CN100534686C - 硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法 - Google Patents
硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法，属于硬齿面环面蜗杆的精加工方法。技术方案包括环面蜗杆1及其回转轴线4、渐开线斜齿圆柱齿轮2及与其具有相同几何参数和同一回转轴线5的渐开线齿轮形珩磨轮3，两轴线4、5固定并垂直交错，中心距为a，渐开线齿轮形珩磨轮3相对于环面蜗杆1沿轴线5移动s并绕轴线5转动φdc＝φ/i12+s/pd＝f(φ，s)，渐开线齿轮形珩磨轮3相对环面蜗杆1作双自由度运动珩磨环面蜗杆1。本发明提出的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆珩磨方法，解决了硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的精密加工问题，为硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副提供了一种新的加工方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法，属于硬齿面环面蜗杆的精加工方法。由此得到的硬齿面环面蜗杆与硬齿面渐开线斜齿圆柱齿轮啮合传动，形成硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副。
背景技术
在蜗杆蜗轮传动中为了得到较好的接触质量，蜗杆副都需要跑合，而为了提高耐磨性和跑合性，一般采用硬齿面蜗杆和软齿面蜗轮形式蜗杆副，软齿面蜗轮的材料一般采用铜，但成本较高，或者采用铸铁，但承载能力低。如果蜗杆和蜗轮的加工精度很高、蜗杆副接触质量很好且有利于弹性流体动力润滑，采用极压润滑油润滑，就可以把蜗杆和蜗轮都做成硬齿面，那么，蜗杆副的承载能力和寿命就会有很大的提高，不采用铜及锡等有色金属，成本也会有较大幅度的降低。为了得到高精度的环面蜗杆传动以保障好的接触质量，将蜗轮用可以达到高精度的渐开线斜齿圆柱齿轮代替，得到环面蜗杆渐开线齿轮副。
环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆齿面有两种加工方法，一种是用渐开线刀齿按双自由度运动包络而成，这种方法是刘宗辅在1995年《机械》第22卷第5期的“渐开线斜齿轮包络蜗杆副的研制”中提出的，在滚齿机上铣削出这种环面蜗杆，并将这种蜗杆副用于精密分度。但是，这种方法铣削的是锡青铜环面蜗杆，只有相配的渐开线斜齿轮是硬齿面，所以只能用于精密分度蜗杆传动，而且对于加工出的环面蜗杆和渐开线齿轮需要配对跑合。
另一种是用渐开线齿轮形修磨轮按单自由度运动磨削硬齿面环面蜗杆的方法，是由《Mechanism and Machine Theory》2002年第37卷第7期的文章“Tooth contact analysis of toroidal involute wormmating with involute helical gear”提出的。环面蜗杆渐开线齿轮副的齿面瞬时接触线方向与其相对运动方向的夹角接近90°，具有形成弹性流体动力润滑的良好条件，承载能力和传动效率高。但是，因为蜗杆和渐开线齿轮形修磨轮的相对速度较低，使修磨轮上金刚石颗粒容易脱落，效果较差。为了避免这种现象，《中国科学E辑》2005年第35卷第7期的文章“精确磨削包络TI蜗杆的方法”中提出采用盘形砂轮磨削蜗杆的方法，砂轮除具有磨削主运动之外，还具有两个相互垂直的运动：圆周进给运动和垂直进给运动。砂轮轴截面廓线不是渐开线，这样砂轮本身制造麻烦，而且机床运动复杂，生产效率低，从而增加制造成本难以得到工艺应用。
环面蜗杆渐开线齿轮副接触条件很好，作为蜗轮的渐开线斜齿圆柱齿轮可以达到很高精度，如果能解决环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆精密加工问题，那么再配以极压润滑油润滑，就可以将环面蜗杆渐开线齿轮副做成硬齿面传动。但是，目前尚未找到一种精确加工环面蜗杆渐开线齿轮副的硬齿面蜗杆的方法。
发明内容
本发明的目的是要提供一种硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法，是硬齿面环面蜗杆的精加工方法。粗加工是采用渐开线刀齿按双自由度运动加工出环面蜗杆的螺旋面并留有珩磨余量，经热处理后，通过渐开线齿轮形珩磨轮相对蜗杆的双自由度运动珩磨环面蜗杆，得到的环面蜗杆与渐开线斜齿圆柱齿轮啮合传动，形成硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括环面蜗杆1及其回转轴线即蜗杆轴线4、渐开线斜齿圆柱齿轮2及与其具有相同几何参数和同一回转轴线即齿轮轴线5的渐开线齿轮形珩磨轮3，蜗杆轴线4和齿轮轴线5固定并垂直交错，环面蜗杆1和渐开线齿轮形珩磨轮3的中心距O1O2等于环面蜗杆1和渐开线斜齿圆柱齿轮2啮合传动的中心距a，当环面蜗杆1绕蜗杆轴线4转动角度
时，渐开线齿轮形珩磨轮3沿齿轮轴线5移动s并绕齿轮轴线5转动
转角
由两部分合成，一部分是由环面蜗杆1与渐开线斜齿圆柱齿轮2啮合传动的传动比i12得到的转角另一部分是由其轴向位移s引起的附加转角s/pd，pd为渐开线齿轮形珩磨轮3即渐开线斜齿圆柱齿轮2的螺旋参数，pd＝d2/(2tanβ2)，其中d2和β2分别为渐开线斜齿圆柱齿轮2的分度圆直径和螺旋角，
和s是两个独立的运动参数，s在零点附近一定范围内的正负区间取值，渐开线齿轮形珩磨轮3相对环面蜗杆1作双自由度运动珩磨环面蜗杆1，形成硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法(如图1)，该加工方法可以在普通滚齿机上实施。
上述的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法中，渐开线齿轮形珩磨轮3沿齿轮轴线5的移动是单向一次或往复多次的。
上述的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法中，渐开线斜齿圆柱齿轮2及与其具有相同几何参数的渐开线齿轮形珩磨轮3是标准齿轮或变位齿轮。
上述的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法中，渐开线斜齿圆柱齿轮2及与其具有相同几何参数的渐开线齿轮形珩磨轮3齿廓曲线同为渐开线或同为圆弧。
本发明提出了一种硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆珩磨方法，从而解决了硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的精密加工问题，为硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的制造提供了一种新的加工方法。
附图说明
图1为硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法原理图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法可以在普通滚齿机上实施。设计硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副为标准硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副，环面蜗杆1和渐开线斜齿圆柱齿轮2均左旋，渐开线斜齿圆柱齿轮2为标准渐开线齿轮，它们具有相同的模数mn和压力角αn，渐开线斜齿圆柱齿轮2的齿数、分度圆直径和分度圆螺旋角分别为z2、d2和β2，环面蜗杆1的头数为z1，传动比i12＝z2/z1，中心距a，渐开线斜齿圆柱齿轮2螺旋参数pd＝d2/(2tanβ2)。
环面蜗杆1的材料选为38CrMoAl，经常规工艺流程，根据渐开线斜齿圆柱齿轮2选择具有同样参数的渐开线刀齿(如插齿刀)，在滚齿机上按双自由度运动粗加工环面蜗杆1，并预留珩磨余量，然后对环面蜗杆1渗氮处理。珩磨轮的制作：根据渐开线斜齿圆柱齿轮2加工出具有相同几何参数的基体轮并将齿减薄预留出磨料层的厚度，将金刚砂磨料、环氧树脂粘接剂与硬化剂、增塑剂混合，并在基体轮上均布，时效并高温硬化后，按渐开线斜齿圆柱齿轮2加工出具有相同几何参数的渐开线齿轮形珩磨轮3，并保证磨料层在珩磨轮齿面上均匀覆盖。至此采用公知技术完成了环面蜗杆1的粗加工及渐开线齿轮形珩磨轮3的制备工作。
对环面蜗杆1的精加工，采用本发明的珩磨方法。如图1所示，将经过粗加工和热处理的环面蜗杆1装在滚刀架上(图1蜗杆轴线4位置)，使齿部长度的二分之一处通过滚齿机工作台中心并紧固；渐开线齿轮形珩磨轮3装在滚齿机工作台上，蜗杆轴线4与齿轮轴线5垂直交错，取s＝0，调整渐开线齿轮形珩磨轮3齿的两侧与环面蜗杆1有相等的珩磨量，然后将渐开线齿轮形珩磨轮3紧固在工作台上。将滚刀架降至使环面蜗杆1低于渐开线齿轮形珩磨轮3，调整工作台使中心距O1O2＝a，作为渐开线齿轮形珩磨轮3珩磨环面蜗杆1的初始加工位置。由滚刀架转动得到环面蜗杆1的转角滚刀架沿立柱(平行于齿轮轴线5)移动，相当于渐开线齿轮形珩磨轮3与之方向相反、位移相同相对于环面蜗杆1的移动位移s，按环面蜗杆1和渐开线斜齿圆柱齿轮2的传动比i12计算滚比交换齿轮得到
由滚齿机的差动装置得附加转角
两者合成工作台(即渐开线齿轮形珩磨轮3)的转角
搭上垂直进给和差动挂轮，启动机床，使滚刀架逐步沿工作台轴向提升，直至渐开线齿轮形珩磨轮3离开环面蜗杆1为止，这样就珩磨出环面蜗杆1的所有齿面。加工过程中渐开线齿轮形珩磨轮3相对环面蜗杆1产生
和s是两个独立的运动，s由正值经零点到负值变化，渐开线齿轮形珩磨轮相对环面蜗杆的双自由度运动珩磨环面蜗杆。
渐开线斜齿圆柱齿轮2的材料选为40Cr，经热处理后，磨齿可得到精度达到6级以上的硬齿面渐开线斜齿圆柱齿轮2与珩磨成的硬齿面环面蜗杆1啮合传动，再配以极压润滑油(准双曲面齿轮油)润滑，构成硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副。
Claims (4)
1、硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法，包括环面蜗杆(1)及其回转轴线即蜗杆轴线(4)、渐开线斜齿圆柱齿轮(2)及与其具有相同几何参数和同一回转轴线即齿轮轴线(5)的渐开线齿轮形珩磨轮(3)，环面蜗杆(1)和渐开线斜齿圆柱齿轮(2)的传动比为i12，渐开线斜齿圆柱齿轮(2)的螺旋参数为pd＝d2/(2tanβ2)，其中d2和β2分别为渐开线斜齿圆柱齿轮(2)的分度圆直径和螺旋角，蜗杆轴线(4)和齿轮轴线(5)固定并垂直交错，环面蜗杆(1)和渐开线齿轮形珩磨轮(3)的中心距O1O2等于环面蜗杆(1)和渐开线斜齿圆柱齿轮(2)啮合传动的中心距a，当环面蜗杆(1)绕蜗杆轴线(4)转动角度时，渐开线齿轮形珩磨轮(3)沿齿轮轴线(5)移动位移s并绕齿轮轴线(5)转动转角
环面蜗杆(1)的转角
和s是两个独立的运动参数，渐开线齿轮形珩磨轮(3)相对环面蜗杆(1)作双自由度运动。
2、根据权利要求1所述的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法，其特征在于，渐开线齿轮形珩磨轮(3)沿齿轮轴线(5)的移动是单向一次或往复多次的。
3、根据权利要求1所述的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法，其特征在于，渐开线斜齿圆柱齿轮(2)及与其具有相同几何参数的渐开线齿轮形珩磨轮(3)是标准齿轮或变位齿轮。
4、根据权利要求1所述的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的蜗杆加工方法，其特征在于，渐开线斜齿圆柱齿轮(2)及与其具有相同几何参数的渐开线齿轮形珩磨轮(3)齿廓曲线同为渐开线或圆弧。
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