CN111536218B - 点线演化环面蜗杆传动副及其工作方式 - Google Patents

点线演化环面蜗杆传动副及其工作方式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种点线演化环面蜗杆传动副及其工作方式，包括变齿厚渐开线齿轮和平面包络环面蜗杆，两者之间呈瞬时多齿点接触，随着运行过程中齿面自身磨损，将变齿厚渐开线齿轮沿其轴线向齿厚变薄方向移动，原传动副将演化为新型啮合副直至共轭齿面间呈瞬时多齿线接触，平面包络环面蜗杆演变成渐开面包络环面蜗杆，变齿厚渐开线齿轮齿面接触区域向齿厚变厚方向移动，进而形成精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动副。本发明具有加工工艺性好、制造成本低、共轭齿面均可磨削、齿面硬度高、传动精度高、误差敏感性低、齿侧间隙可调可控、齿面磨损量可精确补偿、精度寿命长、承载能力逐渐提升的优点。

Description

点线演化环面蜗杆传动副及其工作方式
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，特别是涉及一种点线演化环面蜗杆传动副及其工作方式。
背景技术
蜗杆传动因其传动比大、结构紧凑、运行平稳及自锁性等优点，已广泛应用于航空航天、船舶潜艇、武器装备、矿山冶金、轨道交通等国民经济及国防装备重要领域。蜗杆传动原理可以追溯至二千二百年前，阿基米德提出阿基米德蜗杆传动卷扬机，随后发明了数十余种蜗杆传动并应用于机械设备中。按蜗杆外廓形状可将其分为圆柱蜗杆传动、圆锥蜗杆传动、环面蜗杆传动和鼓形蜗杆传动四大类，其中圆柱蜗杆传动多用于轻载传动领域，而环面蜗杆传动广泛用于重载传动领域。
重载蜗杆包括一次包络环面蜗杆传动和二次包络环面蜗杆传动，如直廓环面蜗杆传动、平面一次包络环面蜗杆传动、渐开面一次包络环面蜗杆传动，以及平面二次包络环面蜗杆传动、锥面二次包络环面蜗杆传动、双圆环面二次包络环面蜗杆传动等，其同时啮合齿数对多、传动副承载能力高，但其存在齿面约束多、对误差敏感性大、高精加工难度大、齿侧间隙不可控、齿面磨损量不可补偿等不足。
精密蜗杆传动包括双导程蜗杆传动、锥蜗杆传动、分段式蜗杆传动、无侧隙滚子包络环面蜗杆传动、无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动、变齿厚平面齿轮包络环面蜗杆传动等，其通过轴向移动蜗杆或周向旋转蜗杆或齿面修形等方式可对齿侧间隙进行调整和对齿面磨损量进行补偿，但由于其同时啮合齿数少或结构刚性不足等，故精密蜗杆传动副存在承载能力低等不足。
因此，如何解决上述现有技术存在的缺陷成为了该领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中重载蜗杆传动中误差敏感性高、齿侧间隙不可调、齿面磨损量不可补偿以及精密蜗杆传动中承载能力不高等缺点，提供一种点线演化环面蜗杆传动副及其工作方式，解决了蜗杆传动中精密与重载无法兼顾的技术问题。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种点线演化环面蜗杆传动副，包括相互啮合的变齿厚渐开线齿轮和平面包络环面蜗杆，两者之间呈瞬时多齿点接触，且随着运行过程，变齿厚渐开线齿轮沿其轴线向齿厚变薄方向移动，平面包络环面蜗杆逐渐演变为渐开面包络环面蜗杆，变齿厚渐开线齿轮齿面接触区域向齿厚变厚方向移动，进而形成精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动副。
进一步，所述环面蜗杆传动副采用局部共轭原理构建。
进一步，所述环面蜗杆传动副采用非对偶范成法加工，变齿厚渐开线齿轮采用成形法单侧齿面精确磨削加工，平面包络环面蜗杆采用展成法单侧齿面磨削加工，使得传动副齿面硬度高、精度高。
进一步，所述变齿厚渐开线齿轮的两侧螺旋角不等，齿厚沿其轴向逐渐变化。
进一步，所述平面包络环面蜗杆两侧母平面倾角与变齿厚渐开线齿轮螺旋角一致。
进一步，所述环面蜗杆传动副的齿侧间隙和齿面磨损量通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮进行精确补偿。
进一步，所述平面包络环面蜗杆为硬齿面高精度平面包络环面蜗杆，运行磨损后演变为中硬齿面高精度渐开面包络环面蜗杆。
进一步，所述环面蜗杆传动副初始状态呈多齿点接触，齿面自身运行磨损后通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮形成新型啮合副，直至环面蜗杆齿面呈瞬时多齿线接触。
一种点线演化环面蜗杆传动副的工作方式，包括上述的环面蜗杆传动副；
初始状态：构建一媒介齿面，使其与变齿厚渐开线齿轮的一侧齿面相切；同时，以该媒介齿面为母面，包络形成平面包络环面蜗杆的一侧齿面，且媒介齿面与该平面包络环面蜗杆的一侧齿面相切，上述两切线的交点处形成变齿厚渐开线齿轮齿面与平面包络环面蜗杆齿面的瞬时接触点；变齿厚渐开线齿轮齿面接触区域为细长区域；
中间状态：随着运行过程中变齿厚渐开线齿轮齿面与平面包络环面蜗杆齿面的自身磨损，齿侧间隙逐渐增大，将变齿厚渐开线齿轮沿其轴线向齿厚变薄方向移动，传动副齿面接触状态由瞬时多齿点接触变为瞬时多齿短线接触，变齿厚渐开线齿面接触区域也相应由细长区域变化至较宽区域；
最终状态：随着运行过程中变齿厚渐开线齿轮齿面与平面包络环面蜗杆齿面的自身磨损的进一步加剧，将变齿厚渐开线齿轮再次沿其轴线向齿厚变薄方向移动，传动副齿面接触状态由瞬时多齿短线接触变为瞬时多齿线接触，变齿厚渐开线齿面接触区域也相应由较宽区域变化至宽区域；此时，平面包络环面蜗杆由于其齿面磨损，演变为渐开面包络环面蜗杆，进而整个传动副由点接触环面蜗杆传动副演化为线接触环面蜗杆传动副。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.采用非对偶范成方法加工成形，传动副零件均可精确磨削成形，加工工艺性好；
2.传动副按局部共轭原理构建多齿点接触，相比于完全共轭的多齿线接触，共轭齿面间约束将减小，降低了其对制造误差和装配误差的敏感性；
3.采用变齿厚渐开线齿轮作为啮合构件，共轭齿面磨损后通过轴向移动齿轮，可对侧隙进行精确调控及对磨损量进行精确补偿；
4.传动副将从点接触经磨损及调整后，自然演变形成精密线接触，承载能力将大幅提升，以满足低速重载的工况需求。
附图说明
图1为本发明所涉及的变齿厚渐开线齿轮与媒介齿面接触示意图；
图2为本发明所涉及的平面包络环面蜗杆齿面与媒介齿面接触示意图；
图3为本发明所涉及的局部共轭环面蜗杆副示意图；
图4为本发明所涉及的环面蜗杆齿面示意图；
图5为本发明所涉及的变齿厚渐开线齿面接触区域演变示意图；
图6位本发明所涉及的点线演化环面蜗杆传动副示意图。
图中：1为变齿厚渐开线齿轮，2为媒介齿面，3为媒介齿面与变齿厚渐开线齿轮的一侧齿面的相切线，4为平面包络环面蜗杆，5为媒介齿面与平面包络环面蜗杆的一侧齿面的相切线，6为接触椭圆，7为渐开面包络环面蜗杆，8为点接触，9为短线接触，10为线接触，11为细长区域，12为较宽区域，13为宽区域。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图1至图6所示，一种点线演化环面蜗杆传动副，包括相互啮合的变齿厚渐开线齿轮1和平面包络环面蜗杆4，两者之间呈瞬时多齿点接触，且随着运行过程，变齿厚渐开线齿轮1沿其轴线向齿厚变薄方向移动，平面包络环面蜗杆4逐渐演变为渐开面包络环面蜗杆7，变齿厚渐开线齿轮1齿面接触区域向齿厚变厚方向移动，进而形成精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动副。
所述环面蜗杆传动副采用局部共轭原理构建，使得所述环面蜗杆传动副初始状态呈多齿点接触8，齿面自身运行磨损后通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮形成新型啮合副，直至环面蜗杆齿面呈瞬时多齿线接触10。
所述环面蜗杆传动副采用非对偶范成法加工,使得传动副零件均可精确磨削成形，加工工艺性好。变齿厚渐开线齿轮1采用成形法单侧齿面精确磨削加工，平面包络环面蜗杆4采用展成法单侧齿面磨削加工，使得传动副齿面硬度高、精度高。
所述变齿厚渐开线齿轮1的两侧螺旋角不等，齿厚沿其轴向逐渐变化。
所述平面包络环面蜗杆4两侧母平面倾角与变齿厚渐开线齿轮1螺旋角一致。所述环面蜗杆传动副的齿侧间隙和齿面磨损量通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮1进行精确补偿。
所述平面包络环面蜗杆4为硬齿面高精度平面包络环面蜗杆，运行磨损后演变为中硬齿面高精度渐开面包络环面蜗杆。
一种点线演化环面蜗杆传动副的工作方式，包括上述的环面蜗杆传动副；初始状态：构建一媒介齿面2，使其与变齿厚渐开线齿轮1的一侧齿面相切，得到相切线3；同时，以该媒介齿面2为母面，包络形成平面包络环面蜗杆4的一侧齿面，且媒介齿面2与该平面包络环面蜗杆4的一侧齿面相切，得到相切线5，上述两切线的交点处形成变齿厚渐开线齿轮1齿面与平面包络环面蜗杆4齿面的瞬时接触点，并在受载变形情况下形成接触椭圆6；变齿厚渐开线齿轮1齿面与平面包络环面蜗杆4齿面在该瞬时呈多齿点接触8，齿面接触斑点为细长区域11。
中间状态：随着运行过程中变齿厚渐开线齿轮1齿面与平面包络环面蜗杆4齿面的自身磨损，齿侧间隙逐渐增大，将变齿厚渐开线齿轮1沿其轴线向齿厚变薄方向移动，传动副齿面接触状态由瞬时多齿点接触8变为瞬时多齿短线接触9，变齿厚渐开线齿面接触区域也相应由细长区域11变化至较宽区域12。
最终状态：随着运行过程中变齿厚渐开线齿轮1齿面与平面包络环面蜗杆4齿面的自身磨损的进一步加剧，将变齿厚渐开线齿轮2再次沿其轴线向齿厚变薄方向移动，传动副齿面接触状态由瞬时多齿短线接触9变为瞬时多齿线接触10，变齿厚渐开线齿面接触区域也相应由较宽区域12变化至宽区域13；此时，平面包络环面蜗杆4由于其齿面磨损，演变为渐开面包络环面蜗杆7，进而整个传动副由点接触环面蜗杆传动副演化为线接触环面蜗杆传动副。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：包括相互啮合的变齿厚渐开线齿轮和平面包络环面蜗杆，两者之间呈瞬时多齿点接触，且随着运行过程，变齿厚渐开线齿轮沿其轴线向齿厚变薄方向移动，平面包络环面蜗杆逐渐演变为渐开面包络环面蜗杆，变齿厚渐开线齿轮齿面接触区域向齿厚变厚方向移动，进而形成精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动副，所述环面蜗杆传动副采用局部共轭原理构建。
2.根据权利要求1所述的点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：所述环面蜗杆传动副采用非对偶范成法加工，变齿厚渐开线齿轮采用成形法单侧齿面精确磨削加工，平面包络环面蜗杆采用展成法单侧齿面磨削加工。
3.根据权利要求1所述的点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：所述变齿厚渐开线齿轮的两侧螺旋角不等，齿厚沿其轴向逐渐变化。
4.根据权利要求1所述的点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：所述平面包络环面蜗杆两侧母平面倾角与变齿厚渐开线齿轮螺旋角一致。
5.根据权利要求1所述的点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：所述环面蜗杆传动副的齿侧间隙和齿面磨损量通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮进行精确补偿。
6.根据权利要求1所述的点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：所述平面包络环面蜗杆为硬齿面高精度平面包络环面蜗杆，运行磨损后演变为中硬齿面高精度渐开面包络环面蜗杆。
7.根据权利要求1所述的点线演化环面蜗杆传动副，其特征在于：所述环面蜗杆传动副初始状态呈多齿点接触，齿面自身运行磨损后通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮形成新型啮合副，直至环面蜗杆齿面呈瞬时多齿线接触。
8.一种点线演化环面蜗杆传动副的工作方式，其特征在于：包括上述权利要求1-7任一项所述的环面蜗杆传动副；
初始状态：构建一媒介齿面，使其与变齿厚渐开线齿轮的一侧齿面相切；同时，以该媒介齿面为母面，包络形成平面包络环面蜗杆的一侧齿面，且媒介齿面与该平面包络环面蜗杆的一侧齿面相切，上述两切线的交点处形成变齿厚渐开线齿轮齿面与平面包络环面蜗杆齿面的瞬时接触点；变齿厚渐开线齿轮齿面接触区域为细长区域；
中间状态：随着运行过程中变齿厚渐开线齿轮齿面与平面包络环面蜗杆齿面的自身磨损，齿侧间隙逐渐增大，将变齿厚渐开线齿轮沿其轴线向齿厚变薄方向移动，传动副齿面接触状态由瞬时多齿点接触变为瞬时多齿短线接触，变齿厚渐开线齿面接触区域也相应由细长区域变化至较宽区域；
最终状态：随着运行过程中变齿厚渐开线齿轮齿面与平面包络环面蜗杆齿面的自身磨损的进一步加剧，将变齿厚渐开线齿轮再次沿其轴线向齿厚变薄方向移动，传动副齿面接触状态由瞬时多齿短线接触变为瞬时多齿线接触，变齿厚渐开线齿面接触区域也相应由较宽区域变化至宽区域；此时，平面包络环面蜗杆由于其齿面磨损，演变为渐开面包络环面蜗杆，进而整个传动副由点接触环面蜗杆传动副演化为线接触环面蜗杆传动副。
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