包装机用WPO60蜗轮齿轮传动箱体

　　做包装设备结构设计的工程师对WPO系列蜗轮箱不会陌生，这次拆解的WPO60规格蜗轮箱，是凸轮盘驱动工位最常用的传动单元，我在给间歇式包装机做传动选型的时候，前前后后用过不下二十台同规格的箱体，对它的安装边界和性能边界摸得很透。先从实际应用场景说，这类蜗轮箱最常出现在立式包装机的送膜工位、给袋式包装机的凸轮分度工位，还有小型食品包装线的转盘驱动端，因为这些工位不需要太高的输入转速，但需要大减速比带来的大输出扭矩，同时蜗轮蜗杆结构自带的反向自锁特性，能避免工位停机后因为负载惯性出现溜车移位，这一点在凸轮驱动场景里特别重要——凸轮盘的工位定位精度全靠传动端的锁止能力撑着，要是停机后输出轴窜动，后续的封切、装袋工位全都会出现对位偏差。

　　再讲设计思路，这个箱体的传动比设定为1:60，是经过实际工况验证的黄金配比，输入轴端通常连0.37kW到0.75kW的四级电机，输入转速在1400转左右的时候，输出轴转速大概在23转上下，刚好匹配凸轮盘做间歇回转的节拍需求，不会因为转速太快导致凸轮从动件出现冲击跳齿，也不会因为转速太慢拖慢整线的生产节拍。箱体的外形采用肋条式散热结构，就是图上能看到的壳体外侧一圈圈的凸起筋位，别小看这些筋，蜗轮蜗杆啮合的时候滑动摩擦占比高，长时间连续运行很容易积热，这些筋位既能增加壳体的结构刚性，避免安装受力后壳体变形导致蜗杆蜗轮啮合间隙变大，又能增大散热面积，不用额外加装散热风扇就能满足8小时连续运行的温升要求。

　　说回安装边界，这个箱体的安装脚是四角带安装孔的法兰式支脚，四个安装孔的中心距是严格按行业通用尺寸做的，横向孔距和纵向孔距都留足了安装扳手的操作空间，不用在安装板上挖沉台就能直接用内六角螺栓锁紧。输出轴是单伸位的实心轴，轴径、键槽尺寸都是标准规格，配套的凸轮盘毂不用做非标改孔就能直接装，轴端的油封采用双唇口结构，能避免长期运行后箱体内的润滑脂从轴缝渗漏，很多小厂做的同规格蜗轮箱就是油封选得差，跑个两三个月就漏油，污染包装材料，这个结构在设计的时候就把油封的安装槽深度做了限位，不会因为装配时压装过深导致油封唇口提前磨损。输入轴端的注油孔设在箱体侧面的醒目位置，日常维护的时候不用拆周边的护罩就能直接补注润滑脂，注油孔旁边的黄色油塞是透气塞，能平衡箱体内外的气压差，避免运行时箱体内温度升高压力变大，把油封给憋漏。

　　从功能特性上看，蜗轮采用锡青铜材质，蜗杆采用表面渗碳淬火的合金钢，配对磨合后啮合接触面能达到70%以上，运行噪音比铝合金外壳的普通蜗轮箱低至少5分贝，在包装车间这种对噪音有要求的场景里很适用。输出轴的径向承载力能满足直径300mm以内凸轮盘的偏载需求，不用额外加装支撑轴承座就能直接承载凸轮和从动件的交变载荷，很多新手工程师选型的时候会额外加支撑座，其实完全没必要，这个箱体的输出轴轴承选型已经留够了安全系数，只要安装时保证输出轴和凸轮盘的同轴度在0.1mm以内，连续运行两三年都不会出现轴承散架、蜗轮磨损过快的问题。还有箱体的安装面，所有和安装机架贴合的面都做了铣平处理，平面度控制在0.05mm以内，安装的时候不会因为贴合面有缝隙导致箱体受力倾斜，进而影响蜗杆蜗轮的啮合精度。

　　实际做三维建模的时候，这个箱体的细节要特别注意，比如安装脚的倒角、输出轴端的退刀槽、筋位的拔模斜度，这些细节要是没做对，加工出来的铸件很容易出现粘砂、拔模拉伤的问题。还有箱体合箱面的密封槽，尺寸要卡准，装O型圈的时候压缩量控制在25%左右，既能保证密封不渗油，又不会因为压缩量太大导致合箱的时候螺栓锁不到位。我之前给客户做包装机改型的时候，就碰到过有人把这个蜗轮箱的安装方向搞反，导致油塞位置朝上，运行的时候润滑脂全从透气塞溢出来，其实这个箱体的安装方向是固定的，注油塞必须处在箱体侧面的中间位置，才能保证箱体内的润滑脂刚好浸没蜗轮的齿根，既不会因为油位太高导致运行阻力变大，也不会因为油位太低导致蜗轮齿面干磨。

　　另外要提的是输入轴和输出轴的垂直布局，这种正交传动的结构能帮设备节省安装空间，电机可以水平装在箱体侧面，不用顺着输出轴的方向布置，对于包装机这种内部空间寸土寸金的设备来说，能省出很大一块空间走气管和走线槽。很多人觉得蜗轮箱传动效率低，其实1:60这个速比段的蜗轮箱，正常跑起来效率能到70%左右，对于包装机这种非重载连续运行的场景完全够用，而且自带自锁的特性省掉了额外的刹车机构，算下来整体成本比用行星减速机加刹车电机的方案低不少，这也是为什么这么多年包装机的凸轮驱动工位一直偏爱用这款蜗轮箱的原因。建模的时候还要注意各个安装孔的攻丝深度，四个支脚的安装孔是通孔，方便从上方穿螺栓锁到机架上，输入输出轴端的端盖安装孔是盲孔，攻丝深度要留够3倍螺距，避免锁端盖的时候滑牙。还有输出轴上的键槽，位置要和箱体的安装基准面对齐，方便装配的时候找正凸轮盘的初始相位，不用反复调整凸轮角度就能对准工位位置。