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[摘 要]齿形变化是指蜗轮齿形严重偏离理想的齿廓线。在蜗轮蜗杆减速装置中，齿形是否准确，是影响蜗轮蜗杆传动质量的主要原因之一。本文重点就蜗轮蜗杆传動中齿形的准确性进行分析。
[关键词]蜗轮蜗杆 齿形变化 准确性
中图分类号：G958 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0274-01
蜗轮蜗杆减速机具有传动比大，输出转矩大的特点，被广泛应用在各式机械的传动系统中。由于工作环境差，减速机中蜗轮容易受到损害和出现故障，而蜗轮失效是诱发减速机故障的重要原因，其中齿形变化是导致蜗轮失效的一个重要因素。一旦减速机发生故障，将会导致意外事故，造成经济损失，对于大型机械来说，停机维修损失更大。因此，齿形是否准确是影响蜗轮蜗杆传动质量的主要原因之一。
1.蜗轮蜗杆齿形的分析
提高蜗轮蜗杆齿形的准确性，是有效提高蜗轮蜗杆的传动效率、降低传动噪声和温升的重要手段。首先，简单地分析蜗杆的齿形：蜗轮蜗杆传动中，一般有5种齿形：即ZA型、ZN型、ZI型、ZK型和ZC型，但在减速机行业中，最常见到的齿形一般有ZA型和ZN型2种。其中，ZA型也就是阿基米德螺线型，它的齿形主要特点是轴向直廓（图1）。而ZN型也就是延伸渐开线型，齿形主要特点是法向直廓，同时它又分齿直廓和槽直廓2种（图2）。ZA型齿形的蜗杆便于车削加工，但不便于磨削加工，齿形精度不高，直接影响传动精度；ZN型齿形虽然车削加工稍有不便，但磨削加工却很方便，蜗杆齿形精度可控制得很好，但其蜗轮滚刀的制造却十分困难，齿形很难控制，从而会使蜗轮齿形不准，同样会降低传动精度。而ZA型滚刀的制作却方便得多，齿形也更容易保证。因此，许多生产厂家都优先采用ZA型蜗轮蜗杆，这样，首先保证了蜗轮齿形的准确性，至于蜗杆的齿形问题再采用其他方法来予以修正，以保证蜗轮蜗杆传动的准确性。蜗轮蜗杆齿形不准，是造成蜗轮蜗杆传动产生振动、噪声、发热等传动缺陷的主要原因。当然，箱体加工精度、使用轴承精度也是一个重要因素。
2.提高蜗轮蜗杆齿形的准确性分析
如何解决齿形问题，也是许多蜗轮蜗杆减速机厂家不断探索的课题。现在，我们针对ZA型蜗轮蜗杆齿形的加工工艺及齿形的成形加以分析和探讨，简单了解一下ZA型蜗轮蜗杆齿形传动中的问题和改善的方案。其实，从图1中可以看出，ZA型蜗轮蜗杆的齿形在沿蜗杆轴向截面内，其齿形就像梯形槽，组成齿形的轮廓线均为直线，这对车加工很有利，只要使车刀主偏角的后角大于蜗杆的螺旋升角就可以了，但为了进一步提高齿形表面精度，往往需要采用磨削加工。由于蜗杆的螺旋升角不可能为0°，所以砂轮在磨削蜗杆齿面时，磨头也必须转过一个与螺旋升角相同的角度，这样，砂轮才能既磨削到需要磨削的齿面而又不会破坏已磨过的齿面，但问题也就此产生，如图3所示。因为砂轮旋转过一个角度后，它已经无法磨削到蜗杆轴向齿面位置，真正磨削到的是蜗杆法向齿面，此时磨出的齿形并非轴
向直廓的ZA型，而是法向槽直廓的ZN型，这与蜗轮的ZA型齿形是不匹配的，这样2种齿型不同的蜗轮蜗杆进行啮合时，其传动平稳性就会大大下降，随之而来的噪声、振动、发热、效率低下等缺陷就会大大增加，直接影响蜗轮蜗杆减速机的品质。
3.改善蜗轮蜗杆齿形准确性的方案
改善这种状况的办法无非两种：一种就是将蜗轮的齿型也加工为ZN型。但这一点我们前面已讲过，由于ZN型滚刀制造困难，齿形很难控制。所以，多数厂商都采用第二种方法，设法修整磨削蜗杆的砂轮的齿形，使它能够通过磨削蜗杆法向齿面，磨出轴向齿面为ZA型的齿形。以北京产S7525螺杆磨床为例，它自身带有一套直线砂轮修整器，用它来修出ZA型齿形的砂轮非常困难，即使是使用仿形样本靠模，磨出的齿形也是很不准确的，这是因为一来金刚石笔尖走的轨迹和靠模样本并不完全符合，二来靠模本身也易磨损变样，而对数控修整器来讲，这些缺点都不存在。拖板在2台相互垂直的数控电动机的联合驱动下，可以走各种各样的曲线，而将修整器置于其上的话，修整器即可修出各种各样的砂轮曲线，以满足磨削蜗杆时所需要的砂轮齿形，确保齿形的准确性。当然，这种结构的螺杆磨床还可用一套五轴三联动数控系统进行控制，实现整个磨削过程的全自动化控制加工，使产品的性能更加稳定。
4.结语
以上所述，只是在 ZA 型蜗轮蜗杆传动中，采用磨削蜗杆的齿形，克服由于齿形不准所造成的不良影响，来改善传动质量，提高产品品质的手段之一。如果能在提高蜗杆齿形的同时，对配对的蜗轮轮齿表面增加剃齿工艺或加大蜗轮滚刀直径系数等方法并用的话，将会大大降低蜗轮蜗杆的传动噪声和温升，传动效率有所提高。无用功减少，有用功增加。
参考文献
[1] 刘洁.蜗轮蜗杆传动优化设计研究[J].机械传动.2008（02）.
[2] 叶红，韩俊平.蜗轮蜗杆传动的软件模块设计[J].现代企业教育.2009（14）.
[3] 刘威.普通蜗轮蜗杆传动建模和稳态传动仿真分析[J].水雷战与舰船防护.2012（02）.
作者信息
张溶华（1986--），女，助理工程师，本科学历，主要从事冶金精整设备的设计和维护工作。
[关键词]蜗轮蜗杆 齿形变化 准确性
中图分类号：G958 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0274-01
蜗轮蜗杆减速机具有传动比大，输出转矩大的特点，被广泛应用在各式机械的传动系统中。由于工作环境差，减速机中蜗轮容易受到损害和出现故障，而蜗轮失效是诱发减速机故障的重要原因，其中齿形变化是导致蜗轮失效的一个重要因素。一旦减速机发生故障，将会导致意外事故，造成经济损失，对于大型机械来说，停机维修损失更大。因此，齿形是否准确是影响蜗轮蜗杆传动质量的主要原因之一。
1.蜗轮蜗杆齿形的分析
提高蜗轮蜗杆齿形的准确性，是有效提高蜗轮蜗杆的传动效率、降低传动噪声和温升的重要手段。首先，简单地分析蜗杆的齿形：蜗轮蜗杆传动中，一般有5种齿形：即ZA型、ZN型、ZI型、ZK型和ZC型，但在减速机行业中，最常见到的齿形一般有ZA型和ZN型2种。其中，ZA型也就是阿基米德螺线型，它的齿形主要特点是轴向直廓（图1）。而ZN型也就是延伸渐开线型，齿形主要特点是法向直廓，同时它又分齿直廓和槽直廓2种（图2）。ZA型齿形的蜗杆便于车削加工，但不便于磨削加工，齿形精度不高，直接影响传动精度；ZN型齿形虽然车削加工稍有不便，但磨削加工却很方便，蜗杆齿形精度可控制得很好，但其蜗轮滚刀的制造却十分困难，齿形很难控制，从而会使蜗轮齿形不准，同样会降低传动精度。而ZA型滚刀的制作却方便得多，齿形也更容易保证。因此，许多生产厂家都优先采用ZA型蜗轮蜗杆，这样，首先保证了蜗轮齿形的准确性，至于蜗杆的齿形问题再采用其他方法来予以修正，以保证蜗轮蜗杆传动的准确性。蜗轮蜗杆齿形不准，是造成蜗轮蜗杆传动产生振动、噪声、发热等传动缺陷的主要原因。当然，箱体加工精度、使用轴承精度也是一个重要因素。
2.提高蜗轮蜗杆齿形的准确性分析
如何解决齿形问题，也是许多蜗轮蜗杆减速机厂家不断探索的课题。现在，我们针对ZA型蜗轮蜗杆齿形的加工工艺及齿形的成形加以分析和探讨，简单了解一下ZA型蜗轮蜗杆齿形传动中的问题和改善的方案。其实，从图1中可以看出，ZA型蜗轮蜗杆的齿形在沿蜗杆轴向截面内，其齿形就像梯形槽，组成齿形的轮廓线均为直线，这对车加工很有利，只要使车刀主偏角的后角大于蜗杆的螺旋升角就可以了，但为了进一步提高齿形表面精度，往往需要采用磨削加工。由于蜗杆的螺旋升角不可能为0°，所以砂轮在磨削蜗杆齿面时，磨头也必须转过一个与螺旋升角相同的角度，这样，砂轮才能既磨削到需要磨削的齿面而又不会破坏已磨过的齿面，但问题也就此产生，如图3所示。因为砂轮旋转过一个角度后，它已经无法磨削到蜗杆轴向齿面位置，真正磨削到的是蜗杆法向齿面，此时磨出的齿形并非轴
向直廓的ZA型，而是法向槽直廓的ZN型，这与蜗轮的ZA型齿形是不匹配的，这样2种齿型不同的蜗轮蜗杆进行啮合时，其传动平稳性就会大大下降，随之而来的噪声、振动、发热、效率低下等缺陷就会大大增加，直接影响蜗轮蜗杆减速机的品质。
3.改善蜗轮蜗杆齿形准确性的方案
改善这种状况的办法无非两种：一种就是将蜗轮的齿型也加工为ZN型。但这一点我们前面已讲过，由于ZN型滚刀制造困难，齿形很难控制。所以，多数厂商都采用第二种方法，设法修整磨削蜗杆的砂轮的齿形，使它能够通过磨削蜗杆法向齿面，磨出轴向齿面为ZA型的齿形。以北京产S7525螺杆磨床为例，它自身带有一套直线砂轮修整器，用它来修出ZA型齿形的砂轮非常困难，即使是使用仿形样本靠模，磨出的齿形也是很不准确的，这是因为一来金刚石笔尖走的轨迹和靠模样本并不完全符合，二来靠模本身也易磨损变样，而对数控修整器来讲，这些缺点都不存在。拖板在2台相互垂直的数控电动机的联合驱动下，可以走各种各样的曲线，而将修整器置于其上的话，修整器即可修出各种各样的砂轮曲线，以满足磨削蜗杆时所需要的砂轮齿形，确保齿形的准确性。当然，这种结构的螺杆磨床还可用一套五轴三联动数控系统进行控制，实现整个磨削过程的全自动化控制加工，使产品的性能更加稳定。
4.结语
以上所述，只是在 ZA 型蜗轮蜗杆传动中，采用磨削蜗杆的齿形，克服由于齿形不准所造成的不良影响，来改善传动质量，提高产品品质的手段之一。如果能在提高蜗杆齿形的同时，对配对的蜗轮轮齿表面增加剃齿工艺或加大蜗轮滚刀直径系数等方法并用的话，将会大大降低蜗轮蜗杆的传动噪声和温升，传动效率有所提高。无用功减少，有用功增加。
参考文献
[1] 刘洁.蜗轮蜗杆传动优化设计研究[J].机械传动.2008（02）.
[2] 叶红，韩俊平.蜗轮蜗杆传动的软件模块设计[J].现代企业教育.2009（14）.
[3] 刘威.普通蜗轮蜗杆传动建模和稳态传动仿真分析[J].水雷战与舰船防护.2012（02）.
作者信息
张溶华（1986--），女，助理工程师，本科学历，主要从事冶金精整设备的设计和维护工作。