CN1023145C - 渐开线直母线接触锥蜗杆传动装置及其制造方法和工艺装备 - Google Patents

Abstract

本发明渐开线直母线接触锥蜗杆及其制造工艺装备，属于机械原理与机械制造领域。蜗轮2的轮齿两齿面A和T与垂直于蜗轮轴线的平面的交线，是两条渐开线，这两条渐开线的基圆直径分别为D_A2，D_T2，蜗轮齿面A、T分别是直径为D_A2，D_T2的两个基圆柱所形成的渐开线蜗旋面。蜗杆1的齿面A、T是由直径为d_jA，d_jT的两个基圆柱所形成。A、T两面是螺距为t_A、t_T两条螺旋线的切线L_A、L_T所形成的切线曲面。本发明设计了锥蜗杆及蜗轮齿面加工的工装及工艺。

Description

本发明属机械原理与机械制造工艺，涉及齿轮啮合理论与蜗杆传动。

锥蜗杆传动的研制，国外开始于五、六十年代（O.Saari，The    Mathe    matica    Background    of    spiroid    Gear，《Industr.Math.》NO7，1959;W.D.Nelson，Spiroid    Gearing，《MachineDesign》Vol33，NO4，5，6，1961;D.W.Dudey，Gear    Handbook，1962.）并已在农业机械，起重机械，机床，导弹和各种军事机械中应用。我国在八十年代开展了锥蜗杆的研制工作，取得了一批成果（太原重型机械学院，锥蜗杆传动，《齿轮》1977，第三期;西北工业大学，锥蜗杆传动，《机械设计》1982年第3、4期）。前述锥蜗杆是阿基米德螺线蜗杆，与普通圆柱蜗杆传动比较，它有传动承载能力大，润滑条件好，蜗轮材料可以用钢代铜，侧隙便于控制和传动效率高等优点。但阿基米德螺线锥蜗杆传动有传动的不对称性，蜗杆、蜗轮齿面又不能磨削，这就限制了承载能力的进一步提高，加之蜗轮刀具较难制造，当蜗轮材料用钢材时，还需用珩杆珩磨蜗轮齿面。这种工艺上的困难，使得锥蜗杆传动目前尚难以在国内推广。渐开线锥蜗杆的设计和加工工艺研究近年已有报道（渐开线锥蜗杆传动的啮合原理，赵翼瀚，邵峻松，《机械设计》1988年第一期;车削渐开线锥蜗杆传动，高博文《第七届全国机械学学术讨论会论文集》，1990。

本发明的目的是根据啮合理论分析，几何尺寸计算，设计出在机械加工中切实可行的渐开线直母线接触锥蜗杆传动装置，及此传动装置的加工方法和工艺装备，克服上述阿基米德蜗杆锥蜗杆传动的缺点。

根据啮合理论分析（赵翼瀚等《机械设计》1988年第一期P15-），恰当选择蜗杆、蜗轮几何参数，就可使蜗杆渐开线曲面直母线成为蜗杆-蜗轮副的共轭曲面接触线，这不仅使渐开线锥蜗村传动能具有阿基米德蜗杆传动的优点，并能克服它的缺点，尤其是蜗轮轮 齿加工可以不用滚刀滚切而采用单角度铣刀用半展成半型铣法在普通万能铣床上切削。这种蜗杆传动，蜗杆齿面可以磨削，蜗轮齿面也可采用简单工艺装备进行磨削。这些不仅是蜗轮加工工艺的创新，也为合理选择蜗杆传动几何参数创造了条件。

本发明渐开线直母线蜗杆传动，根据啮合原理其传动的几何尺寸计算配合附图阐述如下：

本发明的附图如下列：

图1    渐开线锥蜗杆传动啮合图

图2    蜗轮齿线图

图3    蜗轮齿面图

图4    啮合示意图

图5    蜗杆剖视图

图6    蜗轮尺寸计算几何关系图

图7    单角度铣刀图

图8    蜗杆车削球铰卡头安装主视图

图9    蜗杆车削球卡头安装俯视图

图10    铣齿工装结构主视图

图11    铣齿工装结构俯视图

图12    铣齿工装机构运动简图。

1.渐开线锥蜗杆传动的几何尺寸计算。

在啮合理论分析的基础上，考虑提高传动性能，改进传动元件制造工艺性，本发明拟定了计算公式，其主要算式如下：

（1）蜗杆模数

蜗杆有三个模数

A面轴向模数

m_A= (t_A)/(π) =2 (tgλ_Atgδ)/(tgλ_A-tgδ) (A)/(Z1) （1）

T面轴向模数

m_T= (t_T)/(π) =2 (tgλ_Ttgδ)/(tgλ_T+tgδ) (A)/(Z₁) （2）

蜗杆锥面模数

m_s＝ (s)/(π) ＝ 1/2 m_h1+tg²α （3）

式中A为传动中心距（见图4），t_A、t_T为蜗杆轴向齿距（图5），λ_A、λ_T为蜗杆牙轴向断面角，tgδ＝1/i₁₂，i₁₂＝ω₁/ω₂是传动比。S为蜗轮锥面齿距，α₁为蜗杆锥角，m_h＝m_A+m_T。Z₁为蜗杆螺纹头数。

（2）蜗杆锥角

当λ_T＝λ_A＝λ时

α₁=arctg( (tgδ)/(tg²λ) )（4）

（3）蜗杆渐开线曲面基圆半径

A面基圆半径

r_JA= (tgδ)/(tgλ_A-tgδ) A= (Z1m_A)/(2tgλ_A) （5）

T面基圆半径

r_JT= (tgδ)/(tgλ_T-tgδ) A= (Z₁m_T)/(2tg_λT) （6）

（4）蜗轮锥角

α₂=arctg( (x_k2-x_p)/(r_p2) ) (7)

啮合时，蜗根锥与蜗轮顶锥在P点相切（图6），K₁、K₂直线为两锥在P点公切面的法线，K₁、K₂点为K₁K₂直线与两锥轴线的交点，式（7）中

T_P2：蜗轮P点回转半径

X_K2：K₂点坐标

X_P1：P点坐标。

按上列公式计算蜗杆蜗轮尺寸可用单角度铣刀（图7，此图为加工m_S＝4mm的刀具）在万能铣床上切制。

2、本发明设计的渐开线锥蜗杆传动（见图1、2、3），其蜗轮2的轮齿两齿面A和T与垂直于蜗轮轴线的平面的交线，是两条渐开线，这两条渐开线的基圆直径分别为D_A2，D_r2。蜗轮齿面A、T分别是直径为D_A2，D_r2。两个基圆柱所形成的渐开线螺旋面。蜗杆1的齿面A、T（图3a）是由直径为d_JA，d_JT的两个基圆柱所形成（图3b），A、T两面是螺距为t_A·t_T两条螺旋线的切线L_A·L_T形成的切线曲面。

3、本发明锥蜗杆传动装置的加工方法和工艺装备

（1）锥蜗杆的加工

锥蜗杆的切制可在具有靠模板或液压仿形刀架附件的普通车床上完成。当不具备上述设备时，可利用本发明设计的球铰卡头3及偏心反顶头4（图8）。球铰卡头由两个互相垂直的夹子3，含着一个钢球，通过销钉与两个带圆套的支杆20相联结而构成。切制蜗杆时，在车床尾架上装置一个四爪止盘5，卡盘上卡住偏心反顶头4，床头三爪卡盘卡住反顶头8并现场修正顶头孔。将工件6置于两钢球之间，找正水平，籍助球铰卡头3可使斜置的工件均速回转，完成螺纹车削工作。安装时应保证球铰卡头的中心0，在（π-α₁）的平分面（此面垂直于床身导向面）P内运动。

（2）蜗轮轮齿加工

本发明用单角度铣刀，普通万能铣床及专用铣齿工装（图10、11）完成蜗轮齿铣齿工序。图12为铣齿工装机构运动简图。该工装由底座16，滑座15，滑鞍14及主轴架9等主要部件组成。铣齿时铣刀用悬臂刀杆卡紧，铣床工作台不运动，将底座16紧固在工 作台上，在滑座15的右侧联接齿条19，齿轮g与之啮合，经由固定于滑鞍14上的滑轮架挂轮a、b、c、d及齿轮f与正交齿条（齿条两垂面上有牙齿）17啮合。此啮条17又与主轴上齿轮10啮合。当转动手轮21时，经丝核22、螺母23推动滑鞍14沿蜗轮齿线（箭头方向）前进或后退，并且使齿轮g转动，经齿轮a、b、c、d、f及齿条17使主轴上的齿轮10和固定套11带动主轴回转，这样就完成了主轴相对刀具（刀具不沿其轴线移动）又转又移的复合运动。选配好挂轮比a·c/b·d即可使刃具刃面在与蜗轮坯的相对运动中包络切削铣出蜗轮齿面。

切制完成一个齿沟后，滑鞍14和主轴复位，插上插销12，松开固定套11上的螺栓，旋转手柄18，按孔盘上孔位完成一次分度，然后拔开插销12，紧固11上的螺栓，重复切齿运动切制下一个齿沟。应当注意，切齿前必须根据传动参数λ₄（λ_T），α₁，γ_JA及A利用转轴H、K（铰链），调正好刀具轴线与工件轴线及齿条19节线间的夹角（图12），然后紧固转轴H、K，此后再利用铣床升降丝杠调好刀具与工件轴线间的距离a（图10）。

本发明的优点

本发明所制造的产品-渐开线直母线接触锥蜗轮传动，具有下列优点：

与圆柱蜗杆传动相比具有承载能力大，效率高，结构紧凑，并可用钢代替铜做蜗轮材料。

与弧面蜗杆相比具有轴向误差不敏感的优点。

与阿基米德蜗线锥蜗杆相比，它具有传动对称性，且蜗杆蜗 轮轮齿均可磨削的优点。

利用本发明切制蜗轮轮齿时，不用复杂价高的专用滚刀，仅用普通的单角度铣刀，而且一把铣刀可加工不同模数及传动比的蜗轮。蜗轮加工工艺的这一改革，不仅可降低制造成本，还为合理选择设计参数创造了条件。

本发明技术不难掌握，中小工厂、乡镇企业技术人员及工人，经短期培训，均可掌握生产技术。

Claims (3)

1、渐开线锥蜗杆传动装置，其特征是蜗轮2的轮齿两齿面A和T与垂直蜗轮轴线的平面的交线，是两条渐开线，这两条渐开线的基圆直径分别为D_A2、D_T2，蜗轮齿面A、T，分别是直径为D_A2、D_T2两个基圆柱所形成的渐开线螺旋面，蜗杆1的齿面A、T是由直径为d_JA、d_JT的两个基圆柱所形成，两面是螺距为t_A、t_T两条螺旋线的切线L_A、L_T形成的切线曲面。

2、一种权利要求1所述渐开线锥蜗杆传动装置的加工方法，其特征在于采用如下步骤：

1、锥蜗杆的齿面加工是用本发明设计的球铰卡头3及偏心反顶头4在普通车床上车制的，蜗杆齿面加工步骤如下：

a、在车床尾架上装置一个四爪卡盘5，卡盘卡住偏心反顶头4;床头三爪卡盘卡住反顶头8;

b、将工件6用反顶头卡紧，找正水平及偏斜角（π-α₁）;

c、用球铰卡头卡紧工件及床头反顶头，安装时应保证球铰卡头中心，在（π-α₁）的平分面（此面垂直于床身导向面）P内运动;

完成上述调整后，即可车削蜗杆齿面;

2、蜗轮齿面加工是用本发明设计的专用铣齿工装及单角度铣刀在普通万能铣床上铣削的，铣齿时机床、工装调整步骤如下：

a、在主轴上用悬臂刀杆卡紧单角度铣刀;

b、将工装底座紧固在机床工作台上，转动滑座15，使其导轨方向（即齿条13的节线或丝杆22的中心线）与机床主轴中心线相交角为（λ_T+α₁），然后将滑座15紧固在底座16上;

c、转动工装主轴架9，使工装主轴的垂线与机床主轴的中心线之间的夹角为λ_T，之后，将工装主轴架9紧固在滑鞍14上;

d、计算工装挂轮a、b、c、d的齿数，之后装好挂轮;

e、调整机床升降台，使工装主轴轴线与机床主轴轴线间的距离为a^′ _o铣齿时机床工作台固定不动，靠转动工装丝杆22，使工装主轴上的蜗轮工件相对机床工作台又转又移，这样，刀具旋转铣削时，就能同时铣出蜗轮齿面A和T。

3、一种权利要求2所述的渐开线锥蜗杆加工方法的专用球铰卡头，其特征是：两个夹子（3）互相垂直地含紧一个钢球，通过销钉将两个夹子（3）分别与两个带圆套的支杆（20）相联结，两支杆（20）的圆套上均有卡紧螺钉，圆套及其上卡紧螺钉分别用来卡住车床床头上的反顶头（8）及锥蜗杆工件。

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