螺旋蝸桿傳動 - 傘齒輪的創新

"螺旋蝸杆傳動"一詞到底是什麼意思呢？
它是指具有極高傳動比的準雙曲面齒輪。為了實現這一點，與傳統準雙曲面齒輪相比，通常使用的小輪齒數少，並且偏置距大。通常速比在i=40-90之間。小輪的齒數在1 到3之間，偏置係數通常大於0.5。而傳統的準雙曲面齒輪， 該數值通常在0.1-0.3之間。對於交錯軸傳動， 有不同的設計版本（見圖1) 。高減速比準雙曲面齒輪與SPIROID®,HELICON®齒輪類似。


 

分類

  • 傘齒輪（見圖2)沒有軸的偏置。通過齒高變位可平衡相對滑動。齒輪的效率可通過這個方式有效影響。
  • 準雙曲面齒輪（見圖3), 軸偏置作為設計參數， 其原始作用是用來增加小輪的承載能力。偏置距一般是大輪節圓直徑的5% -15％之間。接觸區的滑動部分取決於偏置的數值， 而偏置反過來決定可實現的效率。
  • 高減速比準雙曲面齒輪（見圖4)， 偏置量大約是大輪節圓直徑的20%-32％之間。小輪的幾何形狀特別接近於圓柱形的蝸杆。因此， 重合度和傳動效率與典型的準雙曲面齒輪不同。
  • 蝸杆在蝸杆傳動中（見圖5), 驅動輪的軸線與被動輪不相交。由於其接觸部分的相對滑動嚴重， 蝸杆的效率明顯低於錐齒輪或準雙曲面齒輪。


 







螺旋蝸桿傳動應用

高減速比準雙曲面齒輪用於必須一步或幾步實現高傳動比的應用中。這帶來了一系列的可能性， 特別是電驅動方面， 出於效率原因， 需要較高的轉速驅動。它們用作蝸輪的替代解決方案也有利於：
－提升當前解決方案的效率
－傳輸更高的功率
－減少空間
－節省成本
－減少維護工作量
－消除驅動輪和被動輪不同材料的缺點
－利用準雙曲面齒輪閉迴路生產的所有優勢


 

特性

特殊的幾何形狀使得高減速比準雙曲面齒輪具有許多特性：
－驅動輪小輪非常少的齒數。
－高重合度， 同時小輪單個齒多個嚙合。
－大傳動比造成小齒輪上的參考錐角非常小， 因此外徑很小。
－高減速比準雙曲面齒輪的接觸狀況和承載能力不能用熟悉的，印證過的準雙曲面齒輪的計算方法來精確描述。
－到目前為止，有關承載能力和效率的規定只能在極為有限的範圍內實現。
－摩擦條件無法清楚描述，目前無法根據現有的計算方法計算效率。


設計

尺寸設計：高減比準雙曲面齒輪可設計成連續分度和單分度方法加工的工藝。兩種工藝都是為成形法加工設計的。大輪用切入方法加工，而小輪用展成工藝加工。由於高減速比和小輪齒數少的原因，在定義宏觀尺寸時，必須考慮各種邊界條件。與準雙曲面齒輪通常情況一樣，參考錐由傳動比、軸交角、大輪的外徑和齒寬、偏置量、刀盤直徑，以及兩個螺旋角中的一個來確定。
尺寸設計：高減比準雙曲面齒輪可設計成連續分度和單分度方法加工的工藝。兩種工藝都是為成形法加工設計的。大輪用切入方法加工，而小輪用展成工藝加工。由於高減速比和小輪齒數少的原因，在定義宏觀尺寸時，必須考慮各種邊界條件。與準雙曲面齒輪通常情況一樣，參考錐由傳動比、軸交角、大輪的外徑和齒寬、偏置量、刀盤直徑，以及兩個螺旋角中的一個來確定。

實際上，前四個參數是設計規範，所以很少改變。在尺寸計算時，偏置量、刀盤直徑和大輪螺旋角都是基於齒數預定義的，以獲得小輪上的理想螺旋角。這確保了盡可能大的小輪的外徑。如果根據設計規範改變偏置距，那麼必須修改大輪螺旋角和刀盤直徑（如適用）－如果要保留小輪上建議的理想螺旋角。在實際應用中，當採用較小的刀盤直徑（小刀設計）設計高減速比準雙曲面齒輪時，可獲得較好的重合度。這樣設計出來的齒形有非常小的齒頂高和齒根角。其他宏觀幾何參數要根據所選的基礎數據修改。使用KIMoS Designer進行尺寸計算設計實用的齒輪，並可用大家熟悉的失配圖設計進行分析和改進。（見圖6和圖7)
承載能力的計算：用於計算標準承載能力或用於加載接觸分析的常用方法和現有程序迄今為止僅適用於重新計算高減速比率準雙曲面齒輪。
標準承載能力計算：根據維奇模型進行效率計算。為了計算標準承載能力，將準雙曲面齒輪幾何形狀轉換為等效的圓柱齒輪幾何形狀。當計
算高減速比準雙曲面齒輪時，該轉化不能提供實際可用的等效圓柱齒輪幾何形狀。由於減速比大，計算出來的安全係數明顯偏大。
 

加載接觸分析(LTCA)
由於小輪的大導程，需要對補償的表面進行設計改善。
由於計算模型中的摩擦條件沒有得到很好的模擬，局部
點蝕安全係數的計算結果令人懷疑。要計算效率，會用
到摩擦係數。由於高減速比準雙曲面齒輪齒長方向的滑
動，目前無法可靠地計算摩擦係數。




 

面向未來的解決方案？前瞻性觀點

為了確保計算承載能力的程序也能為高減速比準雙曲面齒輪提供可靠、穩健的結果。Klingelnberg與德國動力傳動工程研究會(FVA)所涉及的硏究機構共同分析了下面的問題：－所使用的數學模型對高減速比準雙曲面齒輪的實際接觸狀況的模擬效果如何？－用來驗證計算方法的試驗方法在多大程度上對此類齒輪有意義？根據這些研究的結果，合作方將及時修改計算算法，並在必要時修改討論的試驗方法。通常，設計高減速比準雙曲面齒輪時，會得到相對較大的齒長鼓形和齒高鼓形，以及因此產生的高接觸應力。因此，可預想高減速比準雙曲面齒輪在實際載荷下會有相當高的點蝕引起的損傷風險。這是通過計算符合標準承載能力和通過迄今為止執行的加載的接觸分析來確認的。兩種計算方法的結果在此具有很好的關聯性。因此，新的設計重點是如何獲得小齒長和齒高鼓形的適配。

 






 



 

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