摘要：本文就以替代材料塑料为研究材料，就塑料材料制成的塑料斜齿轮蜗杆机械进行探究。在探究中，借助采样点分析的方式，根据塑料斜齿轮蜗杆传动设计的参数来看，对斜齿轮蜗杆机械传动的输入、输出功率进行详细的分析，并且根据分析结果得出，摩擦音素、螺旋角，以及压力角都对传动装置的性能有着直接的影响。此外，就塑料材质的斜齿轮蜗杆机械传动相较于传统钢制材质的斜齿轮蜗杆机械传动而言，塑料斜齿轮蜗杆机械传动具有其独有的魅力。
关键词：塑料；斜齿轮蜗杆机械传动；传动效率；重合度
引言
在塑料斜齿轮蜗杆机械传动性能研究中发现，齿轮转动主要是通过轮齿齿面的直接接触，从而将运动与载荷传递出去。塑料斜齿轮蜗杆机械传动形状多样，如包括了圆柱形、锥形、蜗杆形，被大量的运用于生产、生活和工作学习之中。另外，由于塑料材料的斜齿轮蜗杆机械传动自身具备操作简单、成本低廉、加工灵活、成果显著等方面的优势，在未来的市场发展中前景广阔。
一、传动效率
在闭式的斜齿轮蜗杆传动机构中，主要涉及到影响效率因素包括了啮合摩擦损耗、溅油损耗、轴承摩擦损耗这三方面的总效率，在对其进行研究的过程中，通常，啮合摩擦损耗、溅油损耗、轴承摩擦损耗分别用字母η1、η2、η3表示，η表示总效率，即η=η1*η2*η3，一般情况下，η2*η3都会合理的控制在0.95~0.96的范围内。在本次研究活动中，主要是研究η1，将η2*η3几乎看作为0，由此研究啮合摩擦损耗对整个斜齿轮蜗杆传动总效率的影响，即η=η1。在图1蜗杆、斜齿轮啮合受力分析示意图中，
=
且方向相反，
是f1的反作用力，指的是在轴向方向上的力矩。
图1蜗杆、斜齿轮啮合受力分析示意图
其中，
表示蜗杆法向齿形角、y表示蜗杆导程角、f1表示蜗杆所要承受的摩擦力、T1表示位蜗杆输入端转矩、
表示斜齿轮输出力矩、
-
和
-
分别都表示所产生的力矩、f2表示斜齿轮所要承受的摩擦力、T2表示斜齿轮输入端的力矩、
表示蜗杆输出端力矩、
-f2表示切向力矩、
-
表示所产生的力矩。
由此，根据斜齿轮蜗杆机构匀速转动受力情况得出受力平衡方程，即输入端为∑M1=T1-（
+
）=0，输出端为∑
=
-（
+
）=0，推理得出T1=
+
，
=
+
，借此，计算输入的力矩，得出了
=
*
/2=
*cosn*siny*（z1
/2tany）和
=f1cosy*
/2=µ
*cosy*（z2
/2tany），最终，输入的功率P=n1T1/9550，那么，根据公式T1=
+
，
=
+
，
=
*
/2=
*cosn*siny*（z1
/2tany），
=f1cosy*
/2=µ
*cosy*（z2
/2tany），整理的出了P=
*cosy*（z2
/2tany）*（n1/2tany）*（n1/9550）*（cosɑn*tany+µ），输出力矩
=
*
/2=
*cosɑn*cosy*（z2
/2）和
=f1siny*
/2=µ
*siny*（z2
/2），由于输出的功率为P'=n2*
/9550，所以，将输出功率P'=n2*
/9550代入
=
*
/2=
*cosɑn*cosy*（z2
/2）和
=f1siny*
/2=µ
*siny*（z2
/2）中，得出P'=
*cosy*（z2
/2）*n2/9550*（cosɑn+µtany），传动效率就是η=P'/P=（cosɑn-µtany）/（cosɑn+µtany），由η=P'/P=（cosɑn-µtany）/（cosɑn+µtany）关系式可以看出，传动效率η的大小，与蜗杆法的向齿形角
、蜗杆导程角y，以及蜗杆与斜齿轮间的吃面摩擦因数µ息息相关。如下表1
、y、µ采样点表。
表1
、y、µ采样点表
图2 
、y、µ采样点传动效率变化曲线示意图
根据表1
、y、µ采样点表和图2
、y、µ采样点传动效率变化曲线示意图，可以清晰地了解到第三条NO.3曲线传动效率随着采样点区域的变化而变化，且变化最为显著，其次，就是第二条NO.2曲线，虽然也有变化，但是，相对于第三条NO.3曲线，其变化幅度较小，最后，第一条NO.1曲线对传动效率的影响最小，这也就充分的说明斜齿齿轮间的齿面摩擦因数对传动效率的影响最大且非常明显。因此，在实际生产、生活、工作学习的过程中，适当的减小斜齿齿轮间的齿面摩擦因数，不仅可以有效的提升斜齿齿轮蜗杆传动机构的传动效率，而且还能够进一步提高生产、生活、工作学习质量和效率。另外，由于齿面摩擦因数主要是因为齿面的加工精确度、润滑剂质量，以及齿面接触压力等息息相关，所以，通过对齿轮进行形状的修饰降低齿面摩擦因数，是提高传动效率的必要手段。
二、重合度
重合度指的就是轮齿在啮合的过程中，与啮合作用一起进行的轮齿的数量，用字母εɑ表示。由于蜗轮蜗杆机构与斜齿蜗杆机构传动副接触的方式并不一致，所以，其计算方式也存在一定的差异。虽然端面上蜗杆斜齿轮啮合与齿轮齿条啮合较为相似，但是，斜齿轮的径向变位并不会对啮合角造成任何影响，所以，重合度的概念指的就是啮合实际长度与法面齿距在法向方向上的比值。其中，斜齿轮蜗杆机构重合度计算关系式为εɑ=1/2π[z2（tanɑ2-tanɑ）+（4
/sin2ɑ）]，式中ɑ2表示斜齿轮顶圆压力角、ɑ表示端面的分度圆压力角、
表示齿顶高系数。在斜齿轮蜗杆机构重合度关系式中，随着齿数、齿顶高系数的不断增大、重合度也会不断增大，所以，一旦减小压力角，其重合度就会增大，但是，压力角需要控制在合理的范围内，因为压力角一旦过小，就会发生根切方面的问题，进而影响轮齿的强度。
三、自锁性
在研究中发现，齿轮蜗杆机构的自锁性不仅可以通过斜齿轮为主的主动件时机构的传动效率η'进行判断，而且还可以通过计算η=P'2P'=（cosαn-µ/tany）/（cosαn+µ/tany）关系式得出，当η>0，η<0的情况下，可以得出µtanβ<cosαn<µ/tanβ，根据公式η>0，η<0可以看出，η'一旦受到参数αn、y、µ的影响，那么，根据表1
、y、µ采样点表可以找出
、y、µ采样点的传动效率折线图，如图3斜齿轮为主动件时采样点传动效率变化示意图。
图3斜齿轮为主动件时采样点传动效率变化示意图
根据图3斜齿轮为主动件时采样点传动效率变化示意图看出，当斜齿轮为主动件的情况时，第三条NO.3的曲线传动效率采样点变化最为显著，第二条NO.2曲线仅次于第三条NO.3曲线，第一条NO.1曲线仍旧是变化最小，由此可见，齿面摩擦因数对自锁性方面的影响也最显著。因此，在严格要求自锁性的前提下，塑料斜齿轮蜗杆机构要尽可能的选择齿面摩擦因数较大的产品，这也是出于自锁性要求方面的考虑。另外，一旦斜齿轮蜗杆机构的工作空间受到限制，在减小压力角的同时，必须要将螺旋角扩大，这不仅可以满足自锁性方面的要求，而且还能够满足斜齿轮蜗杆机构传动效率的稳定和顺畅。
四、总结
综上所述，在进行塑料斜齿轮蜗杆机械传动性能研究的过程中，分别从传动效率、重合度和自锁性这三个方面进行了研究和分析，研究表明，首先，相对于蜗轮蜗杆传动，斜齿轮蜗杆传动虽然存在效率低下的弊端，但是，由于其设计简单、价格低廉、灵活性强，在实际应用中更为普遍且实用；其次，齿面摩擦因数对传动效率和自锁性方面的影响最为显著，所以，这是塑料斜齿轮蜗杆机械传动设计过程中考虑的首要问题；最后，塑料斜齿轮蜗杆机械传动机构的参数设计，尽可能选择科学、合理且较小的压力角，不仅可以满足轮齿需求的强度和耐磨度，而且还能够增大啮合效果。
参考文献：
[1]王博.塑料斜齿轮钢制蜗杆传动强度与传动性能研究[D].吉林大学，2016-06-01.
[2]李磊.塑料蜗轮与钢制蜗杆的啮合性能研究[D].同济大学，2007-03-01.
[3]李传闪.塑料蜗杆与钢质斜齿轮传动理论及实验研究[J].重庆大学，2017-05-01.
论文作者:李勇华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：蜗杆论文; 齿轮论文; 效率论文; 塑料论文; 摩擦论文; 力矩论文; 因数论文; 《基层建设》2019年第3期论文;