塑料蜗轮（塑料斜齿轮）与蜗杆传动

编辑：admin 2024-12-02 浏览：107 次

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塑料蜗轮在现代工业中应用广泛（在大批量生产的时候，经常用注塑的塑料斜齿轮来替代），塑料蜗轮与蜗杆配对，常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮蜗杆机构具有承载力大，有很大的传动比和轴向力，结构紧凑，传动平稳，振动小，以及在一定条件下具有自锁功能等特点。

目前塑料蜗轮的制造主要通过使用蜗轮滚刀在滚齿机上加工，蜗轮滚刀需要根据塑料蜗轮的参数定制，对制造滚刀和加工塑料蜗轮的机床的精度要求都很高。定制滚刀周期长，产品单件加工，装夹耗时，效率低，成本高，适合于小批量生产。

蜗轮蜗杆传动的优缺点

蜗轮蜗杆传动的优点很明显，其结构紧凑，传动比大，同时传动平稳，振动、冲击和噪声均很小，在一定的条件下具有自锁性。

蜗轮蜗杆传动缺点：在制造精度和传动比相同的情况下，蜗杆传动的摩擦发热大，效率比齿轮传动低，只宜用于中、小功率的场合。

蜗轮蜗杆减速机就一定具备自锁性能吗？不是，这是有前提条件的。当导程角摩擦角时，蜗轮减速机构才能自锁。

通常情况选用齿轮减速机时，用户必须使用断电保护或者刹车电机，所以齿轮减速机就会选用带刹车的电机来达到停止的目的，但是不意味着绝对停止，一点点的惯性还是有的。

什么是自锁呢？自锁的概念就是无论多大的力都无法启动，无论多大的惯性，只要工作主动件停止运转，整机就可以刹车，蜗杆蜗杆减速机就具有这种自锁性能。齿轮减速机没有自锁性，蜗轮减速机减速比1:30比及以上速比时，有可靠的自锁性，且减速比越大自锁性能越好。

如何选择减速比才能保证蜗杆蜗杆减速机的自锁性能？

1、蜗轮付摩擦系数为0.6时，蜗杆导程角小于3°29′11″即自锁，反之不自锁；

2、蜗轮付摩擦系数为0.7时，蜗杆导程角小于4°03′57″即自锁，反之不自锁；

3、蜗轮付摩擦系数为0.8时，蜗杆导程角小于4°38′39″即自锁，反之不自锁。

当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，减速机机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。一般在重型机械设计中，设计师都会趋向于使用带自锁的蜗轮蜗杆减速机构，因为其反向自锁性可起到非常重要的安全保护作用。

蜗轮蜗杆传动和平行轴齿轮传动的降噪方法有什么相同与不同的地方？

1.齿轮材料的刚性和韧性的良好平衡与兼顾

如果我们把塑料蜗轮从刚性很强、但韧性和吸振性欠缺的POM，改成强韧型的耐磨工程塑料（比如苏州维本工程塑料WintoneZ33),通常噪音会降低，那换成增韧的POM或者增韧的PA66、TPEE或PA12行吗？这也是一种方法，但有时候会遇到另外两个问题：第一就是可承受的扭矩降低太多，就是通常说的“太软了”，其次就是降低了耐疲寿命。所以选材的时候，刚性很强或韧性很强，都可能在某些传动降噪设计中遇到问题，材料的强韧性兼顾很重要！这一点对蜗轮蜗杆传动和平行轴齿轮传动的降噪选材方案是相同的。

2.齿形与齿距

对于平行轴齿轮来说，齿形的偏差对噪音影响很大，而齿形对蜗轮蜗杆传动噪音的影响相对就小。

对于蜗轮蜗杆来说，蜗杆的齿距的偏差对噪音的影响较大，这是由于蜗杆的齿距对产生高频的周期噪音，导致噪音值升高，蜗杆和蜗轮中间截面的对中性对噪音影响非常大。

齿形和齿距的影响力是蜗轮蜗杆传动和平行轴齿轮传动的降噪方案很不同的地方。

3.材料的摩擦性能

对于表现摩擦磨损表现良好的齿轮材料组合，必须满足如下因素：

（1)材料之间的摩擦系数较低，数值越低，其摩擦磨损性能越好；

（2）材料之间的磨损必须表现的比较低，特别是有轻微磨损后，其磨损特性的变化情况，是非常关键的；

（3）对磨材料之一，必须具有一定的"形成隔离层”的能力，如WintoneZ33材料，自身可以形成一层保护膜，这层保护膜提供了优异的抗磨损能力；

4.速度

在蜗轮蜗杆传动中，有人说，改变线速度很简单，我把蜗杆的转速减低即可，是的，电机转速降低，也会使得噪音降低，但前提是实际应用中，是否允许你降低线速度。同样，在平行轴齿轮传动中也一样，降低速度，噪音会降低，这又是两者相同的地方。但我们往往要解决的问题是，需要保持有效的速度情况下，降低噪音。

5.齿轮的精度和齿轮的表面粗糙度

提高齿轮的精度和降低齿轮的表面粗糙度，对蜗轮蜗杆传动和平行轴齿轮传动的降噪都有帮助，这又是相同的地方。

斜齿轮不是蜗轮，那么斜齿轮是怎么来的？

蜗轮在结构上与斜齿轮不同，大多数机加工蜗轮均设计有喉径，以便与蜗杆之间有一定长度的线接触。但是这样一种设计结构不适应蜗轮注塑时的脱模，所以通常多采用斜齿轮代替蜗轮进行大批量的注塑生产。

塑料蜗轮通常由滚齿加工来制造，那么影响滚齿加工精度的主要看那几点？

由于齿轮精度一般由齿圈径跳、基节偏差、公法线长度等因素决定。因此，一旦这几项因素发生偏差，滚齿加工精度均会受到较为严重的影响，以下均为当前滚齿加工过程中较易出现的误差原因。

1.运动偏心

运动偏心一般表现为公法线长度误差，这种误差出现的原因是滚齿在进行齿轮加工的过程中一般会采用展成法，因此，当对于齿坯间的分齿到刀具传动链进行确立时，必须要将传动比关系作为其运动精确性的主要决定因素。然而，传动链本身并非单项结构，它是由较多的传动元件组成。因此，当传动链在进行运动过程中，必定会出现零件误差在传动链末端集中反映的情况，也就是相对运动中的不均匀性，并由此对加工精度造成影响。而此处，运动偏心，也就是公法线长度，其变动与齿轮牙齿分布状况有一定关联，当齿轮牙齿分布不均匀时，公法线长度的变动就会直观地表现出其出现误差的最大范围。

2.几何偏心

几何偏心主要为齿圈径向跳动误差，齿圈径向跳动主要指在一转范围内的齿轮，其测头一般在轮齿或齿槽部位，一旦其与齿的中高部双面发生接触，就会出现测头相对于轮齿轴线的最大变动量，也就是相对于轴中心线，轮齿齿圈发生的偏心，被称为几何偏心。

3.齿形误差

齿形误差主要指包容实际齿形轮廓线的理想齿形廓线法向在齿形工作部分中的距离。一般而言，渐开线齿形总会存在一定偏差，这种偏差会使传动平稳性受到影响，出现不对称、角误差等现象，进而产生滚刀齿形误差。而对齿形误差的成因进行具体分析，就可以发现，在渐开线齿形决定的过程中，齿轮基圆是唯一决定性参数，因此，一旦基圆发生误差，齿形也会因此出现误差。当对齿轮进行加工时，渐开线齿形其中依靠齿坯滚刀之间固定速比的分齿进行保证，由此可以证明，滚刀齿形误差决定了齿形误差，并导致不对称等现象的产生。

4.齿向误差

齿向误差只有在特定范围内才会产生，它产生于全齿宽范围之内，同时又在分度圆柱面之上，它包括了两条设计齿向线的端面距离。

5.粗糙度分析

粗糙度一般被分为鱼鳞、啃齿、撕裂等几种现象。

在颈部按摩器塑胶齿轮和各类减速电机传动齿轮的应用上，苏州维本工程塑料WintoneZ33耐磨静音齿轮专用料，可以帮助您解决以下问题：

1.POM和PA66齿轮噪音比较大，耐磨耐疲劳性不够的问题。

2.PA12和TPEE齿轮，太软扭矩太小，耐磨性不够，在60摄氏度以上时，扭力下降比较快。

3.POM和PA66齿轮的耐腐蚀性不够，以及断齿的问题。POM齿轮和注塑功能件易粉屑化的问题。

4.尼龙46齿轮的降噪性不够，尺寸受水份影响比较大。

Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。Z33材料的典型成功应用为：微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮、电动剃须刀等等传动齿轮。

前面提到的五点是如何来影响蜗轮滚齿加工精度的

1.影响运动偏心的因素

影响运动偏心，也就是导致公法线出现长度误差，造成这种误差的因素一般有三种，分别是滚齿机工作台圆形导轨与分度蜗轮不同轴、圆形导轨磨损，蜗轮副回转精度不够均匀或者分齿的挂齿轮面出现较为严重的磕碰现象、挂轮咬合松紧程度不适应。

2.影响几何偏心的因素

影响几何偏心（又称为影响齿圈径向跳动误差）的因素一般分为两种，一种为顶尖口与顶尖制造存在问题，从而导致的定位面接触不良，另一种为工作台回转中心不能适应零件的两中心孔，从而导致安装不重合，或者两者之间偏差过大。

3.影响齿形误差的因素

齿形误差出现的原因一般为在滚刀选用过程中，滚刀刃磨因素未被充分考虑其中，从而导致滚刀刃磨质量较差，引发齿形误差。而一旦滚刀出现轴向窜动或径向跳动就代表其在安装过程中出现了一定的偏差，导致滚刀无法正常工作。

4.影响齿向误差的因素

齿向误差的出现原因较前三种误差更为复杂，其主要是由于当机床、刀架等进行垂直进给时，其方向或与零件轴线之中存在偏移，或与工作台回转中心、上尾座顶尖中心存在一定差异。并且当斜齿轮进入滚切步骤时，差动挂轮以及传动连齿轮调整、制造的误差或计算误差较大也是引发齿向误差的原因。当齿坯制造、调整或安装中精度过低时，齿向误差仍会产生，因此齿向误差是一项轴齿轮滚轮加工精度确定中最易造成负面影响的因素。

5.影响粗糙度的因素

齿面粗糙度不均匀，或出现啃齿、撕裂、鱼鳞等现象时，一般是由于数控机床中的刀具、机床、工件系统这些部分刚性明显不足，或出现了间隙较大的情况。而当滚刀和工件两者之间相对位置发生一定变化或滚刀刃磨不够适当时，齿面粗糙度同样会发生变化。并且，由于齿面粗糙度是一项较难控制的因素，因此，即便仅出现切削参数不适合或使用不均匀材质的零件也会导致齿面粗糙度受到一定影响。

苏州维本WintoneZ33耐磨静音齿轮专用工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。

在汽车雨刮器减速电机塑胶齿轮和各类减速齿轮箱传动齿轮的应用上，与传统的POM和PA66相比，WintoneZ33具有更好的耐磨性、静音、弹性、耐疲劳性和抗形变能力，Z33在保持了良好刚性的同时，进一步提升了弹性和韧性（这种优异的机械性能在摄氏-40度、0度和80度都有保持和体现），可以帮助解决齿轮断齿问题，同时大幅度降低摩擦噪音，经应用后比较，WintoneZ33也优于不少耐磨改性规格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮类或二硫化钼改性）。

在微小型减速齿轮箱耐磨静音齿轮的应用上，Z33在耐磨耐疲劳性优于传统的PA12和TPEE（海翠料）的同时，还能帮助解决PA12和TPEE有时候扭力不够的问题，而且Z33具有更好的成本优势。

另外，Z33具有很好的耐腐蚀性，可以用于很多场景下接触各类化学物质的严苛环境，比如PCB设备齿轮、印染纺织机械上的齿轮，液压系统的挡圈和密封圈，等等，成功替代价格昂贵的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46，TPEE的部分应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装WintoneZ33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。