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蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪的制作方法

文檔序號(hào):3041812閱讀:208來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪。
現(xiàn)在,二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)已廣泛應(yīng)用于重載傳動(dòng)裝置中,其中平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副是這樣構(gòu)成的以一平面磨輪包絡(luò)加工出蝸桿齒面(參見(jiàn)附

圖1),再以蝸桿齒面為刀具面包絡(luò)加工出蝸輪,這樣的一對(duì)蝸輪蝸桿構(gòu)成平面二次包絡(luò)蝸環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝參見(jiàn)1998年1月由四川科學(xué)技術(shù)出版社出版,杜厚金,江有渝編著的《平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)制造工藝》第八頁(yè)圖1-1。
分析二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的齒面幾何接觸形態(tài)可知,當(dāng)蝸輪蝸桿嚙合時(shí),接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖參見(jiàn)附圖2。隨著嚙合的繼續(xù),接觸線按圖2中箭頭所指的方向運(yùn)動(dòng)。顯然,在蝸輪蝸桿齒面的整個(gè)嚙合過(guò)程中,蝸輪齒面與蝸桿齒面通過(guò)接觸線在嚙合齒面間形成的空間經(jīng)歷了一個(gè)從雙開(kāi)口的空間(參見(jiàn)附圖4)到只有一個(gè)開(kāi)口的半封閉空間(參見(jiàn)附圖5)的過(guò)程。在整個(gè)嚙合過(guò)程中,接觸線按附圖2的箭頭所指的方向連續(xù)運(yùn)動(dòng),使得蝸輪齒面與蝸桿齒面通過(guò)接觸線在嚙合齒面間形成的空間的體積逐漸減少,被圍在該空間中的潤(rùn)滑油從開(kāi)口處流出,由于該空間的開(kāi)口面積(不論是雙開(kāi)口或只有一個(gè)開(kāi)口的情況)大,潤(rùn)滑油流出開(kāi)口所產(chǎn)生的“擠壓效應(yīng)”不顯著,故不能保證潤(rùn)滑油膜的形成,這就使得蝸桿傳動(dòng)副的承載能力、傳動(dòng)效率的提高;使用壽命的延長(zhǎng)受到了極大的限制。
已公布的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)(其申請(qǐng)?zhí)枮?2.1.08209.6)“回轉(zhuǎn)面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的加工工藝及其磨輪”存在二個(gè)問(wèn)題,其一,該蝸桿傳動(dòng)副仍存在著在嚙合的前半部分,嚙合齒面間形成的空間仍存在一個(gè)大的開(kāi)口,“擠壓效應(yīng)”并不顯著;其二,構(gòu)成磨輪磨削面的曲線段為園弧、橢圓、雙曲線、拋物線,而另外的線段為直線段時(shí),在兩線段的接合處,二階導(dǎo)數(shù)不連續(xù),由二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的嚙合方程知,齒面將產(chǎn)生奇點(diǎn),這是致命的缺陷。
此外,長(zhǎng)期以來(lái),平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的蝸桿在加工時(shí),蝸桿齒頂?shù)牡菇嵌际窃谖仐U螺紋切制完畢后,用車刀刀具憑經(jīng)驗(yàn)去靠撥加工而成,這種做法破壞了蝸桿齒面靠齒頂部分的共軛面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出了一種蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪,以達(dá)到蝸桿傳動(dòng)副的嚙合齒面的幾何接觸形態(tài)有利于潤(rùn)滑油膜的形成。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是在現(xiàn)有磨輪的基礎(chǔ)上對(duì)其有效加工面進(jìn)行了改進(jìn),該磨輪有效加工面的母線由在同一平面內(nèi)的線段和與該線段端點(diǎn)光滑連接具有單調(diào)性的非線性曲線段構(gòu)成,每一連接點(diǎn)處二階導(dǎo)數(shù)連續(xù),以保證加工出的齒面無(wú)尖點(diǎn),與線段端點(diǎn)光滑連接的具有單調(diào)性非線性曲線段的二階導(dǎo)數(shù)值異號(hào),以保證與線段端點(diǎn)連接的曲線的凹向相反,且該母線與磨輪的轉(zhuǎn)軸位于同一平面內(nèi),該母線繞磨輪的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面。上述的每一單調(diào)性非線性曲線段可為單的一非線性曲線段,或不相同多段曲線光滑連接構(gòu)成一單調(diào)性非線性曲線段;還可以是線段的一端為單一的單調(diào)性非線性曲線段,而另一端為不相同的多段曲線光滑連接構(gòu)成一單調(diào)性非線性曲線段。
本發(fā)明的加工工藝是這樣的在現(xiàn)有的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝(參見(jiàn)附圖3)的基礎(chǔ)上,當(dāng)蝸桿螺紋切制完畢后,有關(guān)對(duì)齒面的加工就用上述的、在現(xiàn)有磨輪的基礎(chǔ)上對(duì)其有效加工面進(jìn)行了改進(jìn)的加工蝸桿的磨輪在滾齒機(jī)上粗磨和精磨、精磨蝸桿齒面以及蝸桿刀具(用于加工蝸輪齒面)。
在附圖6和附圖7中,給出了實(shí)施本發(fā)明的蝸桿傳動(dòng)副的一種磨輪的結(jié)構(gòu)圖,包括磨輪本體,磨輪中心軸孔,A-A為磨輪的轉(zhuǎn)軸,非線性線段ab、cd與垂直于轉(zhuǎn)軸A-A的直線段bc光滑連接構(gòu)成平面曲線ad,該平面曲線繞A-A軸旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面。其中bc長(zhǎng)-20mm,非線性曲線段ab、cd分別為截取曲線f(x)=0.00001x4從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始的大約1.5-8.5mm長(zhǎng)的曲線段,且從座標(biāo)原點(diǎn)處與直線段bc相連。磨輪外園直徑為200-400mm,磨輪厚度為15-30mm,磨輪中心孔的直徑為750+0.03mm,磨輪的邊緣厚度為2-10mm。
在附圖8和附圖9中,給出了實(shí)施本發(fā)明的蝸桿傳動(dòng)副的另一種磨輪的結(jié)構(gòu)圖,包括磨輪本體,磨輪中心軸孔,A-A為磨輪的轉(zhuǎn)軸,非線性線ab、cd與同轉(zhuǎn)軸A-A位于同一平面內(nèi)的直線段bc光滑連接構(gòu)成平面曲線ad,該平面曲線繞A-A軸旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面。其中bc長(zhǎng)4-20mm,非線性曲線段ab、cd分別為截取曲線f(x)=0.00001x4從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始的大約1.5-8.5mm長(zhǎng)的曲線段,且從座標(biāo)原點(diǎn)處與直線段bc相連。磨輪外園直徑200-400mm,磨輪厚度為15-30mm,磨輪中心孔的直徑為750+0.03mm,磨輪的邊緣厚度為2~10mm。
在附圖10中,給出一種發(fā)明的蝸桿傳動(dòng)副的接觸線在蝸輪齒面分布的示意圖。具體參數(shù)為蝸輪副中心距A=125mm,蝸桿頭數(shù)Z1=1,蝸輪齒數(shù)Z2=40,加工蝸桿的磨輪的軸截面參見(jiàn)附圖6和附圖7,其中,直線段bc長(zhǎng)約3-13mm,且垂直于磨輪的轉(zhuǎn)軸A-A,ab、cd分別為截取曲線f(x)=0.00001x6從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始的大約1.5-7.5mm長(zhǎng)的非線性曲線段;附圖11給出的是ab、cd分別為截取曲線f(x)=0.00001x4從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始的大約1.5-7.5mm長(zhǎng)的非線性曲線段,而其余參數(shù)同附圖10的參數(shù)時(shí),接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖。
圖1是平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的蝸桿齒面由平面磨輪包絡(luò)加工的示意圖。
圖2是二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副在嚙合時(shí),接觸線在蝸輪齒面上分布的示意圖。
圖3是平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副加工工藝流程圖。
圖4是二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副在嚙合過(guò)程的前半部分,蝸輪蝸桿齒面通過(guò)接觸線在嚙合齒面間形成的雙開(kāi)口空間示意圖。
圖5是二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副在嚙合過(guò)程的后半部分,蝸輪蝸桿齒面通過(guò)接觸線在嚙合齒面間形成的單開(kāi)口空間示意圖。
圖6為實(shí)施本發(fā)明的一種磨輪的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為圖6的有效加工面處的放大圖。
圖8為實(shí)施本發(fā)明的另一種磨輪的結(jié)構(gòu)圖。
圖9為圖8的有效加工面處的放大圖。
圖10為一種參數(shù)的蝸桿傳動(dòng)副的接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖。
圖11為另一種參數(shù)的蝸桿傳動(dòng)副的接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖。
綜上所述,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于包絡(luò)加工蝸桿齒面及蝸桿刀具(用于加工蝸輪齒面)的磨輪的有效加工面是由簡(jiǎn)單曲面結(jié)合而成,即磨輪的有效加工面的母線由在同一平面內(nèi)的線段和與該線段端點(diǎn)光滑連接并具有單調(diào)性的非線性曲線段構(gòu)成,該母線繞磨輪的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面,線段兩端的非線性曲線段繞磨輪轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)面構(gòu)成的磨輪的有效加工面分別包絡(luò)加工出蝸桿的齒根齒面與齒根面的交接處及蝸桿的齒頂齒面與齒頂面的交接處,同時(shí),線段的回轉(zhuǎn)面構(gòu)成的磨輪有效加工面包絡(luò)加工出蝸桿的其余齒面。顯然,當(dāng)用上述磨輪包絡(luò)加工蝸桿齒面及蝸桿刀具,再用蝸桿刀具加工出蝸輪,這樣的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的蝸輪蝸桿相嚙合時(shí),由于蝸桿齒頂面與蝸桿齒頂面的交接處為一曲面,蝸輪齒根面與蝸輪齒根齒面的交接處也是一曲面,且這兩曲面是一對(duì)共軛曲面,在嚙合時(shí)一定有接觸線存在;同時(shí),也由于蝸桿的齒根面與蝸桿齒根齒面的交接處為一曲面,蝸輪齒頂面與蝸輪齒頂齒面的交接處也是一曲面,且這兩曲面也是一對(duì)共軛曲面,在嚙合時(shí)也一定有接觸線存在(上述的兩種接觸線的切線與齒面的中間區(qū)域的接觸線的切線夾角較大)。而在齒面的中間區(qū)域的接觸線與相對(duì)速度的方向接近于直角。圖10是本發(fā)明提出的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在一種參數(shù)時(shí)接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖,圖11是本發(fā)明提出的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在另一種參數(shù)時(shí)接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖。嚙合齒面這樣的幾何接觸形態(tài)使得前面提到的蝸輪蝸桿嚙合時(shí),蝸輪蝸桿齒面通過(guò)接觸線在嚙合齒面間形成的空間由于開(kāi)口部分有接觸線存在,且這些接觸線的切線與齒面的中間區(qū)域的接觸線的切線夾角較大,故開(kāi)口面積被大大的減小,當(dāng)該空間的體積隨嚙合的繼續(xù)而逐漸變小時(shí),被圍在該空間中的潤(rùn)滑油從被大大減小的開(kāi)口處流出時(shí),產(chǎn)生了非常顯著的“擠壓效應(yīng)”,使得潤(rùn)滑油膜十分容易形成,極大的改善了齒面潤(rùn)滑狀態(tài)。因此,本發(fā)明提出的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)具有高承載能力、高傳動(dòng)效率、長(zhǎng)使用壽命。
2、現(xiàn)有的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副加工工藝中,當(dāng)蝸桿螺紋切制完備后,需用車刀憑經(jīng)驗(yàn)去靠撥加工蝸桿齒頂?shù)牡菇?,這種作法破壞了蝸桿齒面靠齒頂部分的共軛面結(jié)構(gòu)。而在本發(fā)明中,被車刀車削的蝸桿齒頂部分被磨輪加工成了共軛曲面,使得蝸桿齒面靠齒頂部分的共軛面結(jié)構(gòu)保持完整。
3、本發(fā)明提出的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝與成熟的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副的制造工藝相比,只是包絡(luò)加工蝸桿齒面及蝸桿刀具的磨輪不同,故容易實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝,其特征在于(1)車削蝸桿,(2)用直線刀刃初切蝸桿齒面,(3)用加工蝸桿的磨輪粗磨蝸桿齒面,(4)用加工蝸桿的磨輪精磨蝸桿齒面,(5)用加工蝸桿的磨輪磨削加工蝸輪的滾刀,(6)用滾刀加工蝸輪。
2.一種加工蝸桿的磨輪,包括磨輪本體,磨輪中心軸孔,其特征在于該磨輪有效加工面的母線由在同一平面內(nèi)的線段與該線段端點(diǎn)光滑連接并具有單調(diào)性的非線性曲線段構(gòu)成,該母線與磨輪的轉(zhuǎn)軸位于同一平面內(nèi),且繞磨輪的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面,每一連接點(diǎn)處二階導(dǎo)數(shù)連續(xù),與線段兩端點(diǎn)光滑連接的具有單調(diào)性非線性曲線段的二階導(dǎo)數(shù)值異號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工蝸桿的磨輪,其特征在于磨輪有效加工面的母線上的每一單調(diào)非線性曲線段為單一的非線性曲線段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工蝸桿的磨輪,其特征在于磨輪有效加工面的母線上的每一單調(diào)非線性曲線段為不相同的多段曲線光滑連接構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工蝸桿的磨輪,其特征在于磨輪有效加工面的母線由線段的一端為單一的單調(diào)非線性曲線段,其另一端為不相同的多段曲線光滑連接而成一單調(diào)非線性曲線段構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工蝸桿的磨輪,其特征在于兩條非線性線段與垂直于轉(zhuǎn)軸的直線段的兩端光滑連接構(gòu)成平面曲線,該平面曲線繞磨輪軸旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面;其中直線長(zhǎng)4-20mm,非線性曲線段分別為截取曲線f(w)=0.00001x4從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始的大約1.5-8.5mm長(zhǎng)的曲線段,且從座標(biāo)原點(diǎn)處與直線段相連,磨輪外園直徑200-400mm,磨輪厚度為15-30mm,磨輪中心孔的直徑為750+0.03mm,磨輪的邊緣厚度為2-10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工蝸桿的磨輪,其特征在于兩條非線性線段與同轉(zhuǎn)軸位于同一平面內(nèi)的直線段的兩端光滑連接構(gòu)成平面曲線,該平面曲線繞磨輪軸旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面;其中直線長(zhǎng)4-20mm,非線性曲線段分別為截取曲線f(x)=0.00001x4從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始的大約1.5-8.5mm長(zhǎng)的曲線段,且從座標(biāo)原點(diǎn)處與直線段相連。磨輪外園直徑200-400mm,磨輪厚度為15-30mm,磨輪中心孔的直徑為750+0.03mm,磨輪的邊緣厚度為2-10mm。
全文摘要
一種蝸桿傳動(dòng)副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪涉及二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪。磨輪有效加工面的母線由在同一平面內(nèi)的線段和與該線段端點(diǎn)光滑連接并具有單調(diào)性的非線性曲線段構(gòu)成,該母線與磨輪的轉(zhuǎn)軸位于同一平面內(nèi),且繞磨輪的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而形成的回轉(zhuǎn)面為磨輪的有效加工面。用該磨輪為母面包絡(luò)加工出的蝸桿傳動(dòng)副的蝸輪蝸桿在嚙合時(shí),齒面的幾何接觸形態(tài)十分有利于潤(rùn)滑油膜的形成,故該種蝸桿傳動(dòng)副具有高承載能力、高傳動(dòng)效率、長(zhǎng)使用壽命。
文檔編號(hào)B23F13/02GK1196988SQ98111819
公開(kāi)日1998年10月28日 申請(qǐng)日期1998年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月15日
發(fā)明者韋云隆, 曹興進(jìn), 賀惠農(nóng) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)
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