替蜗轮滚刀。相当于单齿的蜗轮滚刀。用飞刀滚切蜗轮时，飞刀每旋转一转，蜗轮转过的齿数应等于蜗杆的螺纹头数，使其完成分齿运动。为了能切出正确的蜗轮齿形，飞刀在滚切过程中还应作切向走刀，而蜗轮则相应作附加转动，当飞刀切向移动S 距离时，蜗轮应转动一个角度(fSr= (fr 为蜗杆分度圆半径)，完成其展成运动。 3 新型蜗轮蜗杆的设计简介3.1传统蜗轮蜗杆传动设计 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点，它广泛应

17、用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。   3.2蜗轮蜗杆新型环面蜗杆传动介绍研究提出了一种新型球齿包络环面蜗杆传动，其特点是蜗轮的球齿和蜗杆之间为滚动啮合，而球齿嵌在蜗轮体的球窝内可自在转变。 树立了球面包络环面蜗杆传动的空间啮合理论系统。推导了球面包络环面蜗杆的接触线方程、齿面方程、螺旋升角、一界、二界曲线和诱导法曲率方程。 用Mathematic软件求解了螺旋升角、接触线、界线函数、诱导法曲率，并进行了图形仿真。剖析了蜗杆轴截面齿廓外形，完成了基于Solid Works系统的蜗杆曲面的准确建模。 提出了对开剖分式的组合蜗轮构造。对传动参数进行

18、了优化设计，对传动构造进行了设计。基于Solid Works系统，完成了传动零件的三维仿真，并进行了虚拟装配。基于Cosmos Works模块，对啮合传动的强度进行了有限元剖析。 依据蜗杆齿廓构成道理，提出了采用范成法飞刀粗切蜗杆齿形、用球头砂轮准确磨削的加工道理和办法。 对新型减速器进行了试制。对3150型滚齿机进行了改装，完成了蜗杆的加工。为了包管分齿精度，蜗轮在数控铣床上加工。最终完成了整机的制造。 对新型减速器进行了实行研讨。反省发现，各个球齿受载平均。阐明蜗杆螺旋槽以及蜗轮的加工精度是较高的，选用的加工方案是可行的。实行后果还标明，新型减速器传动平稳，载荷较小时，传动效率较大，最高可

19、达92。并对实行后果进行了剖析，提出了进一步改良想象。3.3蜗轮蜗杆新型圆弧齿圆柱蜗杆传动分析 圆弧齿轮是一种斜齿圆柱蜗轮减速机传动，其基本齿条的法向（或端面）工作齿廓为圆弧（或近似于圆弧的某种曲线）。圆弧齿轮有单圆弧齿轮和双圆弧齿轮两类，单圆弧蜗轮是基本齿条的法向或端面工作齿廓为一段圆弧或近似圆弧的某种曲线，一般小齿轮为凸弧，大齿轮为凹弧，双圆弧齿轮的基本齿条的法向或端面工作齿廓为两段圆弧，或近似于圆弧的某种曲线所组成。其上半齿廓为凸弧，下半齿廓为凹弧。圆弧齿轮副是由一对相啮合的圆弧齿组成的平行轴齿轮副。在传动时，一个齿轮的凸圆弧齿廓与另一个齿轮的凹圆弧齿廓相啮合。圆弧齿蜗轮减速机

20、传动作为一种圆柱蜗杆传动形式，具有承载能力高，生产成本低，制造工艺简单，使用寿命长等优点。目前，圆弧齿轮传动主要是双圆弧齿轮，在我国石油，矿山，起重，运输，冶金，通用减速机等低速重载蜗轮传动和透平压缩，制氧，鼓风机等高速齿轮传动中得到比较广泛的应用。目前，圆弧齿轮传动在我国是以中硬齿面和软齿面传动应用为止，与此同时渗碳淬火刮削和碳氮共渗的硬齿面齿轮减速机在生产中也所应用。3.4平面二次包络环面蜗轮蜗杆技术平面二次包络环面蜗杆传动是一种新型蜗杆传动装置，具有蜗杆齿面硬度高（HRC58），表面经渗氮后精确磨削而成，精度高，表面光滑；加工过程与成形原理吻合度高，传动精度高；蜗杆与蜗轮的啮合为多齿接触

21、，每齿为瞬时双线接触，齿面接触区可达70%以上；捏合面的综合曲率半径大；接触线与相对速度方向夹角大，动压油膜形成及保持性好等特点。平面二次包络环面蜗轮副是以一个平面为母线，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，然后再以蜗杆的齿面为母线，通过相对运动包络出蜗轮的齿面而形成的。用这种方法加工出的平面二次包络蜗轮副具有与蜗杆同时啮合齿数多；齿面硬度高（HRC58），粗糙度低（Ra0.8)，齿形精度高；齿面接触面积大，接触线总长度长；齿面润滑角大，啮合中容易形成动压油膜，减少齿面磨损等特征。平面二次包络环面蜗轮蜗杆与普通蜗轮蜗杆相比，承载能力达，传动效率高，耐磨损，使用寿命长。可广泛应用于矿山、冶金

22、、化工、船舶等机械设备的设计制造中。4 总结与展望1 总结蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁， 即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。上海枫信减速机厂在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。蜗轮蜗杆机构常被用于减速机两轴交错、传动比大、传动功率不大

23、或间歇工作的场合。新型蜗杆蜗轮的设计有效地弥补了传统蜗轮蜗杆设计中的不足，减小了磨损，加大传动效率。2 展望 蜗轮蜗杆随着工业的发展机械自动化越来越普遍，电机，马达，减速机的出现引领自动化机械工业革命。 蜗轮蜗杆是一种动力传达机构，在机械工业中的应用相当广泛，但是鉴于传统蜗轮蜗杆传动的局限性，新型蜗轮蜗杆的设计应运而生，适应了需求和市场。在不久的将来定会大有用途，前景十分开阔。参考文献1 李雪梅.  蜗轮蜗杆的测绘J. 机床与液压. 2005(11) 2 郑同雷.  推钢机蜗轮蜗杆减速机的故障分析与解决方法J. 产业与科技论坛. 2013(11) 3 张长福.  蜗杆传动作用力的计算问题J. 成都纺织高等专科学校学报. 2000(03) 4 尹见平.  强力车削蜗杆的方法