[科普中国]-环面蜗杆

环面蜗杆的形成

蜗杆螺旋面由便于制作的直线刀刃车刀、平面砂轮、角度铣刀和锥面砂轮加工成。刀具装在回转刀座（简称刀座）上，刀座回转轴线与蜗杆轴线交错，和为其共垂线分别在刀座轴线和蜗杆轴线上的垂足。蜗杆不修形时，刀座轴心与蜗杆轴线的距离等于被加工蜗杆副的中心距a；刀座与蜗杆的轴交角∑=90°；蜗杆与刀座的速比等于蜗杆副的传动比。在刀座轴心与蜗杆轴线所在蜗轮中间平面上，由半径为的蜗轮主基圆（或称蜗杆成形圆）和蜗杆齿廓确定刀具位置：车刀的直线刀刃或铣刀和砂轮的直母线应与蜗轮主基圆相切，并与蜗杆齿廓重合或相切。蜗杆回转时，刀座按速比转动，直线刀刃在蜗杆上的轨迹曲线、平面或锥面的包络面为环面蜗杆的螺旋面。

环面蜗杆的分类（1）直廓环面蜗杆

下图所示为由直线刀刃车刀加工成的环面蜗杆，其轴向截面齿廓为直线，称之为直廓环面蜗杆。曾被译为球面蜗杆或圆弧面蜗杆，国外又称为Hindley蜗杆。蜗杆螺旋面为刀刃直线的轨迹曲面，是不可展直纹面。

可以用渐开线代替直线，用渐开线插齿刀加工环面蜗杆的螺旋面；加工出的环面蜗杆则与直齿或斜齿渐开线圆柱齿轮相配。虽然这种蜗杆副制作简便，但由于渐开线插齿刀外径受限制，只能用于小中心距的传动，未能推广使用。

（2）平面包络环面蜗杆

下图所示为用平面砂轮精磨环面蜗杆一侧螺旋面。在蜗轮中间平面上，砂轮平面与蜗轮主基圆和蜗杆齿廓相切；砂轮平面与刀座轴线的夹角β为产形面倾角，可以根据需要在一定范围内取值。由砂轮平面展成蜗杆齿槽一侧螺旋面为可展直纹面。

（3）锥面包络环面蜗杆

下图所示为用单锥面为产形面，用锥面砂轮精磨蜗杆一侧螺旋面。在蜗轮中间平面上，砂轮锥面直母线与蜗轮主基圆和蜗杆齿廓相切；将砂轮平面绕该直母线转过产形面倾角β（图中未示出），确定其位置。β角可根据需要在一定范围内取值。砂轮锥面展成蜗杆齿槽一侧的螺旋面。

（4）双锥面包络环面蜗杆

下图所示为对称于砂轮中间平面的两锥面精磨蜗杆齿槽两侧螺旋面。砂轮中间平面与其轴线的交点在蜗轮中间平面上，砂轮轴线与蜗轮中间平面重合时，砂轮两锥面母线与主基圆相切。根据需要在一定范围内将砂轮绕刀座与砂轮轴线的共垂线转砂轮轴线倾角β（图中未示出）。砂轮的双锥面展成蜗杆齿槽两侧螺旋面1。

环面蜗杆副的分类（1）直廓环面蜗杆副（TA蜗杆副）

以直廓环面蜗杆的螺旋面为滚刀或剃齿刀产形面；按蜗杆副的中心距a、蜗杆和蜗轮的轴向位置即轴交角∑=90°，安装滚刀或剃齿刀和蜗轮坯；按蜗杆副的传动比作相对运动展成配对的蜗轮，得到直廓环面蜗杆副。

（2）平面一次包络环面蜗杆副

如右图所示，以平面包络环面蜗杆与平面齿轮或斜平面齿轮相配的蜗杆副称为平面一次包络环面蜗杆副，又称平面蜗轮副，简称P蜗轮副。齿轮的齿面为平面或斜平面，其端面齿廓为直线。一次包络指的是用展成法加工蜗杆，而平面齿轮不用展成法加工。

渐开面包络环面蜗杆与渐开线圆柱齿轮相配，称为渐开面一次包络环面蜗杆副。这种传动可以不用制作蜗轮滚刀，渐开线齿轮可以达到很高精度，但渐开面包络环面蜗杆难于制作，在生产中还未推广应用。

（3）二次包络环面蜗杆副

以一次包络得到的平面、锥面和双锥面包络环面蜗杆螺旋面为滚刀产形面，按蜗杆副中心距a、蜗杆和蜗轮轴向位置及轴交角∑=90°安装滚刀和轮坯，刀具和轮坯按蜗杆副传动比作相对运动展成相配蜗轮，得到二次包络环面蜗杆副。平面二次包络环面蜗杆副简称TP蜗杆副。锥面（单锥面）二次包络环面蜗杆副简称TK蜗杆副1。

环面蜗杆传动特点（1）直线环面蜗杆传动（TSL型）和平面二次包络环面蜗杆传动（TOP型）特点是：多齿接触并双接触线接触，所以扩大了接触面积，而且由于啮合接触线与速度夹角较大，易于形成油膜改善了润滑条件，增大了齿面间的相对曲率半径，因此承载能力大为增加，效率高，传力大。

（2）平面一次包络环面蜗杆传动（TVP型）特点是：单接触线接触，多齿接触润滑条件大有改善，所以效率与承载能力比圆柱蜗杆传动大得多。

平面包络环面蜗杆（TOP型与TVP型）比较容易实现完全符合其啮合原理的精确加工和淬硬磨削加工，故可采用高硬度蜗杆，且可降低齿面粗糙度，这对提高其承载能力与传动效率提供有利条件。

一般环面蜗杆传动效率可高达0.85~0.90，承载能力可比圆柱面蜗杆传动提高2~4倍2。