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蜗轮蜗杆机构

目录

蜗轮蜗杆机构的简介

    蜗轮蜗杆机构又称为蜗杆传动机构,用于传递两交错轴之间的运动和动力,以蜗杆为主动件,通常两轴交错较为90°。一般用作减速转动,广泛应用于各种机械设备和仪表中。其中蜗杆是只具有一个或几个螺旋齿,并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。从外形上看,蜗杆类似螺栓,蜗轮则很象斜齿圆柱齿轮。工作时,蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。为了改善轮齿的接触情况,将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形,使之将蜗杆部分包住。这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触,而不是点接触。

蜗轮蜗杆机构的分类

    按照蜗杆的分度曲面不同,可分为圆柱面蜗轮蜗杆机构,圆锥面蜗轮蜗杆机构和圆环面蜗轮蜗杆机构,至于与各类蜗杆配对的蜗轮齿廓,则完全随蜗杆的齿廓而异。蜗轮一般是在滚齿机上用滚刀或飞刀加工的。为了保证蜗杆和蜗轮能正确啮合,切削蜗轮的滚刀齿廓,应与蜗杆的齿廓一致;深切时的中心距,也应与蜗杆传动的中心距相同。
    最常使用的是普通圆柱蜗杆,其的齿面(除ZK型蜗杆外)一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同,所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线,普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)、法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)和锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)等四种。GB10085-88推荐采用ZI蜗杆和ZK蜗杆两种。

阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)

   这种蜗杆,在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上,齿廓为阿基米德螺旋线,在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线,其齿形角α0=20°。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角γ≤3°时)或双刀(当γ>3°时)车削加工。安装刀具时,切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。这种蜗杆磨削困难,当导程角较大时加工不便。 

法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)

   这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线,法面(N-N)齿廓为直线。该蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。这种蜗杆磨削起来也比较困难。

渐开线蜗杆(ZI蜗杆)

   这种蜗杆的端面齿廓为渐开线,所以它相当于一个少齿数(齿数等于蜗杆头数)、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。ZI蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切,其中一把刀具高于蜗杆轴线,另一把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。

锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)

   这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工,只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时,除工件作螺旋运动外,刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。这时,铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面,在I-I及N-N截面上的齿廓均为曲线。这种蜗杆便于磨削,蜗杆的精度较高,应用日渐广泛。

蜗轮蜗杆的正确啮合条件

  1、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杆的轴面压力角且为标准值,即m(杆)=m(轮),α(杆)=α(轮)。
   2、当蜗轮蜗杆的交错角为90°时,还需保证蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。
    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,当小于啮合齿间当量摩擦角时,机构自锁。
   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。
   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。与圆柱齿轮传动不同,蜗杆蜗轮机构传动比不等于蜗杆蜗轮机构的中心距。
    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。

蜗轮蜗杆机构的特点

  1、可以得到很大的传动比,比交错轴斜齿轮机构紧凑。
   2、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。
  3、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。
   4、具有自锁性。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。如在起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。
   5、传动效率较低,磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时,啮合轮齿间的相对滑动速度大,故摩擦损耗大、效率低。另一方面,相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重,为了散热和减小磨损,常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置,因而成本较高。
   6、蜗杆轴向力较大。

蜗轮蜗杆减速机常见故障原因及解决方法

常见故障原因

   1、减速机发热和漏油。为了提高效率,蜗轮减速机一般均采用有色金属做蜗轮,蜗杆则采用较硬的钢材。由于是滑动摩擦传动,运行中会产生较多的热量,使减速机各零件和密封之间热膨胀产生差异,从而在各配合面形成间隙,润滑油液由于温度的升高变稀,易造成泄漏。造成这种情况的原因主要有四点,一是材质的搭配不合理;二是啮合摩擦面表面的质量差;三是润滑油添加量的选择不正确;四是装配质量和使用环境差。
   2、蜗轮磨损。蜗轮一般采用锡青铜,配对的蜗杆材料用45钢淬硬至HRC4555,或40Cr淬硬HRC5055后经蜗杆磨床磨削至粗糙度Ra0.8μm。减速机正常运行时磨损很慢,某些减速机可以使用10年以上。如果磨损速度较快,就要考虑选型是否正确,是否超负荷运行,以及蜗轮蜗杆的材质、装配质量或使用环境等原因。
   3、传动小斜齿轮磨损。一般发生在立式安装的减速机上,主要与润滑油的添加量和油品种有关。立式安装时,很容易造成润滑油量不足,减速机停止运转时,电机和减速机间传动齿轮油流失,齿轮得不到应有的润滑保护。减速机启动时,齿轮由于得不到有效润滑导致机械磨损甚至损坏。
   4、蜗杆轴承损坏。发生故障时,即使减速箱密封良好,还是经常发现减速机内的齿轮油被乳化,轴承生锈、腐蚀、损坏。这是因为减速机在运行一段时间后,齿轮油温度升高又冷却后产生的凝结水与水混合。当然,也与轴承质量及装配工艺密切相关。

解决方法

  1、保证装配质量。可购买或自制一些专用工具,拆卸和安装减速机部件时,尽量避免用锤子等其他工具敲击;更换齿轮、蜗轮蜗杆时,尽量选用原厂配件和成对更换;装配输出轴时,要注意公差配合;要使用防粘剂或红丹油保护空心轴,防止磨损生锈或配合面积垢,维修时难拆卸。
   2、润滑油和添加剂的选用。蜗齿减速机一般选用220#齿轮油,对重负荷、启动频繁、使用环境较差的减速机,可选用一些润滑油添加剂,使减速机在停止运转时齿轮油依然附着在齿轮表面,形成保护膜,防止重负荷、低速、高转矩和启动时金属间的直接接触。添加剂中含有密封圈调节剂和抗漏剂,使密封圈保持柔软和弹性,有效减少润滑油漏。
   3、减速机安装位置的选择。位置允许的情况下,尽量不采用立式安装。立式安装时,润滑油的添加量要比水平安装多很多,易造成减速机发热和漏油。
   4、建立润滑维护制度。可根据润滑工作“五定”原则对减速机进行维护,做到每一台减速机都有责任人定期检查,发现温升明显,超过40℃或油温超过80℃,油的质量下降或油中发现较多的铜粉以及产生不正常的噪声等现象时,要立即停止使用,及时检修,排除故障,更换润滑油。加油时,要注意油量,保证减速机得到正确的润滑。

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