1. 正基元齒輪 平面二次包絡蝸輪蝸桿副技術

      相比普通圓柱蝸桿副,平面二次包絡蝸輪副有幾個明顯優勢:增加扭矩、提高精度和延長使用壽命。

      蝸輪副的概念產生于古代,現在普遍公認,阿基米德是蝸輪副的發明者,使用蝸桿轉動帶齒的輪,達芬奇在500多年前就想像到了平面二次包絡蝸輪副,并帶給了我們平面二次包絡蝸輪副的概念,但卻是塞繆爾在1920年后期,才開發了實用的技術來生產平面二次包絡蝸輪副。

      蝸輪的種類
      有三種形式的蝸輪,無喉圓、單喉圓、雙喉圓,如圖1所示:

      平面二次包絡蝸輪副技術 

      無喉圓蝸輪副,蝸桿和從動蝸輪均無喉圓,單喉圓蝸輪副,一個部件(通常是從動蝸輪)有喉圓,雙喉圓蝸輪副,蝸桿和從動蝸輪均有喉圓。

      改善接觸斑點
      相比其他類型的蝸輪副,平面二次包絡蝸輪副具有幾個關鍵優勢;

      圓柱蝸輪副,只有一或兩個輪齒與蝸桿接觸。平面二次包絡蝸輪副,基于不同的傳動比,可以有三至十一個輪齒與蝸桿接觸。與蝸桿接觸的從動蝸輪齒數的增加顯著的增加了扭矩能力,同時也增加了抗沖擊載荷能力。

      除了與蝸桿接觸的從動蝸輪齒數的增加,平面二次包絡蝸輪副也增加了每一個輪齒的接觸面積,蝸桿螺紋和從動蝸輪輪齒的瞬時實際接觸區域是多線接觸,平面二次包絡蝸輪副的多線接觸可以增加扭矩傳輸能力并降低每個輪齒承受的壓力。

      平面二次包絡蝸輪副技術


      圖2 顯示了一個圓柱蝸桿副,有兩個輪與蝸桿嚙合。每對嚙合輪齒的接觸線延伸到輪齒齒寬的一半。就像一個輪齒的轉動是通過其圓弧與蝸桿接觸,這條接觸線從齒頂掃到齒根,這條接觸線與蝸桿螺紋的滑動方向大體一致。

      平面二次包絡蝸輪副技術

      任何時刻均有三至十一個輪齒與蝸桿嚙合(本圖為五個輪齒)。在嚙合周期的關鍵部分,平面二次包絡蝸輪副產生兩條而不是一條接觸線,由于一個輪齒的轉動是通過其圓弧與蝸桿接觸,一條接觸線保持在齒的中心,另一條接觸線從輪齒左側(嚙入端)滑向輪齒中心。輪齒通過接觸圓。c4和5)運動的最后,這兩條接觸圓弧在輪齒中心處匯集成一條接觸線。這些接觸線與蝸桿螺紋滑動方向接近垂直。
      由于輪齒的轉動是通過其圓弧與蝸桿接觸,一條接觸線保持在輪齒中心位置,同時,另一條接觸線從齒的一端掃向輪齒中心。兩條接觸線在嚙合周期快結束時會合為一條。

      二次包絡技術的先進性
      二次雙包絡設計的優勢是顯而易見的,首先,總荷載由更多的輪齒來分配承載,進而這些被分配了的荷載又由兩條接觸線承載,這種載荷的優化分配極大地增強了蝸輪副的承載能力。其次,加強了的扭矩承載能力可以實現用小尺寸的減速機完成同樣載荷的扭矩傳遞,結果是減速機的尺寸更小、重量更輕。平面二次包絡蝸輪副能夠實現的承載能力,需要更大尺寸和重量的圓柱蝸輪副才能實現。

      優異的潤滑特性
      與蝸桿嚙合的蝸輪齒數的增加,使得蝸輪輪齒上任意點處的載荷都得以降低,從而改善潤滑性能。另外,由于雙包絡蝸輪輪齒的幾何形狀進行了優化,由此產生的在每個輪齒上有兩條接觸線,這兩條接觸線進一步分散了載荷并改善潤滑,而且由于接觸線與蝸桿螺紋的滑動方向接近垂直,潤滑油更容易被引入介于輪齒和螺紋表面之間的空隙。由于方向的垂直,使得潤滑油在接觸線寬度方向上通過的距離非常短。而對于普通圓柱蝸桿來說,蝸桿螺紋的滑動方向卻是平行于接觸線的方向,這種平行移動增加了潤滑油被擠出,進而造成金屬對金屬的直接接觸摩擦的可能性。

      平面二次包絡蝸輪副的設計
      平面二次包絡蝸輪副的設計基于一個獨特的齒形概念,作為漸開線或其他圓弧齒形的替代,絕大多數的平面二次包絡蝸輪副,其蝸輪輪齒和蝸桿螺紋都具有直邊齒形,而且該直邊齒形與同一基圓的相切。(見圖5)

      平面二次包絡蝸輪副技術

      絕大多數的平面二次包絡蝸輪副,其蝸輪輪齒和蝸桿螺紋都具有直邊齒形,且該直邊與同一基圓的相切。經過多年的經驗積累,已經建立了能夠滿足實際應用要求的各種參數的比例關系,如螺旋角、壓力角、蝸輪齒數、齒寬、蝸桿節圓直徑和蝸桿齒根圓直徑的關系、齒厚及側隙。這些參數曾經被用于建立一個標準的平面二次包絡蝸輪副生產線和能滿足特種應用的專用蝸輪副生產線。

      平面二次包絡蝸輪副是典型的55%比45%齒厚比設計,即蝸輪齒距55%和蝸桿齒距45%。這種均衡設計的原因是由于蝸桿的材質是合金鋼(120,000 psi yield),強度高于蝸輪,, 蝸輪的材質是錫青銅(25,000 psi yield),強度低于蝸桿。通過使蝸輪齒厚大于蝸桿齒厚,使得這兩個數字的相對強度更接近一致。

      側隙
      齒輪側隙一般定義為相嚙合齒之間的間隙。為便于測量和計算,側隙被定義為一個數值,這個數值是在蝸輪節圓上的齒槽寬超過相嚙合蝸桿齒厚的數值;蛘呖梢哉f,側隙是當蝸桿固定時,蝸輪在節線上的移動量(毫米)或蝸輪的轉動量(度或弧分)。

      應用
      相比圓柱蝸輪副,平面二次包絡蝸輪副的側隙很小,平面二次包絡蝸輪副的高精度特性,使其特別適用于像金屬切割和成型機械、印刷和包裝機械等對精度控制嚴格的應用場合。

      平面二次包絡蝸輪副可應用于各種需要實現精確位置控制和增加承載能力的各種工業領域。

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