小压力角蜗杆/斜齿轮传动的参数改进

woodee

14年前，有论坛朋友找我设计一副蜗杆/斜齿轮。  

点明要5°压力角。  
问及原因，说是试验过几种压力角，只有5°的能勉强通过实验。
说是啮合推力很大，有1000kg（不知这位老兄是否算错，我只见过200kg左右的例子）。  
大一些的压力角，比如常见到的10°、12°、14.5°，17.5°、20°，会因为径向力过大，导致实际中心距受力分开不少，致使金属蜗杆齿顶压溃、剃掉塑胶斜齿轮齿顶，造成断裂性损坏。

所以，实践证明，一定要用5°压力角。  
很多参数的选取，都是实践试错的结果。  

                               
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后来，又都有了改进，缩短了斜齿轮不参与啮合的齿根，使得塑胶斜齿轮和金属蜗杆的齿体弯曲强度有所增强：   
   
  
其实，只要设计时仔细点，既考虑蜗杆根部根切、塑胶齿轮与蜗杆的干涉，又顾及两者的强度（比如尽可能短的蜗杆长度、塑胶齿轮齿根过渡曲线形状），一般在实际设计中，都能得到兼顾各方面性状的结果。  
  

   

changqingshu

支持，点赞，这是何等的造诣！

飞翔新莞人家

感谢楼主的分析解答

mrmrw

关于5°压力角的蜗杆斜齿轮副，最早是瑞士linak公司开发的电动推杆上使用的。后来，国内一些电动推杆企业开始模仿同类产品，由此导致国内很多做蜗杆和塑料齿轮的人才接触这个产品。
这个设计本质上有点坑，并不是说一定要5°压力角才行。但是在加工上，5°压力角的蜗杆非常不好做，而且是采用旋风铣+滚压工艺才能实现。这款蜗杆，某公司也是搞了1年多才通过测试的。——这个蜗杆也只有这一家做的不错，其它的效果都不太理想。
蜗杆表面粗糙度在Ra0.1，要求螺旋线精度比较高！否则噪音就差！

JINLIANG

我一般设计成12度

wzg1103

Woodee版主，您好：请问这种结构的最小侧隙一般要放到多少？0.05mm足够了吗？谢谢

woodee

mrmrw 发表于 2022-5-7 11:38
关于5°压力角的蜗杆斜齿轮副，最早是瑞士linak公司开发的电动推杆上使用的。后来，国内一些电动推杆企业开 ...

1980年代中，我搞刮水器蜗杆滚压的滚丝轮设计，见到一些样品，其中日本的几个件，印象很深，就是薄齿厚、小压力角的，粗糙度极好，螺纹收尾都做得很漂亮。   

因为批量生产，所以要求蜗杆安装结构尽可能简单，所以一般电机轴就是蜗杆轴。
这样，电机轴径就决定了蜗杆的直径参数，斜齿轮模数一旦确定，螺旋升角和螺旋角也就跟着定下来了。  
对于单头蜗杆，相对应电机轴径10、  8、   6、   5、    4，  
对应法向模数为                         1、  0.8、0.6、0.5、 0.4，  
对应根圆直径为                        5.5、4.4、3.3、2.75、2.2。  
此系列中，蜗杆螺旋升角均为7.180756°。  
可见，根圆直径都比较小，又加上薄齿，抗弯能力偏低就愈加明显。  
再加上蜗杆/斜齿轮副的结构制约，电机轴伸出比较多才是蜗杆工作部分，于是蜗杆工作时的弯曲变形就更须考究。  

于是，选取小压力角，降低径向力的尝试，应该是水到渠成的事。  

woodee

JINLIANG 发表于 2022-5-7 15:17
我一般设计成12度

12°压力角，如果螺旋升角在7.18左右，塑胶斜齿轮的不根切最小齿数为44。   
  
综合看，12°压力角是一个很不错的选择。   
但在受力较大的运用场合，如果蜗杆不是两端支撑的话，需留意：12°压力角的径向力，是5°压力角的2.5倍左右。  

woodee

wzg1103 发表于 2022-5-7 22:08
Woodee版主，您好：请问这种结构的最小侧隙一般要放到多少？0.05mm足够了吗？谢谢

0.05是否足够，得看零件制造精度和安装精度，还得看塑胶齿轮的热膨胀系数及其工作温升。  

番茄唐龙

好帖啊，有学到有用的设计经验了