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1、蜗轮蜗杆减速机简介、结构、分类，一应俱全抓紧学学「纯干货」2、生产案例铝合金蜗轮减速机壳体低压铸造工艺设计及优化3、为什么齿轮减速机会用铝外壳？
蜗轮蜗杆减速机简介、结构、分类，一应俱全抓紧学学「纯干货」
蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。
简介
在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。
减速机的作用主要有：
1、降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。
2、减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。
RV系列铝合金蜗轮蜗杆减速机基本结构主要由传动零件蜗轮蜗杆、轴、轴承、箱体及其附件所构成。可分为有三大基本结构部：箱体、蜗轮蜗杆、轴承与轴组合。箱体是蜗轮蜗杆减速机中所有配件的基座，是支承固定轴系部件、保证传动配件正确相对位置并支撑作用在减速机上荷载的重要配件。蜗轮蜗杆主要作用传递两交错轴之间的运动和动力，轴承与轴主要作用是动力传递、运转并提高效率。
蜗轮蜗杆减速机部分附件解说如下：
外壳：铝合金（机座：025-090）铸铁（机座：110-150）；
蜗杆：20Cr钢。碳、氮共渗处理（精磨后保持齿面硬度HRC60，硬度厚度大于0.5mm）；
蜗轮：特殊配置的耐磨镍青铜；
油盖/通气器，主要用于排出涡轮蜗杆减速机机箱内的气体；
端盖，分为大端盖和小端盖，端盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭；
油封；主要使用防止机箱内部的润滑油外泄，提高润滑油的使用时间；
放油螺塞，主要用于更换润滑油时排放污油和清洗济；
油标盖/油标，主要用于观察涡轮蜗杆减速机机箱内部的油量是否达标；
分类
主要型号：WP系列蜗轮蜗杆减速机、WH系列蜗轮蜗杆减速机和CW系列蜗轮蜗杆减速机等。
WP系列
包括WPA/WPS/WPW/WPE/WPZ/WPD。
WH系列
包括WHT/WHX/WHS/WHC。
CW系列
包括CWU/CWS/CWO。
RV系列
包括RV/NMRV/NRV。
概述
RV系列蜗轮蜗杆减速机是按技术质量标准设计制造。RV系列蜗轮蜗杆减速机在符合国家标准GB10085-88圆柱蜗轮蜗杆参数基础之上，吸取国内外先进科技，独具新颖的"方箱型"外形结构，箱体外形美观，以优质铝合金压铸而成。RV系列蜗轮蜗杆减速机已广泛应用于各类行业生产工艺装备的机械减速装置，是目前现代工业装备实现大扭矩、大速比低噪音、高稳定机械减速传动控制装置的好选择。
特点
1、机械结构紧凑、体积外形轻巧、小型高效；
2、热交换性能好、散热快；
3、安装简易、灵活轻捷、性能优越、易于维护检修；
4、运行平稳、噪音小、经久耐用；
5、使用性强、安全可靠性大；
使用维护
1、安装时请不要对减速机输出部件，箱体施加压力，联接时请满足机械与减速机之间的同轴度与垂直度的相应要求。
2、减速机初始运行至400小时应重新更换润滑油，其后的换油周期约为4000小时。
3、减速机箱体内应保留足够的润滑油量，并定时检查。
4、注意保持减速机外观清洁，及时清除灰尘、污物以利于散热。
生产案例铝合金蜗轮减速机壳体低压铸造工艺设计及优化
某工程车辆蜗轮减速机壳体是蜗轮蜗杆动力传输过程中重要的受力部件，传统的壳体多由球墨铸铁采用重力铸造而成，较重且容易出现铸造缺陷。铝合金壳体具有质量轻、导热性能好等特点，近年来得到广泛应用。低压铸造能够解决传统重力铸造中金属液平稳充型与凝固补缩之间的矛盾，使蜗轮减速机壳体组织致密、力学性能良好。因此，本课题以蜗轮减速机壳体为研究对象，利用MAGMAsoft软件对其低压铸造工艺方案进行数值模拟，优化铸造工艺消除铸件缺陷，以达到提高成形品质并提高生产效率的目的。
图1为蜗轮减速机的壳体及其浇注系统三维模型。壳体体积为0.004 m3，质量为10.579 kg，三维尺寸为340 mm×301 mm×238 mm，结构较复杂，平均厚度大且厚度不均匀。考虑到铸件结构及低压铸造成形工艺的特点，为便于形成良好的补缩通道，采用封闭式浇注系统，浇注系统见图1。
图1 浇注系统三维模型
铸件材质为A356铝合金，其热物理参数见表1，模具采用H13钢。由于壳体壁厚不均匀，为防止壳体壁薄部分过早凝固而影响补缩，甚至出现冷隔或浇不足缺陷，因此浇注温度和铸型温度应适当增高。根据帕斯卡原理及经验公式，设置升液压力为0~15 kPa，升液时间为3 s，最大充型压力为30 kPa，充型时间为10 s，保压压力为60 kPa，保压时间为330 s。经过多次模拟结果对比，选择初始浇注温度为700 ℃，模具温度为300 ℃。设定金属液与铸型之间的传热系数为2000 W/(m2·K)，铸型间的传热系数为3500 W/(m2·K)，铸型与大气的传热系数为20 W/(m2·K)。
【初始工艺模拟】
铸件凝固过程中的温度场变化见图2。
图2 凝固过程中温度场变化
铸件的缩松缩孔缺陷的整体分布见图3。可以看出，和缩松缺陷分析基本一致。且通过剖面图可以看出缺陷内部的孔隙率不断变化，呈边缘向中心增大的趋势。这是由于孤立液相区补缩不足，导致中心孔隙率较高。缩松和缩孔形成的主要原因是金属凝固过程中，其体积收缩造成的体积亏损得不到补偿造成的。为使铸件得到足够的补缩，就必须形成自上而下的顺序凝固，即远离浇道处先凝固，浇道处最后凝固，否则就会产生缩松、缩孔缺陷。缩松缩孔缺陷将直接影响铸件的力学性能和疲劳寿命。
根据金属结晶的过程和机理，金属结晶速度越快，二次枝晶间距越小，性能越好。因此在实际生产中可以通过适当缩短凝固时间来提高和改善合金性能。初始工艺数下数值模拟的凝固时间为362.78 s。
图3 初始工艺缩松缩孔情况
【工艺优化】
（1）改进浇道
根据初始浇注系统存在的问题以及铸件缺陷出现的位置，需对现有浇注系统进行相应改进。综上分析，问题主要集中在以下3点：(1)铸件最先凝固部分即铸件顶部，见图3b缺陷A处，壁厚过大且厚度不均，应设置在靠近浇口的位置。(2)图3b缺陷B处，局部尺寸较小且传热面积较大，该区域远离浇口，凝固过快且不利于铝液补缩。(3)浇口位置平均壁厚较小，且设有加强筋，造成铸件的补缩通道偏窄，不利于图3b缺陷C处的补缩。
针对原始浇注系统存在的三点问题，拟更改浇口位置，改进后的浇注系统见图4。
图4 改进后的浇注系统
在初始浇注工艺参数的基础上，采用正交试验设计进行工艺参数的多目标优化。根据经验选取对充型效果影响最大的4个因素：浇注温度、模具预热温度、升液时间和充型时间，并在其合适范围内设置4个水平，得到一组相对最优的工艺参数，见表2。
优化后的模拟结果见图5。改进后的浇注系统使铸件的壁厚较大部位位于浇口位置，最后凝固，并且使补缩通道变宽，铝液的充型过程也变得更加平稳。铸件传热面积较大以及容易产生热节的部位靠近浇口位置，利于铝液补缩。从优化后的模拟结果可以看出，改进后的浇道明显解决了初始浇注系统的下出现的缩松缩孔缺陷。
从图5b可以看出，虽然铸件中仍然存在A、B、C 3处缩松缩孔缺陷，但是整体缺陷区域明显减少，且相对集中，较初始浇注工艺方案下的缺陷更容易设置冷却方案。
图5 优化后的模拟结果
（2）冷却优化
与初始工艺方案结果相比，上述优化方案虽然明显减少了缩松缩孔缺陷，但仍未完全消除，仍存在少量缺陷的区域出现孤立液相区，需对该区域进行局部冷却，采用水冷。在布置冷却管路时需注意，不能仅对有缺陷的区域施加冷却，因为施加的冷却管路会对周围铸件的凝固过程产生影响，需根据实际模拟结果做相应调整。比如，在设置管路3和管路6消除原有缺陷时，在管路2、4、5三处又会出现新的缺陷，因此又增加了2、4、5三条冷却管路。由于管路6处的缺陷难以消除，需要在其周围增设7、8、9三条冷却管路。因浇口处最后凝固且凝固速度较慢，为提高铸件整体凝固速率，设置冷却管路10。图6为模具结构及冷却系统的设置简图。
图6 模具结构及冷却系统的设置简图
根据缺陷体积较大，设置不同的管路直径。同时根据凝固过程中，铸件各部分温度场变化情况，设置各冷却管路开启和关闭时间，根据缺陷消除的效果调整冷却水的温度以及流速。模具冷却方式初始设置为室温25 ℃自然冷却，初始流速设为0.5 m3/h，冷却管路与模具之间的传热系数为5 000 W/(m2·K)。根据多次模拟结果获得最终的冷却参数方案，冷却方案参数见表3。
【优化方案验证】
为了更好地判断铸件凝固过程是否实现顺序凝固，在数值模拟时增加 3个测温点。在铸件原有缺陷的区域进行取点测温，测量铸件凝固过程中各个测温点的温度变化。测温点分布及其温度曲线见图7。理想状态下，在固、液相线温度之间 1~3号测温点的温度应为 T1 < T2 < T3。从图7b初始工艺下的测温点温度曲线可以看出，在固、液相线之间曲线相交情况明显，缺陷区域没有实现顺序凝固。而优化后的测温点温度曲线在固、液相线之间基本不重合、不相交，呈现 T1 < T2< T3，说明铸件在此区域已实现顺序凝固，冷却方案达到理想效果。经冷却优化后的凝固时间为222.18 s，凝固时间较未加冷却前的初始工艺方案缩短了38.8%。依据最优工艺方案进行生产试制用以检测与分析。
图7 测温点分布及其温度曲线
铸件经冷却优化后，模拟结果中已无宏观缩松缩孔缺陷，根据优化后的工艺参数进行实际生产，铸件质量良好，达到预期效果。在试制壳体具有代表性的位置提取金相试样见图8中A、B两点。对金相试样处理后，在显微镜下观察其微观组织，见图9。发现壳体内部组织均匀、晶粒细小，无明显的缩松缩孔缺陷，证明了本优化工艺方案的可行性。
图8 金相组织取样位置图
图9 微观组织观察
【研究结论】
（1）对铝合金蜗轮减速机壳体低压铸造初始工艺进行数值模拟，通过凝固过程中的温度场等模拟结果进行分析，预测了蜗轮减速机壳体中宏观缩松缩孔缺陷的分布及大小，并分析其形成原因。
（2）在初始工艺方案的基础上，通过改进浇道、调整浇注工艺参数、添加冷却等措施进行优化设计，最终消除了铸件中的缩松缩孔缺陷。
（3）在消除缺陷的同时，凝固时间缩短了38.8%，使铸件获得更好的金属性能，提高了实际生产效率。最终通过生产试制和金相分析验证了本工艺方案的可行性。
【文献引用】
吴琪琪,苏小平.低压铸造铝合金蜗轮减速机壳体工艺设计及优化[J].特种铸造及有色合金,2022,42(8):1 050-1 053.
WU Q Q, SU X P. Design and optimization of low-pressure die casting process for aluminum alloy worm reduction gears[J]. Special Casting& Nonferrous Alloys, 2022, 42(8):1 050-1 053.
为什么齿轮减速机会用铝外壳？
齿轮减速机是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。为了保护齿轮减速机的内部结构，很多制造商选择在外部加装铝合金外壳。那么，为什么齿轮减速机会用铝外壳呢？
首先，铝合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，非常适合用于制造齿轮减速机的外壳。相比其他金属材料，铝合金的密度较小，可以有效减轻齿轮减速机的重量，提高其移动性和搬运便利性。同时，铝合金的强度高，可以有效保护齿轮减速机内部的机械结构，抵抗外部环境的冲击和振动。
其次，铝合金外壳的良好耐腐蚀性也是其被广泛使用的原因之一。齿轮减速机常常需要在恶劣的环境中工作，如高温、潮湿、腐蚀等环境，如果外壳不能有效地防止腐蚀，就会影响机械结构的使用寿命和性能。而铝合金外壳不仅具有较好的抗腐蚀性能，还具有良好的密封性能，可以有效隔绝外界的灰尘和湿气，避免对机械结构的侵蚀和损坏。
综上所述，铝合金外壳是齿轮减速机常用的外壳材料之一，其轻质、高强度、耐腐蚀等特点使其在机械制造中具有广泛的应用前景。
