包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的發(fā)展及現(xiàn)狀

1．包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)種類(lèi)及特征

包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)主要種類(lèi)有：平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)；平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)；錐面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。

以直齒或斜齒平面蝸輪為產(chǎn)形輪而展成包絡(luò)環(huán)面蝸桿稱(chēng)為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿,這些特定齒面的蝸輪可以和它們各自的包絡(luò)環(huán)面蝸桿組成蝸桿傳動(dòng)，稱(chēng)為平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。直齒平面蝸桿傳動(dòng)是由美國(guó)格里森公司wildharber于1922年發(fā)明的，用于大傳動(dòng)比場(chǎng)合（i≥40）；斜齒平面蝸桿傳動(dòng)是由日本左藤于1952年發(fā)明的，適用于中、小傳動(dòng)比（i=10–40）。該平面包絡(luò)蝸桿的形成過(guò)程稱(chēng)為一次包絡(luò)，如果以此包絡(luò)環(huán)面蝸桿為產(chǎn)形輪再展成一個(gè)蝸輪，其過(guò)程稱(chēng)為第/二次包絡(luò)，平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿與由它展成的蝸輪構(gòu)成的傳動(dòng)，稱(chēng)為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（即SG-71型蝸桿傳動(dòng)）。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)主要特征是：同時(shí)接觸齒數(shù)多；蝸桿齒面可淬硬磨削；齒面接觸面積較大，并有瞬時(shí)雙線接觸，接觸線總長(zhǎng)度長(zhǎng)；綜合曲率半徑大，接觸應(yīng)力??；嚙合潤(rùn)滑角大，嚙合中容易形成動(dòng)壓油膜。

由于平面二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)具有上述特點(diǎn)，因此，該傳動(dòng)型式自上世紀(jì)70年代在我國(guó)首鋼誕生以來(lái)，很快在全國(guó)各行各業(yè)中被推廣，現(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金、船舶、采礦、建筑、能源、軍工、化工等各行業(yè)中。

在多頭小速比的場(chǎng)合，平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿會(huì)產(chǎn)生蝸桿齒面根切和邊齒齒頂變尖，蝸桿頭數(shù)越多越嚴(yán)重。因此，一般速比不能小于10，按正常情況只能做到4個(gè)頭。

錐面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（即SG-85型蝸桿傳動(dòng)）既具有平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿可以淬硬磨削、制造工藝較易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，又可避免蝸桿邊齒齒頂變尖和根切。一般蝸桿頭數(shù)Z1=1-4時(shí)，制成平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)，而當(dāng)蝸桿頭數(shù)Z1>4時(shí)則制成錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。

2、包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的發(fā)展及現(xiàn)狀

上世紀(jì)50年代末開(kāi)始，首鋼在新建項(xiàng)目上，裝備有各種規(guī)格的法向直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。由于普通圓柱蝸桿壽命短、承載能力低；法向直廓環(huán)面蝸桿國(guó)內(nèi)生產(chǎn)困難，直接影響了鋼鐵生產(chǎn)的連續(xù)性。為解決這一難題，從1963年開(kāi)始，首鋼機(jī)械廠與原一機(jī)部機(jī)械科學(xué)院合作，于當(dāng)年研制出中 心距250mm的一套直齒平面蝸桿副，用于首鋼焦化廠配煤機(jī)上；第/二年又合作制造出中 心距540mm，傳動(dòng)比45的大型直齒平面蝸桿減速器，用于首鋼煉鋼廠30噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)，取代了性能難以過(guò)關(guān)的法向直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。這臺(tái)減速器從1965年開(kāi)始使用，鋼水容量從30噸擴(kuò)大到48噸，后因箱體等各部件老化拆下，共用24年。

1970年–1971年首鋼機(jī)械廠張德華同志等在總結(jié)研制直齒平面蝸桿傳動(dòng)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上先后解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題，一是利用舊皮帶車(chē)床改裝出一臺(tái)能加工中 心距250mm的環(huán)面蝸桿專(zhuān)用機(jī)床，二是設(shè)計(jì)制造出蝸桿專(zhuān)用磨頭。這兩項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備與工裝是運(yùn)用平面包絡(luò)技術(shù)研制新型傳動(dòng)的基本條件，缺一不可。1971年，在制造斜齒平面蝸輪傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了我國(guó)一套平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。重慶大學(xué)張光輝教授1974年底到首鋼調(diào)研，了解到首鋼平面包絡(luò)蝸桿制造狀況后，向冶金部做了專(zhuān)題匯報(bào)。

冶金部組織對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行理論研究、鑒定和推廣工作；1975年命名該傳動(dòng)為“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)”。1979年國(guó)/家科委頒發(fā)“二等發(fā)明獎(jiǎng)”。1985年首鋼研制成功錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)磨削裝置，成功解決多頭小速比環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的制造難題，錐面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)獲北京市科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

平面二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)發(fā)明人張德華工程師在總結(jié)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿和單錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿加工的基礎(chǔ)上，于2002年成功研制出雙錐蝸桿磨頭，該裝置磨削錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿無(wú)需翻轉(zhuǎn)磨頭，即可完成蝸桿兩側(cè)齒面磨削，加工效率高，精度高。雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿可替代平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿和單錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，適用于蝸桿頭數(shù)1-12的環(huán)面蝸桿磨削加工。

平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在我國(guó)問(wèn)世以后，受到各方面的重視，許多高等院校科研單位、工礦企業(yè)開(kāi)展了對(duì)這種傳動(dòng)的研究、實(shí)驗(yàn)及推廣工作，取得了很多成果。目前，包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)生產(chǎn)單位，除首鋼發(fā)明和較早生產(chǎn)外，已具備生產(chǎn)能力的廠家有近30家。其中，山東省德州市金宇機(jī)械有限公司在包絡(luò)環(huán)面蝸桿生產(chǎn)方面，經(jīng)過(guò)10余年發(fā)展，目前有GJK75和GJK50數(shù)控環(huán)面蝸桿專(zhuān)機(jī)各兩臺(tái)，WC450普通環(huán)面蝸桿專(zhuān)機(jī)12臺(tái)。2014年金宇公司與德州一家機(jī)床公司合作，成功研制出4臺(tái)WK450專(zhuān)用數(shù)控蝸桿磨床。該公司目前正在研制中 心距1200的大型蝸桿專(zhuān)用機(jī)床，投入生產(chǎn)后，該公司可加工中 心距a=80－1200mm，傳動(dòng)比i=4－100的各種包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)裝置。是國(guó)內(nèi)包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)制造能力的廠家。金宇公司在圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)方面，也具備較強(qiáng)的生產(chǎn)能力。2014年金宇公司添置了陸聯(lián)數(shù)控蝸桿磨床，可用于高精度ZA、ZN、ZI、ZK、ZC型齒形的圓柱蝸桿磨削加工，還可磨削雙導(dǎo)程蝸桿，蝸桿加工精度可達(dá)4級(jí)。金宇公司2016年研制成功大型數(shù)控蝸桿磨床，可磨削大型ZC、ZK圓柱蝸桿。磨削直徑500mm，模數(shù)36mm，工件長(zhǎng)度3000。天津華盛昌齒輪公司90年代與德國(guó)克林貝格公司合作研制的HNC35TP九軸數(shù)控包絡(luò)蝸桿磨床，可磨削精度5級(jí)平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，該機(jī)床可磨削中 心距為500mm。

我國(guó)包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)年產(chǎn)量已達(dá)30000臺(tái)套以上。近年來(lái)，中 心距710、800、900mm等大型環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在軋機(jī)上得 到廣泛采用，全部實(shí)現(xiàn)由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造這些關(guān)鍵零部件。從1978年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)的輪胎定型硫化機(jī)全部使用了平面二次包絡(luò)蝸桿減速器，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為《輪胎定型硫化機(jī)用平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機(jī)系列與基本參數(shù)》（HG/T2738-95），目前年產(chǎn)量2500臺(tái)以上。建筑電梯減速機(jī)采用平面二次包絡(luò)蝸桿后，效率、承載能力大幅提高，目前年生產(chǎn)10000臺(tái)以上。

包絡(luò)環(huán)面蝸桿專(zhuān)用機(jī)床，已從包絡(luò)產(chǎn)品發(fā)明之初由首鋼自行研制，到由專(zhuān)/業(yè)生產(chǎn)蝸桿機(jī)床的機(jī)床廠制造；從普通環(huán)面蝸桿專(zhuān)用機(jī)床，發(fā)展為數(shù)控環(huán)面蝸桿專(zhuān)用機(jī)床；從粗、精加工于一體的機(jī)床，向粗、精加工分開(kāi)的專(zhuān)用機(jī)床發(fā)展。寶雞廣環(huán)機(jī)床有限公司是包絡(luò)環(huán)面蝸桿專(zhuān)用機(jī)床主要制造商，該公司機(jī)床主要有500、750、1000三個(gè)系列。每個(gè)系列包括數(shù)控環(huán)面蝸桿機(jī)床和數(shù)控環(huán)面蝸桿磨床兩種產(chǎn)品，前者可用于蝸桿螺旋粗車(chē)和7級(jí)精度蝸桿螺旋磨齒；后者用于5級(jí)精度蝸桿磨齒。該公司十年來(lái)已生產(chǎn)近30臺(tái)各種規(guī)格的數(shù)控環(huán)面蝸桿專(zhuān)用機(jī)床。由于數(shù)控機(jī)床的推廣普及，加快了我國(guó)包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的普及。

在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)方面，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要有《平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機(jī)》（JB/T9051-2010）國(guó)/家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?！镀矫娑伟j(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)術(shù)語(yǔ)》（GB/T16442-1996）、《平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿幾何要素代號(hào)》(GB/T16443-1996)、《平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器》（GB/T16444-2008）、《平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)精度》國(guó)/家標(biāo)準(zhǔn)。

3、包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)理論研究進(jìn)展

在冶金部組織力量對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行理論研究的時(shí)候，我國(guó)學(xué)術(shù)界為這次研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，特別是我國(guó)數(shù)學(xué)家南開(kāi)大學(xué)吳大任教 授領(lǐng)導(dǎo)的齒輪嚙合理論研究組的一系列論/文，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)生了具大影響，我國(guó)關(guān)于平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)理論研究是很深入、豐富的。冶金工業(yè)出版社1983年出版《空間嚙合原理及SG-71型蝸輪副》（沈蘊(yùn)方 容爾謙 李寅年馮德坤編著）；機(jī)械工業(yè)出版社1987年出版《蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)》下冊(cè)（齊麟 張亞雄 黎上威 董學(xué)朱 胡松春編著）；機(jī)械工業(yè)出版社2004年出版《環(huán)面蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)和修形》（董學(xué)朱編著）。包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)誕生以來(lái)，該傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、制造和選用等內(nèi)容陸續(xù)被編入《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《齒輪手冊(cè)》、《齒輪制造手冊(cè)》、《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》、《機(jī)械傳動(dòng)裝置選用手冊(cè)》、《減速器和變速器設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)》、《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》、《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《機(jī)械工程手冊(cè)》等。為包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、選用和制造提供了依據(jù)。我國(guó)學(xué)者理論研究成果推動(dòng)了包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)制造技術(shù)水平的不斷提高和完善。在包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)研究與應(yīng)用方面，我國(guó)一直保持世界先進(jìn)水平。