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压下蜗杆传动的分类、形式和特点

自轧钢机问世以来，轧机压下装置就是轧钢机的重要组成部分之一，轧机压下减速机是轧机压下装置的核心部

件。轧机压下减速机通常是由蜗轮蜗杆（或蜗杆和圆柱齿轮）副、轴承、箱体等组成，而蜗杆传动形式是减速

机承载能力、使用寿命等关键要素。

1.压下蜗杆传动分类
根据蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动通常分为3大类：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动（见图1）。

1.1圆柱蜗杆传动
根据蜗杆齿廓形状及其形成原理，圆柱蜗杆传动又可分为：阿基米德圆柱蜗杆传动（ZA）；法向直廓圆柱蜗

杆传动（ZN）；渐开线圆柱蜗杆传动（ZU）；锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK）；圆弧齿圆柱蜗杆传动（ZC）；

双圆弧圆柱蜗杆传动（SH及FSH）。
1.2环面蜗杆传动
根据蜗杆齿廓形状及其形成原理，环面蜗杆传动又可分为：直廓环面蜗杆传动（俗称球面蜗杆传动）；平面包

络环面蜗杆传动（一次包络和二次包络）；渐开线包络环面蜗杆传动（一次包络和二次包络）；锥面包络环面

蜗杆传动。
1.3锥蜗杆传动
锥蜗杆传动通常不使用的，不加以介绍。
2.轧机压下蜗轮蜗杆副常用几种形式
目前，轧机压下蜗杆减速机主要有直廓环面蜗杆传动（俗称球面蜗杆传动）、二次包络环面蜗杆传动和尼曼蜗

杆传动三种传动形式。
（1）用于传递空间交错两轴之间的运动和动力，通常两轴的交错角Σ=90°；
（2）能够实现大传动比交错传动，传动动力和运动；
（3）传动平稳，震动、冲击和噪声均比较小；
（4）多对齿同时啮合，且呈线接触，承载能力大于交错渐开线斜圆柱齿轮；
（5）能以单级传动获得较大的传动比，结构紧凑；
（6）减速传动时，齿比u的范围为5≤u≤70，最常用为15≤u≤50；
（7）单头蜗杆，其导程角小于3.5°时，具有自锁作用，但此时效率很低，应尽量少用；
（8）蜗杆齿面与蜗轮齿面间的啮合摩擦损失比较大，传动效率低，齿面容易磨损，有时会出现温升过高等不

良现象；
（9）蜗轮材料一般采用有良好跑合性能的减摩材料，例如锡青铜、铝青铜等，但成本较高。
2.2蜗杆传动的失效形式
无论哪种蜗杆传动，其失效形式主要为点蚀、磨损、脱落、胶合、弯曲折断等，其中点蚀和磨损是最为常见的。

蜗杆传动的失效形式主要是由蜗杆传动的特点及生产制造中的问题所致，例如：齿面相对滑动速度大，啮

合效率低，润滑条件不良，材料选配不当，几何参数选择不合理，加工制造粗糙度低等。
3 直廓环面蜗杆传动特点
3.1形成原理
一个与蜗杆轴线在同一个平面上、并与该轴线既不相交也不相切的圆（蜗杆成形圆）围绕该轴线在空间作等角

速度（ω1）
旋转运动，同时另有一条与成形圆相切并绕该圆心作等角度（ω2）转动的直线旋转，该直线在空间的运动轨

迹曲面是直廓环面蜗杆的齿面，次曲面为不可展值纹面（见图2）。

直廓环面蜗杆轴向理论齿廓为直线，蜗轮齿面是直廓环面蜗杆螺旋面运动轨迹的包络面。在设计时，因蜗杆传

动技术参数的不同（例如：中心距a,传动比u，蜗杆成形圆直径db，蜗杆中间平面分度圆直径d1等），而取

此曲面上不同的曲面段，该曲面段就是蜗杆实际的齿形。
3.2传动特点
直廓环面蜗杆传动与普通圆柱蜗杆传动比较具有以下特点：
（1）齿面有两条瞬时接触线与相对速度方向夹角接近90°，有利于形成润滑油膜（见图3）；

（2）共轭齿面在接触点处诱导法向曲率半径大，有利于降低齿面接触应力；
（3）蜗杆和蜗轮互相包围，同时参加啮合的齿数多，降低了单齿载荷；
（4）蜗杆螺旋面进行了修形，容易形成油楔并早期形成稳定的啮合齿面。
3.3加工工艺特点
（1）蜗杆加工
由于蜗杆齿面不是包络形成的，齿面为不可展值纹面，实现磨削很困难，目前制造厂商多采用直线刀刃成形刀

具（车刀）在滚齿机上按成形原理加工成形（见图4）

(2)蜗杆修形
完全根据蜗杆的基本参数加工出来的齿形，其啮合性能较差而很少使用。一般需要对蜗杆齿面进行修形，即根

据所设计的修形曲面，通过改变相关的工艺参数，经调整机床切齿后，按一定规律对原来齿面进行减薄，来达

到改善啮合性能的目的。蜗杆修形主要有：全修形、变参数修形和倒坡修形3种。
（3）蜗轮加工
直廓环面蜗轮一般是在滚齿机上用与蜗杆参数基本相同的蜗轮滚刀加工成形的。在安装、调整和切齿等诸多方

面，与普通蜗轮基本相同，不同的是加工直廓环面蜗轮的刀具喉菁截面必须对准机床的回转中心和刀具的刀刃

延长线始终与成形圆相切（见图9）。

单件或批量生产时，蜗轮齿面可用飞到加工，以降低成本，弹药经过毛和研齿，才能投入正常使用。高精度蜗

轮精加工采用剃齿刀剃齿，并用立方氮化硼电镀的蜗杆进行研磨。
4二次包络环面蜗杆传动的特点
4.1形成原理
一个平面F与锥面A外表面相切，并一起绕轴线O2-O2以角速度ω2回转的同时，蜗杆绕其轴线O1-O1以角速

度ω1回转，平面F在蜗杆上形成的轨迹就是平面包络环面蜗杆的螺旋齿面（见图10）。

平面F与刀座轴线O2-O2的夹角β=0时，为直齿平面包络环面蜗杆，适用于传动运动；当母面F与刀座轴线

O2-O2的夹角β＞0时，为斜齿平面包络环面蜗杆适用于传递动力。
平面包络环面蜗杆的螺旋齿面是以平面为母面经过共轭运动包络形成的展成齿面。平面包络环面蜗杆与母面齿

轮组成的传动副，称之为平面一次包络环面蜗杆传动与直廓环面蜗杆传动在啮合原理上极为相似，具有以下特

点：
（1）齿面有两条瞬时接触线与相对方向夹角接近较大，啮合时同时出现两条接触线，构成两个油楔，有利于

形成润滑油膜（见图11）；

（2）共轭齿面在接触点处诱导法向曲率半径大，有利于降低齿面接触应力；
（3）蜗杆和蜗轮互相包围，同时参加啮合的齿数多，降低了单齿载荷。
4.3加工工艺特点
由于蜗杆齿面是平面包络形成的，齿面为可展成面，容易实现磨削，目前制造厂商多采用平面砂轮形成原理进

行磨削精加工（见图12）

平面二次包络环面蜗杆和加工蜗轮的滚刀都可以进行磨削。第一次包络的蜗杆和有它第二次包络的蜗轮，若都

是在相同的中心距、相同的传动比和相同的蜗杆轴相对蜗轮轴位置的情况下进行的，则称之为平面二次包络环

面蜗杆传动为基本型传动。实际使用的平面二次包络环面蜗杆传动均为通过改变两次包络的相对运动参数，而

改善了其啮合性能的变形传动。
 

5结语
了解并掌握蜗杆传动的类型和每种传动方式的共同点、各自特点和加工工艺方法，对轧机压下减速机的设计选

型是最基本的、最重要也是最关键的。因此在设计中应根据轧钢设备具体指标参数和各工作特点，选择满足使

用要求并且经济实用的传动方式；在“轧机压下蜗轮蜗杆副”的研制开发中，通过不懈努力，提升了蜗轮蜗杆

减速机在国内国际市场的竞争能力。