平面二次包络减速机
来源：河北海洋传动机械制造有限公司2022/10/6 13:51:5356
导读:
l 前言
平面蜗轮传动产生于1922年美国，主要用于精密分度，如天文望远镜、齿轮测量仪、圆刻线机等。由于制造工艺简单，容易获得高精度，其齿距误差可达到0．25”以内，只适用于大传动比的场合。1951年日本佐藤发明了斜齿平面蜗轮传动，由大传动比扩展到中、小传动比(1一lO)。1969年日本石川昌一获得了平面包络环面蜗杆环面蜗杆传动的，介绍的内容是指这种蜗杆的标准传动。其蜗轮可以用展成法加工，生产效率提高了，承载能力、传动效率也有明显地增长。我国从2O世纪6O年代初开始，由机械工业部机械科学研究院(现郑州机械研究所)开展了平面蜗轮的研究工作。1964年与石景山钢铁公司机械厂(即首钢机械厂)合作研制成中心距为540 mm的平面蜗轮副，用于30 t转炉的倾转机构中；成功制造蜗轮直径2 160 mm的精密分度蜗轮副，用在天文远镜上，其一齿运动误差小于l”。1971年首钢公司机械厂在制造斜齿平面蜗轮副的基础上，创造了我国套平面包络环面蜗杆副，并用于生产。北京市和原冶金工业部于1977年命名这种蜗杆副为“首钢(SG)一7l型蜗杆副”。
目前我国已成功研制成中心距l 200 mm和760 mm的平面包络环面蜗杆传动压下装置，而且利用计算机对蜗杆副齿形参数进行优化选择，用机械CAD对蜗杆副、减速机及蜗轮滚刀进行辅助设计，用环面蜗杆专用机床及的工艺路线，对蜗杆及蜗轮滚刀进行与其成形原理*一致的加工，不需任何修形。
2 传动原理
平面二次包络环面蜗杆副是以一个平面为母面，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，再以蜗杆的齿面为母面，通过相对运动包络出蜗轮的齿面。与以往常用蜗杆的螺旋齿面在原理上虽然相似，但以往的螺旋齿面在原理上是以一直线或平面曲线为母线作螺旋运动而形成，这样的蜗杆齿面绝大多数(除渐开线圆柱蜗杆外)难以用砂轮作符合其形成原理的精确磨削，因而影响了蜗杆及蜗轮滚刀的磨削工艺和淬火处理，影响蜗杆齿面硬度和制造精度的提高，以及齿面粗糙度的减小。
3 主要特点
3.1 承载能力大
与同规格的圆柱蜗杆相比，承载能力提高3—5倍。平面包络环面蜗杆由于其外廓母线决定了能多齿同时进入啮合，这样增大了接触面积，减少了齿面压力，能承受大的冲击载荷。蜗杆蜗轮的接触线是在沿齿高方向上，并且齿面的啮合是在接触线上，因此具有很小的相对曲率，使接触应力减少。双线接触的特点是在蜗杆和蜗轮啮合中同时有两条接触线进人工作区域。这和增加啮合齿数一样，可提高承载能力。
精确地磨削蜗杆齿面——蜗杆的几何尺寸和表面光洁度是直接由精密磨削完成，实现其高质量的，保证耐磨防止大负荷时油膜破坏。
高精度的蜗杆—— 蜗杆设计上保证有足够的刚性，以致于它的弯曲和其他因素不能影响上述有利的啮合特性。
3.2 高效率
(1)大的滑动角。由于接触线和相对滑移速度方向之间有很大的角度(滑动角)，并且沿滑动的方向相对曲率半径大，导致齿面间良好的润滑条件是高效率的主要原因，高可达95％ 。
(2)小的啮合摩擦系数。精密磨削后的蜗杆使其啮合磨擦系数降至限度。
3.3 无噪声和稳啮合
为了防止处于啮合时的蜗杆不产生冲击和振动，对蜗杆人口和出口进行了倒坡处理。其加工工艺过程与成形原理*一致，能够可靠地保证制造精度和啮合的理论状态。
3.4 传动比选择有较大范围
对设计中使环面蜗杆简单地增加头数，可使其传动比有较大范围，因此可在一个单级减速器中有较大的传动地选择范围。
3.5 高质量的材质及热处理方法
平面包络环面蜗杆减速器中的蜗杆是经高质量的铬钼钢离子氮化处理，齿面硬度高(HRC>50)，表面粗糙度等级提高(Ra<0．8)，蜗轮是离心铸造磷锡青铜，因此可获得高的可靠性和大的载荷量。
3.6 结构紧凑合理
平面包络环面蜗杆减速器能传递较大的功率，且在此功率值下结构紧凑合理。
3.7 节省能量
平面包络环面蜗杆减速器具有效率高、节能等特点，尤其在长期运转时特别显著。由于平面二次包络环面蜗杆副具有上述特点，所以它在当今世界上应用最普通的5种蜗杆传动中，以承载能力大、传动效率高、使用寿命最长而越
来越得到广大用户的欢迎。对5种蜗杆传动在相同条件时的机械功率对比见图3，速度i=40，中心距a= 100～500 mm，输入转速n=1500 r／min。
平面蜗轮传动产生于1922年美国，主要用于精密分度，如天文望远镜、齿轮测量仪、圆刻线机等。由于制造工艺简单，容易获得高精度，其齿距误差可达到0．25”以内，只适用于大传动比的场合。1951年日本佐藤发明了斜齿平面蜗轮传动，由大传动比扩展到中、小传动比(1一lO)。1969年日本石川昌一获得了平面包络环面蜗杆环面蜗杆传动的，介绍的内容是指这种蜗杆的标准传动。其蜗轮可以用展成法加工，生产效率提高了，承载能力、传动效率也有明显地增长。我国从2O世纪6O年代初开始，由机械工业部机械科学研究院(现郑州机械研究所)开展了平面蜗轮的研究工作。1964年与石景山钢铁公司机械厂(即首钢机械厂)合作研制成中心距为540 mm的平面蜗轮副，用于30 t转炉的倾转机构中；成功制造蜗轮直径2 160 mm的精密分度蜗轮副，用在天文远镜上，其一齿运动误差小于l”。1971年首钢公司机械厂在制造斜齿平面蜗轮副的基础上，创造了我国套平面包络环面蜗杆副，并用于生产。北京市和原冶金工业部于1977年命名这种蜗杆副为“首钢(SG)一7l型蜗杆副”。
目前我国已成功研制成中心距l 200 mm和760 mm的平面包络环面蜗杆传动压下装置，而且利用计算机对蜗杆副齿形参数进行优化选择，用机械CAD对蜗杆副、减速机及蜗轮滚刀进行辅助设计，用环面蜗杆专用机床及的工艺路线，对蜗杆及蜗轮滚刀进行与其成形原理*一致的加工，不需任何修形。
2 传动原理
平面二次包络环面蜗杆副是以一个平面为母面，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，再以蜗杆的齿面为母面，通过相对运动包络出蜗轮的齿面。与以往常用蜗杆的螺旋齿面在原理上虽然相似，但以往的螺旋齿面在原理上是以一直线或平面曲线为母线作螺旋运动而形成，这样的蜗杆齿面绝大多数(除渐开线圆柱蜗杆外)难以用砂轮作符合其形成原理的精确磨削，因而影响了蜗杆及蜗轮滚刀的磨削工艺和淬火处理，影响蜗杆齿面硬度和制造精度的提高，以及齿面粗糙度的减小。
3 主要特点
3.1 承载能力大
与同规格的圆柱蜗杆相比，承载能力提高3—5倍。平面包络环面蜗杆由于其外廓母线决定了能多齿同时进入啮合，这样增大了接触面积，减少了齿面压力，能承受大的冲击载荷。蜗杆蜗轮的接触线是在沿齿高方向上，并且齿面的啮合是在接触线上，因此具有很小的相对曲率，使接触应力减少。双线接触的特点是在蜗杆和蜗轮啮合中同时有两条接触线进人工作区域。这和增加啮合齿数一样，可提高承载能力。
精确地磨削蜗杆齿面——蜗杆的几何尺寸和表面光洁度是直接由精密磨削完成，实现其高质量的，保证耐磨防止大负荷时油膜破坏。
高精度的蜗杆—— 蜗杆设计上保证有足够的刚性，以致于它的弯曲和其他因素不能影响上述有利的啮合特性。
3.2 高效率
(1)大的滑动角。由于接触线和相对滑移速度方向之间有很大的角度(滑动角)，并且沿滑动的方向相对曲率半径大，导致齿面间良好的润滑条件是高效率的主要原因，高可达95％ 。
(2)小的啮合摩擦系数。精密磨削后的蜗杆使其啮合磨擦系数降至限度。
3.3 无噪声和稳啮合
为了防止处于啮合时的蜗杆不产生冲击和振动，对蜗杆人口和出口进行了倒坡处理。其加工工艺过程与成形原理*一致，能够可靠地保证制造精度和啮合的理论状态。
3.4 传动比选择有较大范围
对设计中使环面蜗杆简单地增加头数，可使其传动比有较大范围，因此可在一个单级减速器中有较大的传动地选择范围。
3.5 高质量的材质及热处理方法
平面包络环面蜗杆减速器中的蜗杆是经高质量的铬钼钢离子氮化处理，齿面硬度高(HRC>50)，表面粗糙度等级提高(Ra<0．8)，蜗轮是离心铸造磷锡青铜，因此可获得高的可靠性和大的载荷量。
3.6 结构紧凑合理
平面包络环面蜗杆减速器能传递较大的功率，且在此功率值下结构紧凑合理。
3.7 节省能量
平面包络环面蜗杆减速器具有效率高、节能等特点，尤其在长期运转时特别显著。由于平面二次包络环面蜗杆副具有上述特点，所以它在当今世界上应用最普通的5种蜗杆传动中，以承载能力大、传动效率高、使用寿命最长而越
来越得到广大用户的欢迎。对5种蜗杆传动在相同条件时的机械功率对比见图3，速度i=40，中心距a= 100～500 mm，输入转速n=1500 r／min。
二次包络蜗杆减速机的额定输入功率P1和额定输出转矩T2
| 中心距（mm） | 传动比i | 输入轴转速（r/min） | 输入轴转速（r/min） | ||||||||
| 500 | 600 | 750 | 1000 | 1500 | 500 | 600 | 750 | 1000 | 1500 | ||
| 额定输入功率（kW） | 额定输出功率（kW） | ||||||||||
| 100 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 7.34 5.76 4.94 4.05 3.29 2.74 2.12 1.77 1.44 | 8.17 6.53 5.58 4.60 3.75 3.10 2.42 2.02 1.69 | 9.25 7.53 6.42 5.32 4.34 3.58 2.82 2.33 1.99 | 10.64 8.90 7.56 6.30 5.16 4.22 3.37 2.77 2.31 | 11.73 10.30 8.71 7.33 6.03 4.87 3.98 3.22 2.60 | 1262 1225 1313 1268 1306 1271 1199 1203 1177 | 1171 1156 1250 1215 1252 1214 1157 1171 1172 | 1083 1091 1178 1124 1188 1176 1120 1114 1148 | 945 977 1052 1047 1071 1053 1016 1003 1013 | 695 754 807 822 835 810 800 780 762 |
| 125 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 12.55 9.86 8.46 6.93 8.64 4.70 3.64 3.05 2.47 | 13.97 11.17 9.55 7.86 6.41 5.32 4.16 3.46 2.91 | 15.81 12.89 10.99 9.09 7.43 6.13 4.84 4.00 3.41 | 18.20 15.23 12.94 10.77 8.82 7.23 5.77 4.74 3.96 | 20.09 17.65 14.89 12.55 10.30 8.34 6.81 5.52 4.47 | 2157 2096 2248 2196 2236 2178 2059 2068 2020 | 2001 1979 2141 2070 2143 2080 1985 2011 2012 | 1852 1868 2016 1922 2033 2016 1921 1911 1971 | 1617 1673 1800 1790 1831 1805 1742 1721 1740 | 1190 1292 1380 1406 1427 1389 1371 1335 1308 |
| 160 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 22.85 17.95 15.30 12.55 10.20 8.53 6.61 5.53 4.48 | 25.41 20.32 17.30 14.26 11.61 9.64 7.54 6.28 5.28 | 28.75 23.42 19.92 16.50 13.46 11.11 8.77 7.26 6.19 | 33.06 27.63 23.46 19.58 16.0 13.09 10.47 8.60 7.18 | 36.41 31.93 27.03 22.85 18.77 15.10 12.34 10.02 8.10 | 3928 3815 4068 3930 4043 3950 3737 3749 3664 | 3641 3598 3876 3766 3881 3771 3601 3646 3650 | 3368 3392 3652 3488 3686 3653 3484 3466 3575 | 2936 3035 3232 3253 3326 3269 3159 3122 3155 | 2156 2338 2506 2560 2599 2513 2483 2423 2371 |
| 200 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 39.07 30.70 26.32 21.52 17.54 14.59 11.32 9.50 7.67 | 43.47 34.76 29.74 24.44 19.95 16.50 12.93 10.77 9.04 | 49.20 40.10 34.23 28.28 23.12 19.02 15.04 12.45 10.60 | 56.60 47.34 40.31 33.52 27.47 22.43 17.97 14.74 12.31 | 62.42 54.77 46.41 39.07 32.13 25.91 21.22 17.14 13.87 | 6715 6524 6997 6742 6953 6757 6401 6439 6276 | 6227 6156 6665 6458 6669 6454 6173 6259 6252 | 3764 5808 6272 5977 6330 6256 5975 5945 6123 | 5027 5199 5605 5570 5706 5602 5422 5349 5405 | 3696 4010 4302 4377 4449 4313 4268 4146 4062 |
| 250 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 67.01 52.53 45.08 36.92 30.09 24.99 19.38 16.32 13.16 | 74.57 59.49 50.95 41.93 34.22 28.29 22.13 18.51 15.50 | 84.84 68.64 58.64 48.51 39.65 32.61 25.71 21.38 18.18 | 97.11 81.06 69.03 57.51 47.10 38.48 30.75 25.30 21.09 | 107.10 93.84 79.46 67.01 55.08 44.47 36.31 29.38 23.77 | 11776 11413 12262 12271 12213 11878 11253 11377 11083 | 10920 10772 11677 11746 11710 11345 10847 11046 11034 | 10103 10160 10991 10871 11107 10987 10490 10481 10791 | 8810 9096 9810 9776 10008 9839 9516 9421 9518 | 6478 7020 7528 7680 7803 7581 7490 7294 7149 |
| 315 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 117.30 99.96 83.90 65.10 53.45 44.94 33.86 28.46 23.63 | 130.45 108.20 91.88 73.23 59.74 49.50 38.66 32.29 27.04 | 148.10 120.00 102.80 84.76 69.22 57.04 44.98 37.33 31.72 | 169.58 141.78 120.54 100.55 82.24 67.25 53.73 44.20 36.82 | 187.20 164.22 138.72 117.30 96.19 77.62 63.44 51.41 41.51 | 20612 21718 22819 21653 21694 21360 19663 19839 19904 | 19102 19590 21059 20516 20444 19855 18954 19273 19250 | 17727 17763 19268 18996 19391 19217 18330 18298 18831 | 15385 15909 17130 17093 17474 17197 16626 16463 16615 | 11322 12285 13142 13443 13626 13232 13087 12765 12488 |
| 400 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 222.20 193.20 170.00 131.30 105.00 88.52 66.57 53.55 46.41 | 257.40 215.30 183.80 141.80 114.50 96.92 72.24 58.70 51.14 | 276.90 236.30 203.70 156.50 128.10 107.10 80.85 65.21 56.70 | 311.00 262.50 230.00 177.50 144.90 121.80 91.98 74.03 64.37 | 359.90 304.50 264.60 200.60 164.90 138.60 104.70 84.11 73.19 | 39045 41975 46237 44137 43118 42606 39161 37843 29650 | 37692 38981 42127 40174 39638 39360 35874 35504 36922 | 33143 34978 38180 35471 36293 36514 33355 32383 34114 | 28215 29456 32684 30512 31135 31511 28812 27926 29433 | 21768 22779 25067 23244 23622 23905 21864 21955 22311 |
| 500 | 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 50.0 63.0 | 393.90 329.70 286.70 218.40 180.60 152.30 114.50 92.82 80.85 | 424.40 361.20 306.60 24.050 198.50 164.90 126.00 101.40 88.31 | 462.50 395.90 340.20 263.60 219.50 183.80 138.60 112.40 97.34 | 511.50 432.60 382.20 293.00 243.60 206.90 154.40 123.90 108.20 | 582.50 486.20 431.60 326.60 278.30 233.10 176.40 141.80 122.90 | 69216 71631 77978 73417 74163 73305 67358 65595 69074 | 62146 65396 70273 68137 68718 66968 62571 61330 63758 | 55358 58603 63765 59746 62118 62664 57181 55818 58565 | 46406 48543 54312 50367 52344 53527 48364 46738 49475 | 35232 36372 40888 37844 39866 40203 36837 355660 37464 |
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