平面二次包络环面蜗杆传动设计

平面二次包络环面蜗杆传动是一种新型蜗杆传动装置，荣获国家二等发明奖。这种蜗轮副具有以下特点：

1.蜗轮齿面硬度高(HRC>=58)，表面经渗氨后精确磨削而成，精度高，表面光滑。

2.加工过程与形成原理吻合度高，传动精度高。

3.蜗杆与蜗轮的啮合为多齿接触，每齿位瞬时双线接触，齿面接触区可达70％以上。

4.啮合面的综合曲率大。

5.接触线于相对速度方向夹角大，动压油膜形成及保持性好。

6.此种蜗轮副承载能力大，传动效率高，耐磨损，可广泛地应用于冶金、矿山、化工、建筑、橡塑、船舶等各种行业种。

平面二次包络蜗轮副的技术特征：

平面二次包络蜗轮副是以个平面为母面，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，仁厚再以蜗杆的齿面位母面，通过相对运动包络出蜗轮的齿面而形成的（图一）

用这种方法加工出的平面二次包络蜗轮副，具有以下特征：

1. 蜗杆位环面蜗杆，与蜗轮同时啮合齿数多。

2. 蜗杆齿面经硬化处理后，精确磨制而成，齿面硬度高（HRC>=58）粗糙度低（Ra<=0.8）齿形精度高。

3. 齿面接触角度面积大，并且具有瞬时双线接触，触线总长度长（图二）。

4. 齿面润滑角度大，啮合中容易形成动压油膜，减少 齿面磨损（图三）。 所以平面二次包络蜗轮副合普通蜗轮副

平面二次包络环面蜗杆传动是一种新型蜗杆传动装置，荣获国家二等发明奖。这种蜗轮副具有以下特点：

1.蜗轮齿面硬度高(HRC>=58)，表面经渗氨后精确磨削而成，精度高，表面光滑。

2.加工过程与形成原理吻合度高，传动精度高。

3.蜗杆与蜗轮的啮合为多齿接触，每齿位瞬时双线接触，齿面接触区可达70％以上。

4.啮合面的综合曲率大。

5.接触线于相对速度方向夹角大，动压油膜形成及保持性好。

6.此种蜗轮副承载能力大，传动效率高，耐磨损，可广泛地应用于冶金、矿山、化工、建筑、橡塑、船舶等各种行业种。

平面二次包络蜗轮副的技术特征：

平面二次包络蜗轮副是以个平面为母面，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，仁厚再以蜗杆的齿面位母面，通过相对运动包络出蜗轮的齿面而形成的（图一）

用这种方法加工出的平面二次包络蜗轮副，具有以下特征：

1. 蜗杆位环面蜗杆，与蜗轮同时啮合齿数多。

2. 蜗杆齿面经硬化处理后，精确磨制而成，齿面硬度高（HRC>=58）粗糙度低（Ra<=0.8）齿形精度高。

3. 齿面接触角度面积大，并且具有瞬时双线接触，触线总长度长（图二）。

4. 齿面润滑角度大，啮合中容易形成动压油膜，减少 齿面磨损（图三）。 所以平面二次包络蜗轮副合普通蜗轮副

双锥面二次包络环面蜗杆副蜗杆设计优化设计专用设备硕士论文

双锥面二次包络环面蜗杆副优化设计及制造

【摘要】 双锥面二次包络环面蜗杆副作为一种新型传动方式,相较于普通圆柱蜗杆副,由于啮合齿数多、接触质量高、润滑条件好等特性,从而具有传动效率高、承载能力强、使用寿命长等优点。开展双锥面二次包络环面蜗杆副的研究,对促进产业升级和节能减排具有积极的经济和社会效益。本文侧重于双锥面二次包络环面蜗杆副的参数优化设计及其加工制造方法的研究,主要研究内容如下：以空间几何原理和齿面啮合理论为基础,根据双锥面二次包络环面蜗杆副理论,建立了蜗杆副齿面模型,对蜗杆齿宽、干涉界线和油膜厚度进行了分析和计算。以油膜厚度最大和接触线分布最优为目标,考虑避免蜗杆齿顶变尖和根切的约束条件,选择蜗杆喉部分度圆直径系数、主基圆直径系数和成型面倾角为优化参数,建立了满足实际加工要求的双锥面二次包络环面蜗杆副多目标优化模型,并通过实例对该模型进行了理论验证。以双锥面二次包络环面蜗杆副啮合理论为基础,结合现代机床研发技术,设计制造了蜗杆副加工设备,包括专用车床和磨床,以研制的专用加工机床为基础,对双锥面二次包络环面蜗杆副进行了加工工艺和流程的设计,并进行了实际试样加工。搭建了蜗杆减速器实验

蜗杆传动

一 选择题

(1) 对于传递动力的蜗杆传动，为了提高传动效率，在一定限速内可采用 B 。 A. 较大的蜗杆直径系数 B. 较大的蜗杆分度圆导程角 C. 较小的模数 D. 较少的蜗杆头数

(2) 蜗杆传动中，是以蜗杆的 B 参数、蜗轮的 A 参数为标准值。 A. 端面 B. 轴向 C. 法向 (3) 蜗杆传动的正确啮合条件中，应除去 C 。 A. ma1?mt2 B. ?a1??t2

C. ?1??2 D. ?1??2，螺旋相同

(4) 设计蜗杆传动时，通常选择蜗杆材料为 A ，蜗轮材料为 C ，以减小摩擦力。 A. 钢 B. 铸铁 C. 青铜 D. 非金属材料

(5) 闭式蜗杆传动失效的主要形式是 B 。

A. 点蚀 B. 胶合 C. 轮齿折断 D. 磨损

(7) 在标准蜗轮传动中，蜗杆头数一定，加大蜗杆特性系数q将使传动效率

第一章 引言

1.1概述

随着我国制造业的发展，加工中心的需求也在增加，特别是四轴、五轴联动的加工中心。作为数控机床的主要功能部件，数控转台在整个机床工具行业中的作用越来越重要。我湘潭大学机械工程学院近期够买的一台国产4轴4联动数控铣床配置的作为机床第四轴的数控转台就是TK13系列中的TK13250型号。在使用中已经充分暴露其刚性不足，在旋转过程中承载能力差的弱点。这几乎是国产数控转台的通病。生产厂家在其说明书已经明确的规定，转台处于非刹紧状态时只能承受较低的切削扭矩的零件加工。因此，数控机床虽有多轴联动的功能，却很难再转台参与联动的过程中进行实质性的切削加工，极大地限制了数控机床的使用范围。

上述弊端的存在，主要是因为传动链的最后一环的蜗杆蜗轮机构品质低劣，与国际上高品质的蜗杆蜗轮副相去甚远。精度、强度、寿命等均不在一个档次，所以要突破传统的蜗杆蜗轮传动模式，以环面蜗杆、行星滚子齿轮为传动链来改进

1.2超环面行星蜗杆传动的发展概况

超环面行星蜗杆传动(Tropical Drive)，是1966年由美国later系统公司的M .R .Kushner提出的发明专利，它由中心蜗杆、行星蜗轮、面内齿轮、行星架以及滚动体等组成。该机构工作时，动由

7 蜗杆传动

应用和类型

传动的特点和应用

组成：蜗杆、蜗轮（一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件）

作用：传递空间交错的两轴之间的运动和动力。通常Σ=90°

应用：用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造工业中。最大传递功率为750Kw，通常用在50Kw以下。

1）、传动比大。单级时i=5~80，一般为i=15~50，分度传动时i可达到1000，结构紧凑。

2）、传动平稳、噪声小。

3）、自锁性，当蜗杆导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，可实现自锁。

4）、蜗杆传动效率较低，其齿面间相对滑动速度大，齿面磨损严重。

5）、蜗轮的造价较高。为降低摩擦，减小磨损，提高齿面抗胶合能力，蜗轮常用贵重的铜合金制造。

7.1.2 蜗杆传动的类型

照蜗杆的形状不同分为：圆柱蜗杆传动(a)、环面蜗杆传动(b)、锥面蜗杆传动(c)。

（a）圆柱蜗杆传动

图7-1 蜗杆传动的类型

（c）锥面蜗杆传动

、圆柱蜗杆传动

右旋

蜗杆传动练习题

1.与齿轮传动相比较，_2）传动比可以很大____不能不作为蜗杆传动的优点。

（1）传动平稳，噪音小 （2）传动比可以很大（3）在一定条件下能自锁 （4）传动效率高

2.蜗杆与蜗轮正确啮合条件中，应除去____3）β1=β2 ___。

(1) ma1=mt2 (2)αa1=αt2 （（4）螺旋方向相同。

3.普通圆柱蜗杆传动中，_____在螺旋线的法截面上具有直线齿廓。

（1）阿基米德蜗杆（2）渐开线蜗杆（3）延伸渐开线蜗杆

4.圆柱蜗杆传动中的____（2）渐开线蜗杆___，在螺旋线的轴载面上具有直线齿廓。

（1）阿基米德蜗杆（2）渐开线蜗杆（3）延伸渐开线蜗杆

5.根据蜗杆螺旋面的形成原理和加工方法，_____磨削困难，精度较低。

（1）阿基米德蜗杆（2）渐开线蜗杆（3）延伸渐开线蜗杆

6.起吊重物用的手动蜗杆传动装置，宜采用_____蜗杆。

（1）单头、小升角（2）单头、大升角（3）多头、小升角（4）多头、大升角

7.螺旋压力机中蜗杆传动装置，宜采用_____蜗杆。

（1）单头、小升角（2）单头、大升角（3）多头、小升角（4）多头、大升角

8.阿基米德蜗杆的_____模数，应符合

机械设计 高等教育出版社

机械设计 高等教育出版社

蜗杆传动组成——由蜗轮和蜗杆组成蜗轮

蜗杆

a) 蜗杆下置

b) 蜗杆上置

机械设计 高等教育出版社

蜗杆传动的应用 蜗杆传动用于传递空间两交错轴之间的运动和转矩，两轴 线之间交错的夹角可以是任意的，但最常用的是两轴在空

间相互垂直，轴交角∑为90°。蜗杆 类型、特点，几何尺寸计算 传动 主要参数及其选择，轮齿受力分析—重点

本章

主要内容 蜗杆传动承载能力计算— 蜗轮轮齿强度、蜗杆刚

度计算蜗杆传动热平衡计算——控制温升，防止胶合破坏

机械设计 高等教育出版社

§6-1

蜗杆传动的类型及特点1.结构紧凑，传动比大(动力传动中， 一般单级传动比 i =8~80,在分度传 动中，可达1000) 2. 传动平稳，振动、冲击和噪声均很 小，在一定的条件下具有自锁性等

蜗杆传 动优点 一.蜗杆 传动的特 点

传动缺点——在制造精度和传动比相同的情况下， 蜗杆传动的摩擦发热大，效率比齿轮传动低，只 宜用于中、小功率的场合

机械设计 高等教育出版社

普通圆柱蜗杆传动 圆柱蜗杆传动 二、蜗杆传 动的分类 环面蜗杆传动 锥面蜗杆传动 n1 环面蜗杆传动 n2 圆弧圆柱蜗杆传动 n2

n1 圆柱蜗杆传动

n2

蜗杆传动

一、判断题（正确 T，错误 F）

1. 两轴线空间交错成90°的蜗杆传动中，蜗杆和蜗轮螺旋方向应相同。 （ ） 2. 蜗杆传动的主平面是指通过蜗轮轴线并垂直于蜗杆轴线的平面。 （ ） 3. 蜗杆的直径系数为蜗杆分度圆直径与蜗杆模数的比值，所以蜗杆分度圆直径越大，其直径系数也 越大。 （ ） 4. 蜗杆传动的强度计算主要是进行蜗轮齿面的接触强度计算。 （ ） 5. 变位蜗杆传动中，是对蜗杆进行变位，而蜗轮不变位。 （ ） 二、单项选择题

1. 与齿轮传动相比，（ ）不能作为蜗杆传动的优点。

A 传动平稳，噪声小 B 传动比可以较大 C 可产生自锁 D 传动效率高 2. 在标准蜗杆传动中，蜗杆头数一定时，若增大蜗杆直径系数，将使传动效率（ ）。

A 降

蜗杆传动

一 选择题

(1) 对于传递动力的蜗杆传动，为了提高传动效率，在一定限速内可采用 B 。 A. 较大的蜗杆直径系数 B. 较大的蜗杆分度圆导程角 C. 较小的模数 D. 较少的蜗杆头数

(2) 蜗杆传动中，是以蜗杆的 B 参数、蜗轮的 A 参数为标准值。 A. 端面 B. 轴向 C. 法向 (3) 蜗杆传动的正确啮合条件中，应除去 C 。 A. ma1?mt2 B. ?a1??t2

C. ?1??2 D. ?1??2，螺旋相同

(4) 设计蜗杆传动时，通常选择蜗杆材料为 A ，蜗轮材料为 C ，以减小摩擦力。 A. 钢 B. 铸铁 C. 青铜 D. 非金属材料

(5) 闭式蜗杆传动失效的主要形式是 B 。

A. 点蚀 B. 胶合 C. 轮齿折断 D. 磨损 (6) 下列蜗杆副材料组合中，有 B 是错误或不恰当的。

序号 1 2