蜗杆传动的发展概述

自**个蜗杆传动标准问世以来，已有80多年的历史，蜗杆传动的发展已经进入成熟阶段。尽管齿轮传动一致被作为研究重点，蜗杆传动型式也一直是一个活跃的领域。简要回顾一下较新的技术，例如这里所介绍的，可能有助于更好地预测未来的前景。从作者的观点来看，下面是对蜗杆传动的展望。

塑料蜗轮传动。汽车、家用电器和食品加工行业对金属与塑料或仅塑料材料的蜗杆传动的需求不断增加。这主要是因为其具备较低的成本、较轻的重量和较低的噪声。表1显示了已开发的专为蜗杆传动所开发的金属-塑料或塑料-塑料材料对的列表。目前研究的重点在于通用塑料、通用工程塑料、准**级工程塑料、**级工程塑料等。作为玻璃纤维和碳纤维增强塑料基复合材料也已推广使用。蜗杆材料的较新发展是使用碳纳米管与聚缩醛的合成材料。利用新开发的塑料进行蜗杆传动的研究方向主要集中在蜗杆传动的耐磨性和表面回火特性上，因为蜗杆啮合过程中滚动较少。塑料蜗轮表面磨损缓慢，如果齿轮低于临界值，则具有较低的比磨损率；然而，当载荷**过一个特定几何的临界值时，塑料齿轮磨损率将急剧增加。磨损率突然增加的原因可能是蜗轮工作温度在临界状态下达到材料熔化点。

蜗杆传动用新塑料的发展面临的一个未来挑战是原材料和制造工艺的成本。以家用电器工业上应用为例，玻璃纤维增强聚甲醛蜗轮的成型成本约为原加工金属齿轮成本的五分之一。图4显示了的研究中获得一个有趣的结论，将耐热温度作为每种塑料相对于每公斤POM价格的函数来处理。即使是**级工程塑料的价格也可以**过一个订单。因此，在开发新的塑料蜗杆应用方面，未来的挑战将需要低磨损率和高耐热温度，同时保持类似工程塑料的成本。

合接触分析的负荷能力估计。在钢青铜蜗杆传动中，较大承载能力主要由齿折和点蚀决定.蜗杆的详细几何数据用来分析需要传动类型。迄今为止，已经建立了许多数学接触模型来预测轮齿接触。然而，软蜗轮的过度磨损和变化在磨合阶段，齿轮接触的建模仍然是一个挑战。此外，青铜蜗杆齿轮的磨粒磨损在正常运行过程中可能与点蚀相竞争。由磨料磨损引起的磨损实际上可以减少受影响的点蚀面积。

综合接触分析将更准确地估计承载能力。综合接触分析应包括几何信息(曲面半径)、运动学信息(表面滑动速度)和弹性(轮齿刚度)，结合材料磨损机理和材料Wehler图，预测蜗杆齿面的应力分布，且本过程必须反复进行。在任何情况下，都可以建立接触应力分布图像。基于接触应力分布，研究齿面的材料磨损率和材料使用寿命。并且可以预测在下一次计算中，蜗轮齿面所形成的一个新的曲面。

提高效率计算方法。有几种标准可用于计算蜗杆传动效率，然而，在将这些标准应用于计算蜗杆传动效率时存在若干缺点。例如，AGMA 6034-B92和DIN 3996没有考虑润滑剂类型和表面粗糙度对效率的影响。润滑剂主要通过降低蜗杆传动功率损失来影响蜗杆传动效率，包括在液体动力学、弹性液体动力学和束缚润滑状态下的旋转损失和摩擦损失.在传统的轮系中，合成油可以降低功率较高减少蜗杆传动效率损失高达8%。另外，DIN 3996中的效率计算也是基于齿轮比为20.5的蜗杆传动的经验方法。该计算方法对传动比为20.5以外的蜗杆传动的作用可能无效。图5显示了这些标准之间的差异，特别是AGMA和DIN/ISO标准之间的差异。由AGMA标准计算的蜗轮副的效率随转速的增加而逐渐增大，而按DIN/ISO标准计算的效率似乎与转速无关。通过相应的摩擦学行为(润滑剂、速度、表面粗糙度、载荷、温度来提高计算效率，同时局部齿面摩擦和滑动速度、材料、齿轮尺寸，蜗杆轮廓，以及螺旋头数等也造成一定影响。

蜗杆传动的状态监测。状态监测是指对机械中的状态参数(振动、温度、颗粒等)进行监测，如果相关参数产生变化，这表明设备正在发生故障。由于资产管理的维护操作要求，状态监测越来越受到重视。之前的维护实践对于齿轮传动而言，主要是被动维修，即在齿轮传动发生故障之后进行更换或维修。随着齿轮传动种类的增加，预防性维修(PM)就被采用来对齿轮传动条件的定期检查。这种检查通常费用昂贵，而且往往需要为操作安全安排不理想的停机时间。状态监测技术是在20世纪70年代和80年代初发展起来的，用于探测在航空航天和近海石油结构中具有明显经济优势，预防性维护(PDM)和基于条件的维护(CBM)技术已越来越多地被许多齿轮传动所采用，特别是在偏远地区部署的大型的传动装置。齿轮传动条件检测技术所尝试的技术有振动分析、油屑分析、噪声分析、温度和功率分析(电机电流/电压/转矩)。并联齿轮传动的状态监测技术已经建立起来，但目前在蜗杆传动上的应用还很有限。自21世纪以来，蜗杆传动系统进行了大量的监测和诊断。在偏远地区蜗杆传动状态监测与诊断技术与并联传动系统不同。以振动分析为例，与其它齿轮类型的缺陷相比，它以周节的形式产生周期性影响。在齿轮啮合频率附近，因为它们之间的连续滑动相互作用，这种明显的缺陷症状对于蜗杆传动来说并不明显。其仍旧存在许多未知的挑战，例如振动方面的挑战。哪个数学过程较敏感，这个数学过程在什么频率范围内对蜗杆运动学有效，以及这些数学过程是如何表现产品的。不同应用领域的产品进行状态监测和诊断方面取得了进展。

结论

蜗杆传动自几何设计、摩擦学和制造工艺发明以来，有了很大的发展。在蜗轮蜗杆设计，制造和使用上有了许多进一步的创新，为蜗杆传动开发出新的发展机会。重点应放在对于承载能力和效率较高、热量和噪音较少、成本较低和改进的寿命蜗轮蜗杆的设计上。本文对蜗轮蜗杆传动的较新信息进行了全面的汇编，**了未来的发展前景，并指出了研究和开发的重要和具有挑战性的领域。这是业界应该探索的，以更好地应对可能出现在蜗轮蜗杆传动领域的创新。