CN103658870A - 加工蜗轮蜗杆副的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用标准齿轮滚刀加工蜗轮和用车刀加工与所述蜗轮啮合的蜗杆的方法。本发明的技术方案是:选取标称模数和压力角等于被加工蜗轮的标称模数和压力角，直径大于与被加工蜗轮啮合的蜗杆的直径，轴向长度大于被加工蜗轮的轮缘宽度的标准齿轮滚刀；将标准齿轮滚刀和被加工蜗轮端面相互垂直摆放，并保持两者的径向相接，螺旋线方向大致相同，然后将标准齿轮滚刀旋转一个角度θ，使标准齿轮滚刀和被加工蜗轮的螺旋线完全重合。加工单头蜗杆时，所述车刀的模数m_c和压力角α_c分别等于蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀；加工多头蜗杆时，模数m_c和压力角α_c与蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀存在下列关系的车刀。

Description

加工蜗轮蜗杆副的方法

技术领域

本发明涉及一种加工蜗轮蜗杆副的方法。

背景技术

一般企业加工蜗轮，每一种尺寸的蜗轮都需要一把专用的蜗轮滚刀，而一般制造厂家很难提供如此品种繁多的专用蜗轮滚刀。

发明内容

本发明涉及一种用标准齿轮滚刀加工蜗轮，以及用车刀加工与之啮合的蜗杆的方法。

本发明的技术方案是：

1）选取标准齿轮滚刀，所述标准齿轮滚刀的标称模数和压力角等于被加工蜗轮的标称模数和压力角，所述标准齿轮滚刀的直径大于与被加工蜗轮啮合的蜗杆的直径，所述标准齿轮滚刀的轴向长度大于被加工蜗轮的轮缘宽度；

2）安装标准齿轮滚刀时，先将标准齿轮滚刀和被加工蜗轮端面相互垂直摆放，并保持两者的径向相接，螺旋线方向大致相同，然后将标准齿轮滚刀旋转一个角度θ，所述角度θ是与被加工蜗轮啮合的蜗杆的螺旋升角γ_f与标准齿轮滚刀的螺旋升角γ_fg之差，使标准齿轮滚刀和被加工蜗轮的螺旋线完全重合，

3）选取加工蜗杆的车刀，

当加工的蜗杆是多头蜗杆时，所述加工蜗杆的车刀模数m_c和压力角α_c与蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀存在下列关系：

$m_c=\frac{m_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}$

${\mathrm{\α}}_c={\tan }^{-1}\frac{\tan {\mathrm{\α}}_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}$

当加工的蜗杆是单头蜗杆时，所述车刀的模数m_c和压力角α_c分别等于蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀。

采用本发明的技术方案，由于将标准齿轮滚刀旋转了一个角度，在标准齿轮滚刀螺旋升角与被加工蜗轮螺旋升角不互余的情况下保证了标准齿轮滚刀与蜗轮有共同的法向。虽然由于标称参数不一致的原因，选择的标准齿轮滚刀参数时，实际上是按其法向模数和法向压力角等于蜗轮的轴向模数和轴向压力角来选取，因此加工出来的蜗轮较用专用蜗轮滚刀加工出来的蜗轮有些误差。但是因为蜗杆的加工相对简单，因此可以在后续的步骤调整蜗杆车刀的模数和压力角以保证蜗杆与用标准齿轮滚刀加工蜗轮的正常啮合。所选择的标准齿轮滚刀直径大于与被加工蜗轮啮合的蜗杆的直径，使得蜗轮齿槽的直径大于蜗杆的直径，保证用标准齿轮滚刀加工的蜗轮与用车刀加工出来蜗杆的啮合，同时由于蜗轮凹槽的直径大于蜗杆的直径，可以在蜗轮齿槽沿齿长方向的两端形成润滑油楔，从而减少蜗轮与蜗杆之间的磨损。

本发明进一步的技术方案是所述标准齿轮滚刀直径小于两倍蜗杆直径。

这种技术方案不仅能在蜗轮齿在齿长方向上的两端形成润滑油楔，减少蜗轮与蜗杆之间的磨损，而且还保证了蜗轮齿长方向上两端的齿厚，提高了蜗轮的承载能力。

附图说明

图1是用标准齿轮滚刀加工右旋蜗轮的正视图

图2是用标准齿轮滚刀加工左旋蜗轮的正视图

图3是蜗杆的实际轴向齿距与其实际法向齿距的关系正视图

图4是加工蜗杆的车刀正视图

具体实施方式

本加工蜗轮的技术方案是根据渐开线螺旋齿轮啮合原理，根据该原理要使标准齿轮滚刀与被加工的蜗轮啮合，必须保证标准齿轮滚刀与被加工的蜗轮在共同的法向上模数和压力角一致。要使齿轮滚刀与被加工的蜗轮有共同的法向，两者螺旋角必须互余。如图1所示加工右旋蜗轮的情形，一般标准齿轮滚刀1的螺旋角β₂与要加工的蜗轮2螺旋角β₁不互余，因此也就没有共同的法向。为了使齿轮滚刀1和被加工蜗轮2有共同的法向，先将标准齿轮滚刀1和被加工蜗轮2的端面相互垂直摆放，并保持两者的径向相接，螺旋线方向大致相同，然后将标准齿轮滚刀1顺时针旋转一个角度θ，这个角度θ是图中所示与被加工蜗轮2啮合的蜗杆的螺旋升角γ_f减去标准齿轮滚刀1的螺旋升角γ_fg的差，即

$\mathrm{\θ}={\mathrm{\γ}}_f-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{fg}}---\left(1\right)$

由图1和图2所示，要加工的蜗轮2的螺旋角β₁等与与它啮合的蜗杆的螺旋升角γ_f。

这样标准齿轮滚刀1和被加工蜗轮2的螺旋线完全重合，解决了标准齿轮滚刀1与被加工蜗轮2没有共同法向的问题。

图2中所示的是加工左旋蜗轮2的情形，这种情况下标准齿轮滚刀1旋转的角度不变，但旋转的方向由顺时针改为逆时针。

图1和图2所示的标准齿轮滚刀1螺旋升角γ_fg都小于被加工蜗轮2的螺旋角β₁的情形，当标准齿轮滚刀1螺旋升角γ_fg大于被加工蜗轮2螺旋角β₁时，在加工右旋蜗轮时，将标准齿轮滚刀逆时针旋转一个角度，这个角度是图2中所示标准齿轮滚刀1的螺旋升角γ_fg减去与被加工蜗轮2啮合的蜗杆的螺旋升角γ_f的差，即，

$\mathrm{\θ}={\mathrm{\γ}}_{\mathrm{fg}}-{\mathrm{\γ}}_f---\left(2\right)$

标准齿轮滚刀1螺旋升角γ_fg大于被加工蜗轮2螺旋角β₁情形下加工左旋蜗轮的时，标准齿轮滚刀1旋转的角度不变，但是旋转的方向由逆时针改为顺时针。

此外，蜗杆的齿顶面是一个弧形，相应的蜗轮相邻的齿之间的齿槽也是一个弧形槽，为了确保蜗杆能与用齿轮滚刀加工的蜗轮啮合，选取的标准齿轮滚刀直径大于蜗杆直径，这样蜗轮的齿槽半径大于蜗轮齿的半径。而且蜗轮弧形齿槽沿齿长方向的两端会与蜗杆的齿之间存在间隙，蜗杆与蜗轮的接触区集中于蜗轮弧形齿槽的中截面，同时蜗轮弧形齿槽的两端与蜗杆齿之间的间隙有利于润滑油楔的形成，减少了蜗轮与蜗杆之间的摩擦。

但是随着标准齿轮滚刀直径的增大，则加工出来的蜗轮齿沿齿长方向的两端齿厚就比较薄，使得蜗轮的齿的两端承载能力减少，降低了蜗轮的使用寿命。而标准齿轮滚刀的直径在蜗杆直径的2倍范围内时，加工出来的蜗轮齿沿齿长方向的两端齿厚变化很小，这样加工出来的蜗轮齿的承载能力几乎不会发生变化。

由于标准齿轮滚刀都是以法向参数标称模数和压力角，而蜗轮是以端面参数标称模数和压力角、蜗杆则是以轴向参数标称模数和压力角（同一对蜗轮蜗杆副的标称模数和压力角是相同的，因此下面只提蜗杆），为了选型方便，实际上选择的是法向模数和压力角等于蜗杆轴向模数和压力角的标准齿轮滚刀。显然这样加工出来的蜗轮齿距和压力角和用专用蜗轮滚刀加工出来的蜗轮有些误差。

那么这个误差究竟有多大呢，假设与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的蜗杆实际轴向齿距为p_x，蜗杆的实际法向齿距为p_n，如图3所示，它们之间存在下列关系式，

$p_n=p_x\×\cos {\mathrm{\γ}}_f---\left(1\right)$

蜗杆的实际轴向齿距p_x与其实际轴向模数m_x的关系：

$p_x=\mathrm{\π}\×m_x---\left(2\right)$

为了保证蜗杆与用齿轮滚刀加工的蜗轮啮合，标准齿轮滚刀的法向齿距p_ng等于蜗杆的实际法向齿距p_n，即

$p_{\mathrm{ng}}=p_n---\left(3\right)$

标准齿轮滚刀法向齿距p_ng与法向模数m_ng的关系是

$p_{\mathrm{ng}}=\mathrm{\π}\×m_{\mathrm{ng}}---\left(4\right)$

由以上四个式子可得知与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮相啮合的蜗杆实际轴向模数m_x与标准齿轮滚刀法向模数m_ng之间的关系为：

$m_x=\frac{m_{\mathrm{ng}}}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}---\left(5\right)$

同理：可以得出与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮相啮合的蜗杆实际压力角αx与标准齿轮滚刀压力角αng之间的关系：

${\mathrm{\α}}_x={\tan }^{-1}\frac{\tan {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ng}}}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}---\left(6\right)$

而标准齿轮滚刀的法向压力角α_ng和法向模数m_ng就等于原来蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀，即蜗杆的标称轴向压力角和轴向模数，即：

$m_0=m_{\mathrm{ng}}---\left(7\right)$

${\mathrm{\α}}_0={\mathrm{\α}}_{\mathrm{ng}}---\left(8\right)$

式5和式6又可以变化为式7和式8，即与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的蜗杆实际模数m_x和压力角α_x与其标称的模数m₀和压力角α₀的关系式为

$m_x=\frac{m_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}---\left(9\right)$

${\mathrm{\α}}_x={\tan }^{-1}\frac{\tan {\mathrm{\α}}_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}---\left(10\right)$

由式9和式10可以看出，与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的蜗杆实际模数和压力角不等于其标称的模数和压力角，对于单头蜗杆来说，其螺旋角γ_f的范围是（3°34′35″，7°35′41″），相应的单头螺杆螺旋角的余弦值范围为（0.9912,0.9981），因此由式9和式10得出的与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的蜗杆实际模数和压力角与其标称的模数和压力角误差不会超过百分之一，不影响蜗杆与用齿轮滚刀加工的蜗轮的正常啮合，因此加工与用齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的单头蜗杆时，只需要按照蜗杆的标称压力角和模数去调整车刀(3)的模数m_c和压力角α_c即可。

双头蜗杆的螺旋升角的范围是（7°7′30″，14°55′53″），相应的其螺旋角余弦值的范围是（0.9923,0.9662）；三头蜗杆的螺旋升角的范围是（10°37′11″，21°48′05″），相应的其螺旋角余弦值的范围是（0.9829,0.9285）；四头蜗杆的螺旋升角的范围是（14°02′10″，28°04′21″），相应的其螺旋角余弦值的范围是（0.9701,0.8824）。根据式9和式10得出的与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的多头蜗杆实际模数和压力角与其标称的模数和压力角误差超过十分之一，已经影响到多头蜗杆与用齿轮滚刀加工的蜗轮的正常啮合，因此加工与用齿轮滚刀加工的蜗轮啮合的多头蜗杆时，如图4所示，需要按照式9和式10得出蜗杆的实际压力角和模数去调整车刀（3）的压力角和模数，相应的也就需要调整加工蜗杆的车刀（3）的模数m_c和压力角α_c。

$m_c=\frac{m_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}---\left(11\right)$

${\mathrm{\α}}_c={\tan }^{-1}\frac{\tan {\mathrm{\α}}_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}---\left(12\right)$

Claims (6)

1.一种加工蜗轮蜗杆副的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）选取标准齿轮滚刀（1），所述标准齿轮滚刀（1）的标称模数和压力角等于被加工蜗轮（2）的标称模数和压力角，所述标准齿轮滚刀（1）的直径大于与被加工蜗轮（2）啮合的蜗杆的直径，所述标准齿轮滚刀（1）的轴向长度大于被加工蜗轮的轮缘宽度；

2）安装标准齿轮滚刀（1）时，先将标准齿轮滚刀（1）和被加工蜗轮（2）端面相互垂直摆放，并保持两者的径向相接，螺旋线方向大致相同，然后将标准齿轮滚刀（1）旋转一个角度θ，所述角度θ是与被加工蜗轮啮合的蜗杆的螺旋升角γ_f与标准齿轮滚刀的螺旋升角γ_fg之差，使标准齿轮滚刀（1）和被加工蜗轮（2）的螺旋线完全重合；

3）选取加工蜗杆的车刀，

当加工的蜗杆是多头蜗杆时，所述加工蜗杆的车刀（3）模数m_c和压力角α_c与蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀存在下列关系：

$m_c=\frac{m_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}$

${\mathrm{\α}}_c={\tan }^{-1}\frac{\tan {\mathrm{\α}}_0}{\cos {\mathrm{\γ}}_f}$

当加工的蜗杆是单头蜗杆时，所述车刀（3）的模数m_c和压力角α_c分别等于蜗杆的标称模数m₀和压力角α₀。

2.根据权利要求1所述的加工蜗轮蜗杆副的方法，其特征在于：当所要加工的蜗轮（2）是右旋蜗轮，且标准齿轮滚刀（1）的螺旋升角r_fg小于要加工蜗轮（2）的螺旋角β₁时，标准齿轮滚刀（1）是沿顺时针方向旋转角度θ。

3.根据权利要求1所述的加工蜗轮蜗杆副的方法，其特征在于：当所要加工的蜗轮（2）是右旋蜗轮，且标准齿轮滚刀（1）的螺旋升角r_fg大于要加工蜗轮（2）的螺旋角β₁时，标准齿轮滚刀（1）是沿逆时针方向旋转角度θ。

4.根据权利要求1所述的加工蜗轮蜗杆副的方法，其特征在于：当所要加工的蜗轮（2）是左旋蜗轮，且标准齿轮滚刀（1）的螺旋升角r_fg小于要加工蜗轮（2）的螺旋角β₁时，标准齿轮滚刀（1）是沿逆时针方向旋转角度θ。

5.根据权利要求1所述的加工蜗轮蜗杆副的方法，其特征在于：当所要加工的蜗轮（2）是左旋蜗轮，且标准齿轮滚刀（1）的螺旋升角r_fg大于要加工蜗轮（2）的螺旋角β₁时，标准齿轮滚刀（1）是沿顺时针方向旋转角度θ。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的加工蜗轮蜗杆副的方法，其特征在于：所选用的标准齿轮滚刀（1）半径小于与用标准齿轮滚刀加工的蜗轮（2）啮合的蜗杆直径的两倍。

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