CN1018284B

CN1018284B - 包络渐开线齿廓圆柱蜗杆传动

Info

Publication number: CN1018284B
Application number: CN 89106631
Authority: CN
Inventors: 徐继鸿; 郝殿勇
Original assignee: BEIJING ELEVATOR FACTORY CHINESE XUNDA ELEVATOR Co Ltd
Current assignee: BEIJING ELEVATOR FACTORY CHINESE XUNDA ELEVATOR Co Ltd
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1992-09-16
Also published as: CN1042224A

Abstract

本发明——包络渐开线齿廓圆柱蜗杆传动，属蜗杆蜗轮传动。适用于传递空间互相垂直而不相交的两轴间的运动和动力。蜗杆齿形是切刀盘在双自由度啮合运动中直线齿廓族的包络。根据加工特点，可以认为包络渐开线齿廓圆柱蜗杆，是cone型环面蜗杆在双自由度共轭加工运动中的柱化形式。因此，该种发明具有环面蜗杆传动的优越特性。它是现有蜗杆传动技术的创新。

说明书重点介绍了本发明的技术特点，是按照包络法原理实现了蜗杆蜗轮加工的精确包络。

Description

本发明属于蜗杆蜗轮传动，用于传递空间互相垂直而不相交的两轴间的运动和动力。现将已有蜗杆传动技术状况简述如下：

蜗杆传动分圆柱蜗杆传动和环面蜗杆传动。其中，圆柱蜗杆有以下几种型式：DIN-3975 ZA型，ZN型，ZI型，ZK型和ZC型。环面蜗杆有以下几种型式：cone型，plane型，Bostock-Renk型。

文献表明：圆柱蜗杆加工采用螺旋运动方式;环面蜗杆加工采用共轭运动方式。不同的加工运动方式，使两类蜗杆传动具有不同的啮合特性，其主要表现为接触线的性质及分布。从传动性能比较，环面蜗杆传动具有明显的优势。

关于蜗杆传动制造技术，文献指出，圆柱蜗杆传动存在“不同一性”，环面蜗杆存在“不协调性”。所谓“不同一性”，是指刀具的加工位置及几何参数，与工件的装配位置及啮合参数的不一致。由此能引起装配效果和传动质量的下降。所谓“不协调性”，是指环面蜗杆必须经过修型加工，才能保证传动的效果。因此，制造技术复杂并难于掌握。其实际传动质量往往达不到理论分析的水平。

本发明包络渐开线齿廓圆柱蜗杆传动，是现有蜗杆传动技术的革新。其加工方式不采用螺旋运动，而是属于双自由度啮合运动方式。蜗杆的齿形是cone型切刀盘在相对运动中直线齿廓族的包络。根据啮合原理，双自由度的运动方式，使蜗杆接触线发生线性蜕变，而且具有多齿同时工作的特点。这表明包络渐开线齿廓圆柱蜗杆是cone型环面蜗杆在双自由度共轭加工运动中的柱化形式。

蜗杆的齿形特性，决定了采用cone型环面蜗杆的切刀盘进行车削加工，同时根据包络法原理用渐开线齿廓蜗杆反包络的直齿平面珩磨轮珩磨蜗杆，是本技术的基本特点。

发明包络渐开线齿廓圆柱蜗杆传动之目的：

1.从理论和工艺上解决蜗杆传动齿面的润滑条件，提高承载能力和传动效率;

2.采用双自由度啮合运动方式加工原理，可以实现工艺与理论的统一，蜗杆蜗轮加工可以精确的包络。从而克服制造技术中的“不同一性”和“不协调性”;

3.按上述原理设计和改装的加工机床，运动误差的传递具有规律性变化，系统精度高。能得到满意的加工精度。不需进口蜗杆加工设备;

4.生产效率高，技术容易掌握，有利于技术成果的推广和应用。

关于包络渐开线齿廓圆柱蜗杆的制造技术：

（一）蜗杆齿廓的包络原理

文献指出，渐开线齿廓可以有不同的形成方法，即在下述齿廓相对运动中的包络。a.齿条的直线齿廓，b.另一个齿轮的渐开线齿廓。根据包络法原理，齿轮与齿条的啮合齿形具有互为包络的关系，至于什麽齿形未作任何限制。而蜗杆可以认为是齿条在双自由度啮合运动中空间形式的数学抽象。因此，采用Cone型环面蜗杆切刀盘加工圆柱蜗杆，在双自由度啮合运动中，切削刃的运动轨迹，形成对蜗杆齿面的直线齿廓族的包络，包络的齿廓为凸渐开线。

（二）蜗杆切刀与切刀盘的设计方法

cone型环面蜗杆的轴向截面为直线的条件，决定了所须用的刀具是切刀的形式。加工时切刀的刃口必须与cone型环面蜗杆的齿面相重合，其延长线同时相切于成形圆。通过刀盘的回转，完成对蜗杆齿面的加工。本发明也采用同类刀具设计原理，只是加工运动为双自由度啮合运动。现将切刀及切刀盘设计方法分述如下：

1.蜗杆切刀设计

加工蜗杆的切刀，由于螺纹升角的影响，两侧前角不相同。为便于制造和重磨，加工蜗杆齿槽两侧分别采用两把切刀。加工齿槽右侧齿形的切刀称右切刀，反之称左切刀。

如图1所示a为右切刀、′b为左切刀。

（1）图1所示右切刀的前角、后角和顶刃后角，

加工右旋蜗杆：

前角 γy＝（10～12°）+γ

后角 αy＝0°

顶刃后角 αe＝8°

（2）图2所示左切刀的前角、后角和顶刃后角，

加工右旋蜗杆：

前角 γz＝0°

后角 αz＝（4～6°）+γ

顶刃后角 αe＝8°

（3）图3所示前刃面的轮廓尺寸

ε＝α－ (90°)/(Z₂) ＋90

W＝2α－ (180°)/(Z₂)

b=0.65×{d₂·Sin (90°)/(z) -[(d2+2c)-d2]tg(α- (90°)/(Z₂) )}

式中：ν-螺旋角

α-压力角

z₂-蜗轮齿数

d₂-蜗轮分度圆直径

da₂-蜗轮外圆直径

c-齿顶隙 Rca-刀具顶圆半径

2.蜗杆切刀盘设计

切刀盘（图4）是使安装在其刀架上的切刀，通过机床的相对运动，使切削刃的运动轨迹，在加工蜗杆的过程中形成对蜗杆齿面的包络。切刀盘设计应遵循以下原则：

a.切削刃应位于切刀方体的棱边上，安装后要保持与成形圆相切。

b.所有切削刃应位于同一平面，位置的几何关系应附合齿轮齿距的精度要求。

c.不能同时有两把以上的切刀参予切削。

切刀盘几何设计计算：

（1）当量齿数等于蜗轮齿数z₂

（2）模数等于蜗轮模数ms

（3）分度圆直径 d₂＝ms·z₂

（4）切刀最大回转直径

dca＝2A-df₁

A-中心距

df₁-蜗杆根圆直径

（5）两切刀在分度圆上的夹角

σ₁= (360°)/(Z₂) ·n_t1

nt₁-两切刀间包含的周节数

一般选nt₁＝4.5

σ₂= (360°)/(Z₂) ·n_t2

nt₂-两切刀间包含的周节数

按下述方法确定

n+2= (Z₂-3n_t1)/3 +0.5

公式中的 (Z₂-3n_t1)/3 取正数部分

（6）两组切刀对称中心线的夹角：

（三）包络加工蜗杆机床

1.图5为机床传动系统图

2.包络加工蜗杆的机床结构

该机床为发明者自己设计的专用设备。它包括以下几个部分：a.床头箱，b.尾座，c.床身，d.溜板，e.分齿运动挂轮机构，f.进给运动挂轮机构，g.差动运动挂轮机构，h.回转工作台

3.包络加工蜗杆机床的运动性质

包络加工圆柱蜗杆时，机床应具有以下运动;a.工件转动（形成切削速度）b.分齿运动（保证加工件与刀具的传动关系）c.进给运动（实现共轭条件下的柱化运动）d.差动运动（保证双自由度啮合运动的补偿转动。）上述运动链相互联系，具有封闭环的性质。

4.机床运动分析及调正计算

（1）工件转动

n_工件＝1450× 160/320 ×U_v× 24/48

Uv：变速机构

（2）分齿运动

1_蜗杆× 50/50 ×U_Σ× 50/50 × (a)/(b) × (c)/(d) × 35/35 × 35/35 × 1/72 ＝ (k)/(z₂)

式中：U_Σ：合成机构 U_Σ＝1

K：蜗杆头数 Z₂：蜗杆齿数

简化得 (a)/(b) · (e)/(d) = (72k)/(z₂)

（3）蜗杆轴向进给运动

1_蜗杆× 72/1 × 35/35 × 35/35 × 1/3 × 1/24 × (a₁)/(b₁) × (c₁)/(d₁) ×t=s

式中：t：丝杠螺距 t＝6

s：进给量

简化得 (a₁)/(b₁) · (c₁)/(d₁) = 5/3 s

（4）差动运动

1_刀具× 72/1 × 35/35 × 35/35 × 1/30 × 1/24 × (a₁)/(b₁) × (c₁)/(d₁) × 35/35 × (a₂)/(b₂) × (c₂)/(d₂) × 1/30 ×2×

50/50 × (a)/(b) × (c)/(d) × 35/35 × 35/35 × 1/72 ×m_sz₂

式中： (a)/(b) · (c)/(d) = (72k)/(z₂)

(a₁)/(d₁) · (c₁)/(d₁) = 5/3 s

K：蜗杆头数

Z₂：蜗轮齿数

m_s：模数

s：进给量

简化得 (a₂)/(b₂) · (c₂)/(d₂) = 28.64788976/(m_s·k)

（四）蜗杆的加工

1.图6为蜗杆加工示意图，图6a为切削刃几何关系图。

2.蜗杆的切齿加工，必须在以下准备工作完成后进行。即：

a.蜗杆及切刀盘安装及相对位置的调正;

b.按加工运动要求挂轮;

c.检查进给和差动转动的方向是否协调;

d.试切正常。

（五）蜗杆齿面的珩磨

根据包络法原理，用渐开线齿廓圆柱蜗杆反包络的齿轮齿形是直线齿廓。用这种齿轮制成珩磨轮（图7），并在具有双自由度啮合运动条件专门机床上珩磨蜗杆图8，由于这两种齿形具有共轭关系，通过啮合运动中的齿面滑动作用，达到光正加工的目的。图9为珩磨时的机械加工运动示意图。

（六）本发明包络渐开线齿廓圆柱蜗杆传动的优点

1.具有环面蜗杆啮合特性，瞬时接触为直线，多齿啮合;

2.凸凹渐开线接触啮合。相对曲率半径大，而且不会因中心距误差引起传动比的变化，传动平稳。

3.多头蜗杆自动连续切削。精度高，技术容易掌握;

4.工艺与理论统一，便于用数学方法分析其啮合性能和优化设计传动参数。

（七）实现发明的条件

1.如采用发明者设计的包络加工蜗杆机床可以得到满意的加工效果。采用带有切向刀架的滚齿机也可以加工包络渐开线齿廓圆柱蜗杆，但效率较低，齿面光洁度不理想。

2.按发明者提供的方法设计切刀盘便于加工和检测;

3.利用渐开线齿廓蜗杆制成刀具反包络的直齿平面齿轮是珩磨轮的型轮，在发明者设计的专用珩磨机上珩磨蜗杆具有较高的效率和精确性。

4.将包络渐开线齿廓蜗杆齿面涂层CBN材料或陶瓷材料，对蜗轮齿面进行精确包络，可以保证传动副的啮合精度。

Claims

1、一种包络渐开线齿廓圆柱蜗杆传动机构的加工方法，其特征在于，其中用直线刃切刀盘包络加工圆柱蜗杆；用渐开线凸齿廓蜗杆(刀具)反包络直齿平面及斜齿平面齿轮；用渐开线齿廓蜗杆反包络的直齿平面珩磨轮珩磨蜗杆。

2、一种由权利要求1的方法所加工的传动副，其特征在于，具有渐开线凸齿廓圆柱蜗杆及凹齿廓蜗轮的传动副。