包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的發(fā)展及現(xiàn)狀

1．包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動種類及特征

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

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，稱為平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動。直齒平面蝸桿傳動是由美國格里森公司wildharber于1922年發(fā)明的，用于大傳動比場合（i≥40）；斜齒平面蝸桿傳動是由日本左藤于1952年發(fā)明的，適用于中、小傳動比（i=10–40）。該平面包絡(luò)蝸桿的形成過程稱為一次包絡(luò)，如果以此包絡(luò)環(huán)面蝸桿為產(chǎn)形輪再展成一個蝸輪，其過程稱為第/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，稱為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動（即SG-71型蝸桿傳動）。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動主要特征是：同時接觸齒數(shù)多；蝸桿齒面可淬硬磨削；齒面接觸面積較大，并有瞬時雙線接觸，接觸線總長度長；綜合曲率半徑大，接觸應(yīng)力?。粐Ш蠞櫥谴?，嚙合中容易形成動壓油膜。

由于平面二次包絡(luò)蝸桿傳動具有上述特點，因此，該傳動型式自上世紀70年代在我國首鋼誕生以來，很快在全國各行各業(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。

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

錐面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動（即SG-85型蝸桿傳動）既具有平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿可以淬硬磨削、制造工藝較易實現(xiàn)的特點，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，制成平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動，而當(dāng)蝸桿頭數(shù)Z1>4時則制成錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動。

2、包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的發(fā)展及現(xiàn)狀

上世紀50年代末開始，首鋼在新建項目上，裝備有各種規(guī)格的法向直廓環(huán)面蝸桿傳動。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年開始，首鋼機械廠與原一機部機械科學(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上；第/二年又合作制造出中 心距540mm，傳動比45的大型直齒平面蝸桿減速器，用于首鋼煉鋼廠30噸轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)，取代了性能難以過關(guān)的法向直廓環(huán)面蝸桿傳動。這臺減速器從1965年開始使用，鋼水容量從30噸擴大到48噸，后因箱體等各部件老化拆下，共用24年。

1970年–1971年首鋼機械廠張德華同志等在總結(jié)研制直齒平面蝸桿傳動經(jīng)驗基礎(chǔ)上先后解決了兩項關(guān)鍵問題，一是利用舊皮帶車床改裝出一臺能加工中 心距250mm的環(huán)面蝸桿專用機床，二是設(shè)計制造出蝸桿專用磨頭。這兩項關(guān)鍵設(shè)備與工裝是運用平面包絡(luò)技術(shù)研制新型傳動的基本條件，缺一不可。1971年，在制造斜齒平面蝸輪傳動的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了我國一套平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動。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，向冶金部做了專題匯報。

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

平面二次包絡(luò)蝸桿傳動發(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)面蝸桿傳動在我國問世以后，受到各方面的重視，許多高等院?？蒲袉挝?、工礦企業(yè)開展了對這種傳動的研究、實驗及推廣工作，取得了很多成果。目前，包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動生產(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械有限公司在包絡(luò)環(huán)面蝸桿生產(chǎn)方面，經(jīng)過10余年發(fā)展，目前有GJK75和GJK50數(shù)控環(huán)面蝸桿專機各兩臺，WC450普通環(huán)面蝸桿專機12臺。2014年金宇公司與德州一家機床公司合作，成功研制出4臺WK450專用數(shù)控蝸桿磨床。該公司目前正在研制中 心距1200的大型蝸桿專用機床，投入生產(chǎn)后，該公司可加工中 心距a=80－1200mm，傳動比i=4－100的各種包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動裝置。是國內(nèi)包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動制造能力的廠家。金宇公司在圓弧齒圓柱蝸桿傳動方面，也具備較強的生產(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4級。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，工件長度3000。天津華盛昌齒輪公司90年代與德國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級平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，該機床可磨削中 心距為500mm。

我國包絡(luò)蝸桿傳動年產(chǎn)量已達30000臺套以上。近年來，中 心距710、800、900mm等大型環(huán)面蝸桿傳動在軋機上得 到廣泛采用，全部實現(xiàn)由國內(nèi)生產(chǎn)制造這些關(guān)鍵零部件。從1978年開始，國內(nèi)主要生產(chǎn)的輪胎定型硫化機全部使用了平面二次包絡(luò)蝸桿減速器，現(xiàn)行標(biāo)準為《輪胎定型硫化機用平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機系列與基本參數(shù)》（HG/T2738-95），目前年產(chǎn)量2500臺以上。建筑電梯減速機采用平面二次包絡(luò)蝸桿后，效率、承載能力大幅提高，目前年生產(chǎn)10000臺以上。

包絡(luò)環(huán)面蝸桿專用機床，已從包絡(luò)產(chǎn)品發(fā)明之初由首鋼自行研制，到由專/業(yè)生產(chǎn)蝸桿機床的機床廠制造；從普通環(huán)面蝸桿專用機床，發(fā)展為數(shù)控環(huán)面蝸桿專用機床；從粗、精加工于一體的機床，向粗、精加工分開的專用機床發(fā)展。寶雞廣環(huán)機床有限公司是包絡(luò)環(huán)面蝸桿專用機床主要制造商，該公司機床主要有500、750、1000三個系列。每個系列包括數(shù)控環(huán)面蝸桿機床和數(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和7級精度蝸桿螺旋磨齒；后者用于5級精度蝸桿磨齒。該公司十年來已生產(chǎn)近30臺各種規(guī)格的數(shù)控環(huán)面蝸桿專用機床。由于數(shù)控機床的推廣普及，加快了我國包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的普及。

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

3、包絡(luò)蝸桿傳動理論研究進展

在冶金部組織力量對平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動進行理論研究的時候，我國學(xué)術(shù)界為這次研究奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，特別是我國數(shù)學(xué)家南開大學(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，在國內(nèi)產(chǎn)生了具大影響，我國關(guān)于平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動理論研究是很深入、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》（沈蘊方 容爾謙 李寅年馮德坤編著）；機械工業(yè)出版社1987年出版《蝸桿傳動設(shè)計》下冊（齊麟 張亞雄 黎上威 董學(xué)朱 胡松春編著）；機械工業(yè)出版社2004年出版《環(huán)面蝸桿傳動設(shè)計和修形》（董學(xué)朱編著）。包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動誕生以來，該傳動的設(shè)計、制造和選用等內(nèi)容陸續(xù)被編入《機械設(shè)計手冊》、《齒輪手冊》、《齒輪制造手冊》、《現(xiàn)代機械傳動手冊》、《機械傳動裝置選用手冊》、《減速器和變速器設(shè)計與選用手冊》、《中國機械設(shè)計大典》、《機械傳動設(shè)計手冊》、《齒輪傳動設(shè)計手冊》和《機械工程手冊》等。為包絡(luò)蝸桿傳動產(chǎn)品的設(shè)計、選用和制造提供了依據(jù)。我國學(xué)者理論研究成果推動了包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動制造技術(shù)水平的不斷提高和完善。在包絡(luò)蝸桿傳動研究與應(yīng)用方面，我國一直保持世界先進水平。