淺釋蝸輪蝸桿傳動(dòng)中齒形的影響與改善

王樑劉玲

(安陽工學(xué)院，河南 安陽 455000)

在種類繁多的減速裝置中，蝸輪蝸桿減速裝置以其獨(dú)特的優(yōu)勢，占據(jù)了市場中相當(dāng)?shù)姆蓊~，但生產(chǎn)廠家的質(zhì)量卻是良莠不齊，其中，齒形是否準(zhǔn)確是影響蝸輪蝸桿傳動(dòng)質(zhì)量的主要原因之一。

1 蝸輪蝸桿齒形的分析

提高蝸輪蝸桿齒形的準(zhǔn)確性，是有效提高蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率、降低傳動(dòng)噪聲和溫升的重要手段。

首先，簡單地分析蝸桿的齒形:蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，一般有5種齒形:即ZA型、ZN型、ZI型、ZK型和ZC型，但在減速機(jī)行業(yè)中，最常見到的齒形一般有ZA型和ZN型2種。其中，ZA型也就是阿基米德螺線型，它的齒形主要特點(diǎn)是軸向直廓(圖1)。

而ZN型也就是延伸漸開線型，齒形主要特點(diǎn)是法向直廓，同時(shí)它又分齒直廓和槽直廓2種(圖2)。

ZA型齒形的蝸桿便于車削加工，但不便于磨削加工，齒形精度不高，直接影響傳動(dòng)精度;ZN型齒形雖然車削加工稍有不便，但磨削加工卻很方便，蝸桿齒形精度可控制得很好，但其蝸輪滾刀的制造卻十分困難，齒形很難控制，從而會(huì)使蝸輪齒形不準(zhǔn)，同樣會(huì)降低傳動(dòng)精度。而ZA型滾刀的制作卻方便得多，齒形也更容易保證。因此，許多生產(chǎn)廠家都優(yōu)先采用ZA型蝸輪蝸桿，這樣，首先保證了蝸輪齒形的準(zhǔn)確性，至于蝸桿的齒形問題再采用其他方法來予以修正，以保證蝸輪蝸桿傳動(dòng)的準(zhǔn)確性。

蝸輪蝸桿齒形不準(zhǔn)，是造成蝸輪蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲、發(fā)熱等傳動(dòng)缺陷的主要原因。當(dāng)然，箱體加工精度、使用軸承精度也是一個(gè)重要因素。

2 提高蝸輪蝸桿齒形的準(zhǔn)確性分析

如何解決齒形問題，也是許多蝸輪蝸桿減速機(jī)廠家不斷探索的課題。

現(xiàn)在，我們針對ZA型蝸輪蝸桿齒形的加工工藝及齒形的成形加以分析和探討，簡單了解一下ZA型蝸輪蝸桿齒形傳動(dòng)中的問題和改善的方案。其實(shí)，從圖1中可以看出，ZA型蝸輪蝸桿的齒形在沿蝸桿軸向截面內(nèi)，其齒形就像梯形槽，組成齒形的輪廓線均為直線，這對車加工很有利，只要使車刀主偏角的后角大于蝸桿的螺旋升角就可以了，但為了進(jìn)一步提高齒形表面精度，往往需要采用磨削加工。由于蝸桿的螺旋升角不可能為0°，所以砂輪在磨削蝸桿齒面時(shí)，磨頭也必須轉(zhuǎn)過一個(gè)與螺旋升角相同的角度，這樣，砂輪才能既磨削到需要磨削的齒面而又不會(huì)破壞已磨過的齒面，但問題也就此產(chǎn)生，如圖3所示。因?yàn)樯拜喰D(zhuǎn)過一個(gè)角度后，它已經(jīng)無法磨削到蝸桿軸向齒面位置，真正磨削到的是蝸桿法向齒面，此時(shí)磨出的齒形并非軸向直廓的ZA型，而是法向槽直廓的ZN型，這與蝸輪的ZA型齒形是不匹配的，這樣2種齒型不同的蝸輪蝸桿進(jìn)行嚙合時(shí)，其傳動(dòng)平穩(wěn)性就會(huì)大大下降，隨之而來的噪聲、振動(dòng)、發(fā)熱、效率低下等缺陷就會(huì)大大增加，直接影響蝸輪蝸桿減速機(jī)的品質(zhì)。

3 改善蝸輪蝸桿齒形準(zhǔn)確性的方案

改善這種狀況的辦法無非兩種:一種就是將蝸輪的齒型也加工為ZN型。但這一點(diǎn)我們前面已講過，由于ZN型滾刀制造困難，齒形很難控制。所以，多數(shù)廠商都采用第二種方法，設(shè)法修整磨削蝸桿的砂輪的齒形，使它能夠通過磨削蝸桿法向齒面，磨出軸向齒面為ZA型的齒形。目標(biāo)已很明確，但如何通過磨削蝸桿法向齒面來磨出軸向齒面為ZA型的齒形呢?采用數(shù)控砂輪修整器，將砂輪的磨削面修整為特殊的，符合要求的非規(guī)則曲面，用修整后的砂輪去磨削蝸桿法向齒面，這樣，在蝸桿的法向截面上，齒形是2條非規(guī)則曲線，而在蝸桿軸向截面上，卻是2條標(biāo)準(zhǔn)的ZA型齒形直線。以北京產(chǎn)S7525螺桿磨床為例，它自身帶有一套直線砂輪修整器，用它來修出ZA型齒形的砂輪非常困難，即使是使用仿形樣本靠模，磨出的齒形也是很不準(zhǔn)確的，這是因?yàn)橐粊斫饎偸P尖走的軌跡和靠模樣本并不完全符合，二來靠模本身也易磨損變樣。而對數(shù)控修整器來講，這些缺點(diǎn)都不存在，它是由一個(gè)小型十字?jǐn)?shù)控滑臺(tái)組成，見圖4。拖板在2臺(tái)相互垂直的數(shù)控電動(dòng)機(jī)的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)下，可以走各種各樣的曲線，而將修整器置于其上的話，修整器即可修出各種各樣的砂輪曲線，以滿足磨削蝸桿時(shí)所需要的砂輪齒形，確保齒形的準(zhǔn)確性。而磨削蝸輪蝸桿所需的導(dǎo)程角，仍由原機(jī)床上一套手輪轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來完成，見圖5。

當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)的螺桿磨床還可用一套五軸三聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)磨削過程的全自動(dòng)化控制加工，使產(chǎn)品的性能更加穩(wěn)定。

4 結(jié)語

以上所述，只是在ZA型蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，采用磨削蝸桿的齒形，克服由于齒形不準(zhǔn)所造成的不良影響，來改善傳動(dòng)質(zhì)量，提高產(chǎn)品品質(zhì)的手段之一。如果能在提高蝸桿齒形的同時(shí)，對配對的蝸輪輪齒表面增加剃齒工藝或加大蝸輪滾刀直徑系數(shù)等方法并用的話，將會(huì)大大降低蝸輪蝸桿的傳動(dòng)噪聲和溫升，傳動(dòng)效率有所提高。無用功減少，有用功增加。區(qū)區(qū)拙見，如有不當(dāng)之處，還望各位同仁多多批評指正，共同商榷。

［1］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:3卷［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.