平面二次包络环面蜗杆传动技术发展

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平面二次包络环面蜗杆传动技术发展
平面包络环面蜗杆传动在我国问世以后,受到各方面的重视,许多高等院校科研单位、工矿企业开展了对这种传动的研究、实验和试制工作,取得了很大成果,较早与首钢合作进行理论研究的单位有:重庆大学、北京科技大学、进行这项研究的单位还有郑州机械研究所。以后逐渐参加研究的单位有乐山冶金机械轧辊厂、西安冶金机械厂、南开大学、北京理工大学、天津市机械研究所、上海冶金设备总厂、湘潭钢铁公司、西安冶金建筑学院、太原钢铁公司、武汉钢铁公司、鞍山钢铁公司、中国矿业大学、中国农业大学等。
在诸多单位对平面二次包络环面蜗杆传动进行讨论研究期间,我国齿轮传动学术界形成了理论与实践紧密结合,不断取得新成果的欣欣向荣局面。理论研究成就推动着平面二次包络环面蜗杆传动在我国的传播和推广。目前,我国已有三十余家生产环面蜗杆副厂家,年生产量7000台套左右,其中轧机压下蜗杆传动用的平面二次包络环面蜗杆传动产品从1984年开始获得质量银牌奖,典型产品太钢第七轧钢厂八辊1400冷轧机的中心距为760mm压下蜗轮副和太钢第六轧钢厂2300冷轧机的中心距为1200mm压下蜗轮副已分别运行20余年。再如,首钢的大型鱼雷罐车全部52台车中的倾动机构采用了A=560/250双级减速装置。蜗轮副均为平面二次包络蜗轮副,有的已运行10年以上。在引进设备消化、吸收和创新中采用包络环面蜗杆传动也取得突出效果。橡胶轮胎定型硫化机于1978年开始由化工部北京橡胶设计院负责消化设计的,其中的主传动原为日本生产的尼曼蜗杆和延伸渐开线蜗杆减速器,以及美国的Cone Drive环面蜗杆减速机。设计中采用SG—71型蜗轮付予以替代,从1978年开始,国内主要橡胶机械厂生产的轮胎硫化机全部使用了SG—71型蜗轮减速器,性能一直很好,现在硫化机已经批量向东南亚等国家出口。至今全国已配套近3000台套,用于硫化机设备上。

截止到目前,仅首钢公司就生产制造包络环面蜗杆副18000余台套。其中有很多产品,直接用于顶替原引进蜗杆减速器或配套出口的设备上。目前我国包络环面蜗杆可生产范围为中心距50—1200mm,蜗杆头数1~9,传动比 i=5~100(单级,其中i=5~10为锥面包络)。中心距685.8mm,蜗杆头数8的锥面包络环面蜗杆副用于首钢二炼钢厂350t天车主提升减速机中,从1991年安装使用至今。环面蜗杆专用机床设计制造已从厂家自行研制到专业机床厂生产,数控专用蜗杆机床已经出现如大连第二机床厂中心距320mm,宝鸡广环机床有限公司GJ—K50多功能数控 蜗杆机床可加工中心距500mm,郑州机械研究所与重庆机床厂也合作研制成功了数控机床。另外天津华盛昌齿轮公司与德国克林贝格公司合作生产的HNC35TP九轴数控专用蜗杆磨床90年代投入使用。可磨削精度5级环面蜗杆,中心距可加工500mm。数控蜗杆磨床的应用,一方面提高了工件的加工精度及质量,另一方面也提高了生产效率,还降低了劳动强度,自动化程度大为提高。如磨齿时,原无数控时每面分别磨螺旋,入口,出口倒坡,应用数控就可将入口,螺旋出口一次磨出。在产品标准制订方面已从YJB101—84《平面二次包络环面蜗杆传动精度及公差标准》YB/JQ202—89《轧机压下平面二次包络环面蜗杆传动装置技术条件》冶金企业标准到ZBJ19021—89《平面包络环面蜗杆减速机》国家专业标准。 1989年开始冶金部组织首钢机械厂、上海冶金设备总厂、西安冶金机械厂、北京冶金设备研究院,北京理工大学经过多年的努力,完成了产品标准起草、样机设计制造、试验,经国标工作组多次征求国内企业及有关院校意见后于1996年6月发布《平面二次包络环面蜗杆传动术语、几何要素代号、减速器系列润滑和承载能力、精度、减速机技术条件》国家标准(GB/T16442—16446—1996)标志着我国平面二次包络环面蜗杆制造水平步入成熟期。产品设计方面,1984年首钢机械厂开发了“平面二次包络环面蜗杆传动参数优化设计”软件。利用计算机对参数优选。 在精度检测方面,首钢机械厂与成都工具研究所于1989年合作研制成功蜗杆精度测量仪,可以实现蜗杆分头误差、运动误差、螺旋线误差、周节累积误差、接触斑点等项目的检测。 3、理论研究成果和进展在冶金部组织力量对平面二次包络环面蜗杆传动进行理论研究的时候,我国学术界已经为这次研究奠定了坚实的理论基础,特别是我国著名数学家南开大学吴大任教授领导的齿轮啮合理论研究组的一系列论文,在国内产生了具大影响,我国关于平面包络环面蜗杆传动理论研究是很深入、丰富的,除了进行常规的接触线及根切分析以外,还完成了以下工作。
1)推导并计算了诱导法曲率,接触线与相对速度的夹角。
2)对二次接触原理进行了严格数学论证,证明了第二次接触面产生的必然性。
(3)分析论证了二类界点邻域内啮合状态。
(4)提出了避免啮合干涉的设计方法和工艺措施。
(5)研究了蜗杆(滚刀)齿顶变尖及根切规律,在全面考核啮合性能的基础上提出了以蜗杆齿顶变尖和根切做为齿面参数选择的界限条件。
(6)进行了广泛的变位传动研究,变位因素包括中心距,传动比,蜗杆轴向位平面倾角变化等,计算分析了这些因素对啮合性能的影响,提出了最佳修形方法。
(7)分析了平面包络环面蜗杆传动用于小传动比场合存在的问题,提出了解决方法,(即采用锥面包络环面蜗杆传动)。
以上理论研究成果推动了包络环面蜗杆传动制造技术水平的不断提高和完善,在包络蜗杆传动研究与应用方面目前我国保持世界先进水平。近年来,首钢机械厂与中国农业大学合作提出了平面二次包络环面蜗杆副最佳修形方法,锥面二次包络环面蜗杆副最佳修形方法,经实践取得了较好的效果,使蜗轮付啮合状态达到最好的接触质量。 1993年首钢机械厂与重庆大学合作进行了锥面包络环面蜗杆失配啮合传动的研究,该研究解决了包络环面蜗杆对制造误差的敏感性,消除由制造误差造成的齿面边缘接触,进行了包络环面蜗杆传动的失配啮合研究,以期获得对制造误差的不敏感,易于加工装配,经短期运行后能实现理想接触的新型环面蜗杆传动。
最近几年包络环面蜗杆传动设计、制造和选用等内容已编入《齿轮手册》、《齿轮制造手册》、《现代机械传动手册》、《机械传动装置选用手册》、《机械设计手册》和《机械工程手册》等,为此类产品的选用、设计和制造提供了依据,但相关大学教材中还未编入。中国机械工程学会与其他齿轮专业协会应促成将包络环面蜗杆传动编入机械专业大学教科书中。以使这一技术得到更广泛推广应用。 4、包络环面蜗杆传动的研究展望计算机技术的应用和普及给包络蜗杆传动的研究提供了有力的手段。目前,CAD的应用还局限于进行一些简单设计计算及制作零件图、装配图等。应下大力加强计算机模拟齿形加工成形的研究,用计算机仿真包络环面蜗杆传动的啮合过程。跑合规律研究等。近年来我国学者提出了双锥面二次包络环面蜗杆传动,指锥面二次包络环面蜗杆传动等,以及参数选择和失配研究。滚刀铲磨是环面蜗杆付制造工艺的主要难题,至今没有解决,而平面包络不能铲磨,而直线齿廓从理论上就无法磨制。双锥面指锥面可变参数多,磨削方便,随着数控技术应用的深入可以实现滚刀的铲磨,进而可以大大提高滚刀精度和寿命,减低劳动强度,从而解决制约包络环面蜗杆传动在工业应用中的一大难题。包络环面蜗杆传动强度的研究是一个十分迫切和重要的课题,要完成强度理论研究需进行大量实验方能提出充分的依据,此项工作应引起国家有关部门重视,由于人员资源条件有限,此工作仅由一两个单位很难完成,应由国家有关部门协调完成。随着我国加入WTO,国内包络环面蜗杆制造企业应加强联合与合作,努力扩大产品市场和出口,使我国的包络环面蜗杆副产品在国际市场上具有竞争力,真正在国际市场赢得一席之地。
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