專(zhuān)利名稱(chēng)：一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蝸桿傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法。
背景技術(shù)：
偏置蝸桿傳動(dòng)是一種用于兩交錯(cuò)軸之間運(yùn)動(dòng)傳遞的新型蝸桿傳動(dòng)，偏置蝸桿傳動(dòng)的蝸桿可以是圓錐形或圓柱形，分別稱(chēng)為錐蝸桿或圓柱蝸桿，該蝸桿與蝸輪的軸線有一夾角，所以這種傳動(dòng)形式稱(chēng)為偏置蝸桿傳動(dòng)。偏置蝸桿傳動(dòng)具有重量輕、重合度大、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合大減速比、小體積、大功率、沖擊強(qiáng)、需要平順工作以及可以實(shí)現(xiàn)齒側(cè)間隙主動(dòng)控制的場(chǎng)合。另夕卜，偏置蝸桿傳動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)接觸線切線方向與相對(duì)滑動(dòng)速度夾角接近90°，當(dāng)齒面光潔度較 高，并采用極壓潤(rùn)滑油時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)良好的液體動(dòng)力潤(rùn)滑，因而可用滲碳淬火鋼或氮化鋼替代青銅或鑄鐵做錐蝸輪材料，因此，在各類(lèi)機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域中，該傳動(dòng)形式得到快速的推廣使用。傳統(tǒng)的偏置蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)，以蝸桿的加工為主,據(jù)此確定機(jī)床加工參數(shù)和蝸桿滾刀參數(shù)，對(duì)相配對(duì)的蝸輪進(jìn)行加工，然后驗(yàn)證加工后的偏置蝸桿副是否滿足傳動(dòng)性能，并反復(fù)這一過(guò)程，這種方法具有一定的主觀性和不確定性，極大地依賴設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，不能充分滿足偏置蝸桿傳動(dòng)性能的要求。申請(qǐng)?zhí)枮?7125884. 8的中國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種點(diǎn)-線接觸偏置蝸桿傳動(dòng)裝置及其制造方法，該發(fā)明提供了一種能提高承載能力和傳動(dòng)效率并可實(shí)現(xiàn)齒面點(diǎn)嚙合傳動(dòng)的偏置蝸桿傳動(dòng)，但采用該方法設(shè)計(jì)出來(lái)的蝸桿不能對(duì)接觸區(qū)的形狀和位置進(jìn)行控制，從而難以控制偏置蝸桿傳動(dòng)副的嚙合質(zhì)量。申請(qǐng)?zhí)枮?00910067019. 7的中國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種雙導(dǎo)程直線接觸偏置蝸桿的設(shè)計(jì)與制造方法，該發(fā)明使蝸輪和蝸桿的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以使用現(xiàn)有的機(jī)床和刀具切削齒面，但也不能有效控制接觸區(qū)的形狀和位置，不能形成有效的極壓潤(rùn)滑接觸條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在設(shè)計(jì)偏置蝸桿蝸輪時(shí)因無(wú)法控制接觸區(qū)的形狀和位置而造成的傳動(dòng)潤(rùn)滑效果不好的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，該方法包括如下步驟a.根據(jù)實(shí)際加工參數(shù)與蝸桿設(shè)計(jì)原理，確定蝸桿的齒面方程；b.根據(jù)蝸桿的齒面方程以及齒面嚙合理論，按照蝸輪蝸桿的安裝位置，得出與蝸桿完全共軛的蝸輪的齒面方程；c.對(duì)蝸輪進(jìn)行齒向和齒廓修形，使蝸輪和蝸桿形成接觸區(qū)為橢圓形的點(diǎn)接觸，并且接觸區(qū)的長(zhǎng)軸方向垂直于蝸輪和蝸桿的齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，以形成極壓潤(rùn)滑的有利接觸條件。所述蝸桿采用成型盤(pán)銑刀進(jìn)行加工，蝸桿的齒面方程根據(jù)成型盤(pán)銑刀的齒面方程與實(shí)際加工參數(shù)得出。所述蝸輪的齒面方程按如下公式得出r2 = M20M0Ir1
COS^1 O -Sin^1 OOlOi/M1=.
0 Sin^1 OCOS^1O
0 001
'I OO -J
O cos 忒sin 忒-E sin φ.M2o =
° O -sin 么cos-五 cos
0 0 OI其中r2為蝸輪的齒面方程J1為蝸桿的齒面方程，H、E、J為蝸桿坐標(biāo)系S1的坐標(biāo)原點(diǎn)O1和蝸輪S2的坐標(biāo)原點(diǎn)O2相對(duì)于固定坐標(biāo)系Sjx, y, z)的安裝位置，H為O1相對(duì)于固定坐標(biāo)系原點(diǎn)在y向的坐標(biāo)，E為O2相對(duì)于固定坐標(biāo)系原點(diǎn)在z向的坐標(biāo)，J為O2相對(duì)于固定坐標(biāo)系原點(diǎn)在X向的坐標(biāo)，O1為蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，Φ2為蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，O1與Φ2的比值為傳動(dòng)比。蝸桿加工時(shí)，將成型盤(pán)銑刀的軸線與蝸桿的軸線之間的夾角調(diào)整為蝸桿的導(dǎo)程角，蝸桿繞其軸線旋轉(zhuǎn)，成型盤(pán)銑刀旋轉(zhuǎn)并沿蝸桿母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)，從而加工出蝸桿；或者成型盤(pán)銑刀僅旋轉(zhuǎn)，蝸桿旋轉(zhuǎn)并沿其母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)，從而加工出蝸桿。所述的蝸桿為單導(dǎo)程蝸桿或雙導(dǎo)程蝸桿。所述的蝸輪在數(shù)控加工中心上采用指形銑刀進(jìn)行加工。先加工出蝸輪的模具，然后采用精鍛的方法加工出蝸輪。本發(fā)明在設(shè)計(jì)出相互嚙合的蝸輪和蝸桿后，對(duì)蝸輪進(jìn)行了修形，使齒面嚙合成為點(diǎn)接觸，方便調(diào)整嚙合印痕，吸收安裝誤差，同時(shí)使得蝸輪蝸桿的接觸區(qū)為橢圓形，并使接觸區(qū)的長(zhǎng)軸方向垂直于蝸輪和蝸桿的齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，能使得相互嚙合的蝸輪和蝸桿得到狀態(tài)良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。本發(fā)明的蝸桿是采用成型盤(pán)銑刀進(jìn)行加工的，優(yōu)化了動(dòng)態(tài)嚙合性能，不需要制造蝸輪滾刀，克服了傳統(tǒng)制造中蝸輪滾刀難以制造的問(wèn)題，減少了制造成本。


圖I為蝸桿的加工示意圖；圖2為根據(jù)蝸桿的齒面方程推導(dǎo)蝸輪的齒面方程的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的偏置蝸桿副的嚙合示意圖；圖4為對(duì)蝸輪進(jìn)行修形的示意圖。
具體實(shí)施方式
一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法的實(shí)施例，該方法中的蝸桿是通過(guò)成型盤(pán)銑刀進(jìn)行加工的，首先，根據(jù)成型盤(pán)銑刀的齒面方程與實(shí)際加工參數(shù)，再結(jié)合蝸桿設(shè)計(jì)原理確定蝸桿的齒面方程；如圖I所示，在進(jìn)行蝸桿加工時(shí)，將成型盤(pán)銑刀I的軸線與蝸桿胚2的軸線之間的夾角調(diào)整為蝸桿的導(dǎo)程角，蝸桿胚2保持不動(dòng)，成型盤(pán)銑刀I沿蝸桿母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)，從而加工出蝸桿；然后，根據(jù)蝸桿的齒面方程以及齒面嚙合理論，按照蝸輪和蝸桿的安裝位置，得出與蝸桿完全共軛的蝸輪的齒面方程。如圖3所示為全共軛的偏置蝸桿傳動(dòng)副的嚙合示意圖，蝸桿3與蝸輪4嚙合傳動(dòng)。依據(jù)這種傳動(dòng)方式可以得到齒面與蝸桿齒面完全共軛的蝸輪的齒面方程。如圖2所示，蝸桿繞I軸旋轉(zhuǎn)，蝸輪繞X軸旋轉(zhuǎn)，H，E，J分別是蝸桿和蝸輪的安裝位置，H為O1相對(duì)于固定坐標(biāo)系原點(diǎn)在y向的坐標(biāo)，E為O2相對(duì)于固 定坐標(biāo)系原點(diǎn)在z向的坐標(biāo)，J為Q2相對(duì)于固定坐標(biāo)系原點(diǎn)在X向的坐標(biāo)，Φ!為蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，Φ2為蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，O1與Φ2的比值為傳動(dòng)比，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)O1角，蝸輪Φ2角，O1與Φ2的比值為傳動(dòng)t匕，蝸桿的齒面方程可以根據(jù)成形成型盤(pán)銑刀的齒面方程，按照實(shí)際的加工參數(shù)推導(dǎo)得到，設(shè)蝸桿的齒面方程為IV蝸輪的齒面方程r2按照如下的公式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到蝸輪的齒面方程按如下公式得出r2 = M20M0Ir1
COS^1 O -Sin^1 OOlOi/Mn' =.
Sin^1 O COS^1 O 0 0 0 1 'I O O -J
O cos 戎 sin 戎 -E sin φ M2o =Ψ2Ψ2Ψ2
° O —sin 么 cos -Εοο&φ2
0 0 OI 蝸輪是在數(shù)控加工中心上采用指形銑刀加工成型的。本實(shí)施例的蝸桿為單導(dǎo)程蝸桿。最后，為了使蝸桿蝸輪形成理想的接觸區(qū)，需要對(duì)蝸輪齒面進(jìn)行修形，如附圖4所示，這里的修型包括齒廓修形5和齒向修形6，修形后，使蝸輪和蝸桿形成接觸區(qū)為橢圓形的點(diǎn)接觸，并且使接觸區(qū)7的長(zhǎng)軸方向垂直于蝸輪和蝸桿的齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向8，以形成極壓潤(rùn)滑的有利接觸條件。本實(shí)施例中在進(jìn)行蝸桿加工時(shí)，蝸桿保持不動(dòng)，成型盤(pán)銑刀沿蝸桿母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)，也可以讓成型盤(pán)銑刀不動(dòng)，蝸桿沿其母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)。本實(shí)施例中的蝸桿為單導(dǎo)程蝸桿，也可以是雙導(dǎo)程蝸桿。本實(shí)施例中的蝸輪在數(shù)控加工中心上采用指形銑刀進(jìn)行加工，也可以先加工出蝸輪的模具，然后采用精鍛的方法加工出蝸輪。實(shí)例分析按照所述的方法，設(shè)計(jì)偏置蝸桿頭數(shù)為I，節(jié)錐角為5度，節(jié)圓半徑為30毫米，沿節(jié)錐母線模數(shù)為4，錐蝸輪齒數(shù)51，成形成型盤(pán)銑刀直徑為100毫米，成型盤(pán)銑刀的齒形角為20度，蝸桿螺旋方向?yàn)橛倚仐U中點(diǎn)導(dǎo)程角為7度，蝸輪分錐角82度，蝸桿中點(diǎn)半徑15毫米，中心偏距25. 4，蝸桿和蝸輪的中心距為100毫米，蝸輪齒廓修形參數(shù)中凸量為O. 01毫米，齒向修形參數(shù)O. 02毫米 。
權(quán)利要求
1.一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于該方法包括如下步驟 a.根據(jù)實(shí)際加工參數(shù)與蝸桿設(shè)計(jì)原理，確定蝸桿的齒面方程； b.根據(jù)蝸桿的齒面方程以及齒面嚙合理論，按照蝸輪蝸桿的安裝位置，得出與蝸桿完全共軛的蝸輪的齒面方程； c.對(duì)蝸輪進(jìn)行齒向和齒廓修形，使蝸輪和蝸桿形成接觸區(qū)為橢圓形的點(diǎn)接觸，并且接觸區(qū)的長(zhǎng)軸方向垂直于蝸輪和蝸桿的齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，以形成極壓潤(rùn)滑的有利接觸條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于所述蝸桿采用成型盤(pán)銑刀進(jìn)行加工，蝸桿的齒面方程根據(jù)成型盤(pán)銑刀的齒面方程與實(shí)際加工參數(shù)得出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于所述蝸輪的齒面方程按如下公式得出
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于在進(jìn)行蝸桿加工時(shí)，將成型盤(pán)銑刀的軸線與蝸桿的軸線之間的夾角調(diào)整為蝸桿的導(dǎo)程角，蝸桿繞其軸線旋轉(zhuǎn)，成型盤(pán)銑刀旋轉(zhuǎn)并沿蝸桿母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)，從而加工出蝸桿；或者成型盤(pán)銑刀僅旋轉(zhuǎn)，蝸桿旋轉(zhuǎn)并沿其母線方向等導(dǎo)程移動(dòng)，從而加工出蝸桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于所述的蝸桿為單導(dǎo)程蝸桿或雙導(dǎo)程蝸桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于所述的蝸輪在數(shù)控加工中心上采用指形銑刀進(jìn)行加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于先加工出蝸輪的模具，然后采用精鍛的方法加工出蝸輪。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種偏置蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造方法，包括如下步驟a.根據(jù)實(shí)加工參數(shù)與蝸桿設(shè)計(jì)原理，確定蝸桿的齒面方程；b.根據(jù)蝸桿的齒面方程以及齒面嚙合理論，按照蝸輪蝸桿的安裝位置，得出蝸輪的齒面方程；c.對(duì)蝸輪進(jìn)行齒向和齒廓修形，使蝸輪和蝸桿形成接觸區(qū)為橢圓形的點(diǎn)接觸，并且接觸區(qū)的長(zhǎng)軸方向垂直于蝸輪和蝸桿的齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，以形成極壓潤(rùn)滑的有利接觸條件。本發(fā)明在設(shè)計(jì)出相互嚙合的蝸輪和蝸桿后，對(duì)蝸輪進(jìn)行了修形，使齒面嚙合成為點(diǎn)接觸，方便調(diào)整嚙合印痕，吸收安裝誤差，同時(shí)使蝸輪蝸桿的接觸區(qū)為橢圓形，并使接觸區(qū)的長(zhǎng)軸垂直于蝸輪和蝸桿的齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，以便使相互嚙合的蝸輪和蝸桿得到狀態(tài)良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。
文檔編號(hào)B23F21/14GK102672283SQ20121000362
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月7日
發(fā)明者張華 , 楊建軍, 鄧效忠, 魏冰陽(yáng) 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)