CN1027829C - 盘状锥面包络圆柱蜗杆失配传动 - Google Patents

Abstract

本发明属于蜗杆蜗轮传动领域，是一种盘状锥面包络圆柱蜗杆失配传动，用一种外径D_w＞(0.5q+2)M(mm)(q为蜗杆特性系数，M为蜗杆轴向模数)，铲形角α₀＜20°的盘状锥面工具包络成的圆柱蜗杆，与用标准蜗轮滚刀加工成的阿基米德蜗轮相啮合，其轴交角为90°，其蜗杆齿形在轴截面和法截面内均为中部微凸形。

本发明的优点是，提高原阿基米德蜗杆传动的承载能力，使其传动效率、使用寿命提高，避免了制造锥面包络圆柱蜗杆滚刀带来的设计、制造和检查等方面的问题。

Description

本发明属于蜗杆蜗轮传动领域。

现有的蜗杆实现失配传动的有很多种，如：美国学者、著名齿轮专家白金汉提出采用渐开线蜗杆（ZI蜗杆）与渐开线圆柱齿轮实现点接触传动;日本学者洒井高男教授等提出采用渐开线蜗杆与阿基米德蜗轮（ZA蜗轮）实现点触传动;我国著名齿轮学者朱景梓教授等提出采用阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）与渐开线蜗轮（ZI）蜗轮）实现点接触传动。上述的三种蜗杆失配传动形式，共同的特点是在利用现行手段的基础上找出一种经济的制造蜗杆副的方法，但由于各自的限制和缺点，无法提高承载能力、传动效率、以及在蜗杆制造中的修形问题都难于解决和控制。有的蜗杆加工，必须采用专用机床。

所谓“失配传动”是一种使传动副的两配对共轭齿面在设计和加工中，有目的地给予差异，形成的点接触传动。以主要解决蜗杆副的制造和安装误差、润滑状态以及受力变形等问题。为了使蜗杆蜗轮失配传动，对于它们的加工技术是有一定要求的。现有的检索资料表明，所加工的蜗轮蜗杆不能实现本发明所提及的蜗杆失配传动。如关于文献CN1042224A所述的，用一种专用机床、特殊刀具和方法加工得到的包络渐开线齿廓圆柱蜗杆。这种蜗杆与反包络蜗轮相啮合，其瞬时接触为直线，非点接触传动。

本发明的目的是：采用盘状锥面包络圆柱蜗杆（ZK₁蜗杆）与阿基米德蜗轮（ZA蜗轮）实现点接触传动，能提高承载能力、传动效率、在保持传统的加工工艺不变的条件下，无需制造专用蜗轮滚刀并且解决了在蜗杆制造中的修形问题。

本发明是这样实现的，用盘状锥面工具包络成的蜗杆，与用标准蜗轮滚刀（以阿基米德螺旋面为基本螺旋面的蜗轮滚刀）加工的阿基米德蜗轮啮合，它们之间的轴交角为90°，蜗杆的齿形在轴截面和法截面内均为中部微凸形，使其蜗杆与蜗轮实现失配传动。

关于盘状锥面包络圆柱蜗杆失配传动的设计与制造技术：

（一）、基本原理

下面结合图说明本发明的原理。

图1：基本理论图。

图2：蜗杆和滚刀的关系。

图3：渐开线蜗杆形成。

图4：渐开线蜗杆与阿基米德滚刀的关系。

图5：工具加工蜗杆的安装示意图。

如图1、图2所示，一条与锥面相切的直线（L_u）与锥面（S_u）共同相对于蜗杆运动，该直线则相对于蜗杆螺旋面形成斜曲面。蜗杆螺旋面（S_l）与锥面的接触线（CL_sl）为蜗杆螺旋面的一条母线，并与直线（L_u）相交。该母线附近的锥面（S_u）和蜗杆螺旋面（S_l）的接触状态可以近似视为锥面和马鞍形曲面的接触。另外由直线（L_u）形成的斜曲面（S_o即滚刀曲面）在该直线的附近处（包括该直线）也可视为马鞍形状。因此，蜗杆螺旋面（S_l）与直线（L_u）形成的斜曲面（S_o）在锥面（S_u）上的蜗杆螺旋面母线（CL_sl）和直线（L_u）的交点（M）处相接触，锥面（S_u）则成为其公切锥面。其接触情况如图2所示。

当盘状锥面工具的直径趋于无限大时，锥面工具则变成平面工具（P_u）（齿条工具），其包络形成的蜗杆则为渐开线螺旋面（S_1p）螺杆，如图3所示。这时平面（P_u）与渐开线螺旋面的接触线为一直线（CL_pl），即渐开线螺旋面的发生线。而渐开线螺旋面（S_lp）与平面（P_U）的接触可近似视为 平面与圆柱的接触。如图4所示。

通过盘状锥面工具直径的设定，可以使这种蜗杆螺旋面位于斜曲面的实体侧。这样我们把这种螺旋面（S_l）作为蜗杆的齿面，将斜曲面（S_o）作为滚刀的基本螺旋面（实质上是阿基米德螺旋面，这个滚刀展成的蜗轮则为阿基米德蜗轮，这样盘状锥面工具包络蜗杆与阿基米德蜗轮通过点接触，理论上可以传递正确的螺旋运动，从而实现了用盘状锥面工具包络成的圆柱蜗杆与阿基米德蜗轮失配啮合传动。盘状锥面工具的直径趋于无限大时，如图3和图4所示情况，这时则可实现渐开线圆柱蜗杆与阿基米德蜗轮失配啮合传动。

（二）、蜗轮、蜗杆的加工

1.蜗轮、蜗杆的加工方法

蜗轮是采用现行的标准阿基米德蜗轮（ZA蜗轮），它是通过标准的ZA蜗滚刀加工而成，无需专用刀具和设备，加工工艺不变。

在加工蜗杆时，工具加工蜗杆时，工具的安装如图5所示，在蜗杆磨床、螺纹磨床或铲磨车床等机床上均可实现。用盘状锥面工具以包络加工成形方法加工蜗杆，取代了原ZA蜗杆车削加工成形的方法。

2.工具参数的选择

当适当选择盘状锥面工具参数时，可以保证加工的蜗杆在轴向截面和法截面内均为中部微凸形。所述工具可满足下列条件：

D_W＞（0.5q+2）M

式中：D_W-盘状锥面工具外径（mm）

q-蜗杆特性系数，

M-蜗杆轴向模数（mm）

形成蜗杆齿面的锥面工具铲形角α₀＜20°。

3、蜗杆齿形的修形量（中部凸起量）

蜗杆齿形中部的平均凸起量其数量级按下表选择：

蜗杆模数mm    1≤M≤10    10＜M≤25

蜗杆头数Z₁1，2，3 4，5，6 1，2，3 4，5，6

中部平均    0.010～    0.050～    0.100～    0.400～

凸起量（mm）    0.090    0.400    0.800    2.000

选用适当的锥面工具参数，如工具直径等，使加工成形的蜗杆齿形出现中部微凸形，凸起量为0.010～2.000mm，这种齿形的蜗杆与阿基米德蜗轮的啮合具有良好的初始接触位置和跑合性能，同时对蜗杆副的加工和安装误差具有一定的不敏感性。

（三）、蜗杆、蜗轮的有关参数

本发明所提出的ZK₁蜗杆只对蜗杆本身的轴向齿形角规定为20°，也就是说，与标准阿基米德蜗轮滚刀加工的蜗轮端面压力角相等。同样，蜗杆分度圆螺旋升角与蜗轮滚刀分度圆螺旋升角相等，蜗杆的模数和分度圆直径分别与蜗轮滚刀的模数和分度圆直径相等。

（四）实施例

1.本发明实施例的蜗杆蜗轮的具体参数如下：

圆柱蜗杆类形： ZK₁蜗杆

中心距    α    100

轴向模数 M_X5

头数 Z₁2

蜗    齿形角    α    20°

齿顶高系数 h⁰ ₃1

分度圆柱导程角    γ    11°18′36″

杆    螺旋线方向    R

分度圆直径 d₁50

端面模数 M_t5

蜗 齿数 Z₂31

轮 变位系数 X₂-0.5

2.相应的盘状锥面工具的参数如下：

工具直径 D_W＝80±10mm

工具铲形角 α₀＝19.79±0.02°

工具安装角 γ₀＝11°18′36″，（等于蜗杆分度圆导程角γ）

3.加工成形的蜗杆齿形中部微凸量为：中部平均凸起量＝40±5μm。

（五）、本发明优点是：

1.蜗轮蜗杆的制造简单、经济，无需专用设备，无需新工艺和专用机床。

2.蜗杆采用包络成形法，如铣削或磨削加工， 蜗杆可做成硬齿面，其加工精度高，光洁度高，齿面硬度高，从而提高了蜗杆副的传动性能，如承载能力，传动效率，使用寿命等。

3.可通过锥面工具参数的调整，改变加工成形的蜗杆齿形，达到蜗杆齿形修形的目的，以获得与ZA蜗轮相配时较好的齿形。

4.可通过锥面工具参数的选择保证加工的蜗杆在轴截面齿形为微凸形，从而达到ZK₁蜗杆与ZA蜗轮传动时，具有合理的初始接触斑点和良好的跑合性，同时对蜗杆副的制造和安装误差具有一定的不敏感性，在不提高蜗轮加工精度的条件下，改善了蜗杆副的接触状态。

Claims (4)

1、一种盘状锥面包络圆柱蜗杆失配传动，其特征在于：用一种外径D_W＞(0.5q+2)M(mm)(q为蜗杆特性系数，M为蜗杆轴向模数)铲形角α₀＜20°的盘状锥面工具包络成的圆柱螺杆，与用标准蜗轮滚刀加工成的阿基米德蜗轮相啮合，其轴交角为90°，其蜗杆齿形在轴截面和法截面内均为中部微凸形。

2、按权利要求1所述的失配传动，其特征是：所述蜗杆齿形微凸起量为0.010～2.000mm。

3、按权利要求1所述的蜗杆失配传动，其特征在于：所述蜗杆的轴向齿形角为20°，蜗轮端面压力角20°，蜗杆分度圆螺旋升角与加工蜗轮滚刀分度圆螺旋升相等。

4、按权利要求1、3所述的蜗杆失配传动，其特征为：蜗杆的模数和分度圆直径分别与加工蜗轮的滚刀的模数和分度圆直径相等。

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