專利名稱：大徑蝸桿和蝸輪的設(shè)計與滾切的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械工程，涉及傳動裝置，特別是蝸桿、蝸輪的品種和規(guī)格。
蝸桿和蝸輪的現(xiàn)有技術(shù)，是由(JB2318-78)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)系列，該系列品種單一，并存在如下缺陷。
1蝸桿的規(guī)格1.1規(guī)格太少在蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)系列中，只有12種模數(shù)，含18種分度圓直徑，難于滿足機(jī)械產(chǎn)品日益多樣化的要求，及設(shè)計和工藝上的需要。
1.2直徑偏小如模數(shù)ms＝5;蝸桿直徑系數(shù)q＝12的蝸桿，其齒根圓直徑只有48mm。由于徑向尺寸的普遍偏小，致使現(xiàn)有蝸桿的結(jié)構(gòu)，幾乎全是整體結(jié)構(gòu)也難于實(shí)現(xiàn)油涵蝸輪副結(jié)構(gòu)。
2蝸輪的加工在現(xiàn)有的技術(shù)中，有兩種加工蝸輪輪齒的方法一是用飛刀，其操作繁瑣，工效和質(zhì)量也比較低二是用蝸輪滾刀，而蝸輪滾刀和蝸桿存在同樣的缺點(diǎn)，即品種偏少，和直徑偏小，不能滿足設(shè)計和工藝上的需要。
對于“第1.1條”缺陷，即規(guī)格太少的問題，在國防出版社86年版的《機(jī)械零件設(shè)計手冊》中，已推出了擁有56種規(guī)格的蝸桿系列，這對于機(jī)械的設(shè)計和制造，無疑是提供了方便，但蝸桿的型號多了，滾刀也要隨之增多，這樣一來，就會給機(jī)械的使用單位，尤其是從事維修的中、小工廠，增加負(fù)擔(dān)。56把滾刀，若不買可能誤事，買來了利用率不高，甚至?xí)L期積壓，造成浪費(fèi)。
本發(fā)明的目的，是要在不增加滾刀的條件下，提供一類新型的蝸輪和蝸桿。該蝸輪的特點(diǎn)，是采用齒輪滾刀滾切蝸輪的輪齒，關(guān)鍵在于滾切的原理和方法;該蝸桿的特點(diǎn)，是要與用齒輪滾刀滾切的蝸輪配對，關(guān)鍵在于設(shè)計和計算的方法。上述兩種方法及其產(chǎn)品系列，構(gòu)成本發(fā)明的技術(shù)方案，即大徑方案。
為了避免與標(biāo)準(zhǔn)系列、在圖樣和技術(shù)文件上出現(xiàn)混淆，本發(fā)明根據(jù)這類蝸桿的直徑較大的特點(diǎn)，以大寫拉丁文字母“D”，作為分度圓直徑的代號，并簡寫為大D蝸桿和大D蝸輪。
大D蝸桿和大D蝸輪的實(shí)現(xiàn)，是基于現(xiàn)有的、和現(xiàn)成(一般工廠現(xiàn)在已有)的齒輪滾刀。由于齒輪滾刀的規(guī)格較多，可使蝸輪和蝸桿的品種與規(guī)格，獲得明顯的增加由于齒輪滾刀的直徑較大，使大D蝸桿具有較大的直徑，便于采用套裝結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)油涵蝸輪副的廣泛應(yīng)用;由于齒輪滾刀的廣泛分布，使大D蝸輪和蝸桿，不僅可為機(jī)械的設(shè)計和制造提供方便，同時也為機(jī)械的維修提供方便。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的按目前國內(nèi)外一致的技術(shù)見解，滾刀、蝸輪和蝸桿三者的各種參數(shù)，如模數(shù)、齒形角、螺旋角等，必須相同。因此，當(dāng)本發(fā)明要在蝸輪和蝸桿之間，插進(jìn)齒輪滾刀時，應(yīng)對三者的主要參數(shù)的相同與不同之處，及需要解決的問題，予以簡要的說明。
1.1齒形角由于齒輪、蝸輪和蝸桿的齒形角均統(tǒng)一為20°，所以在要求三者齒形角的相同方面，不存在問題。
1.2螺旋角因本發(fā)明所確定的大D蝸輪和蝸桿的螺旋角，是按不同的模數(shù)，采用相應(yīng)的齒輪滾刀的螺旋角，所以在要求三者螺旋角的相同方面，也不成為問題。
1.3模數(shù)模數(shù)具有兩種值，一是模數(shù)的計算值，符號為m;二是模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，有法向和軸向之分，符號分別為n和s。
1.3.1模數(shù)的計算值(m)在用于蝸輪和齒輪的齒高計算時，1m均等于π，等于3.1416mm，以致大D蝸輪、蝸桿和齒輪滾刀在齒高方面，完全相同。為了設(shè)計圖樣和工藝文件的一致性，避免圖樣注ms，工藝又注mn之類的混亂，在大D蝸輪和蝸桿的圖樣和技術(shù)文件中，一般只標(biāo)注模數(shù)的計算值，即m。
1.3.2模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值(n或s)模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值是針對具有螺旋角的蝸輪、蝸桿和齒輪，用以計算齒距。由于齒輪滾刀是以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，而蝸輪是以軸向(端面)模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，所以兩者的軸向齒距，存在著下述區(qū)別。
設(shè)模數(shù)m＝5螺旋升角λ＝3°46′齒輪滾刀的軸向齒距(Pns)為Pns＝ (mnπ)/(cosλ)＝ (5×3.1416)/0.99784＝15.742(mm)(1)蝸桿、蝸輪的軸向齒距(Pss)為Pss＝ms×π＝5×3.1416＝15.708(mm)(2)2大D蝸輪的滾切本發(fā)明的關(guān)鍵之一，就是怎樣用法向模數(shù)的齒輪滾刀，滾切出軸向(端面)模數(shù)的蝸輪的輪齒。按“1.3條”的推理和計算，即要解決怎樣用軸向齒距為15.742mm的滾刀，滾切出軸向齒距為15.708mm的輪齒的方法。
2.1齒厚(S)和槽寬(V)在齒輪和蝸輪的標(biāo)準(zhǔn)中，均將齒厚和槽寬規(guī)定為齒距的1/2，因此，就可按式(1)和(2)所計算的齒距，推算出齒輪滾刀和蝸輪各自的齒厚(S)和槽寬(V)。
2.1.1 齒輪滾刀的軸向齒厚(Sns)和軸向槽寬(Vns)為Sns=Vns= (Pns)/2= 15.742/2=7.871(mm) (3)2.1.2 蝸輪的端面槽寬(Vss)和端面齒厚(Sss)為Vss=sss= (Pss)/2= 15.708/2=7.854(mm)(4)2.2槽寬(Vss)的切出在滾切過程中，蝸輪上的齒槽是由滾刀的刀齒切出，并且其最終形成的尺寸，是當(dāng)徑向進(jìn)刀完畢、滾刀刀齒的中心線與蝸輪齒槽的中心線完全對正的時候，這時所切出的蝸輪分度圓上的槽寬與滾刀的分度圓上的齒厚，基本相同。
2.2.1如齒輪滾刀的齒厚為7.871mm，在蝸輪上切出的槽寬就也是7.871mm，但蝸輪所要求的是7.854mm，兩者的差為7.871-7.854＝0.017(mm)(5)2.2.2對此，本發(fā)明提供正變位的方法，即減少徑向進(jìn)刀量的方法，以便切出所需要的槽寬。變位量的計算，是將滾刀的刀齒看作一個錐體，錐體兩側(cè)均有20°的斜度，大頭直徑為7.871mm，小頭直徑為7.854mm，就可計算出錐體的長度，即變位量(X)。
X＝ (D-d)/(2tg20°)＝ 0.017/0.72794＝0.023(mm)(6)2.2.3在用齒厚為7.871mm的齒輪滾刀滾切蝸輪時，應(yīng)將徑向進(jìn)刀量減少0.023mm，即正變位0.023mm，便可切出大D蝸輪所需要的槽寬，使Vss＝7.854(mm)。
2.3 齒厚(Sss)的獲得2.3.1 在用蝸輪滾刀切制蝸輪時，蝸輪的輪齒是由滾刀的齒槽切出，在這種情況下，輪齒的齒厚是取決于滾刀的槽寬。而根據(jù)式(3)和式(4)的計算，齒輪滾刀的槽寬(Vns)，和蝸輪的齒厚(Sss)存在下述關(guān)系Vns＝7.871＞Sss＝7.854 (7)2.3.2當(dāng)齒輪滾刀的槽寬大于蝸輪的齒厚，滾刀的齒槽顯然不會切削到蝸輪輪齒的齒面，在這種情況下，蝸輪輪齒的形成，包括齒厚的獲得，就不能依靠齒輪滾刀的齒槽的切削，換言之，蝸輪的輪齒的齒厚，不再取決于齒輪滾刀的槽寬。
2.3.3 設(shè)模數(shù)ms＝5;齒數(shù)Z2＝20。
則蝸輪的分度圓直徑(D2)為D2＝ms×Z2＝100(mm) (8)其分度圓的圓周長(I)則為I＝D2×π＝314.16(mm) (9)
從式(4)知道，蝸輪的槽寬為7.854mm，那么，20個齒的總的槽寬(V總)則為V總＝Vss×Z2＝7.854×20＝157.08(mm)(10)如果從分度圓的圓周長上減去總的槽寬，所剩余的部分，就是總的齒厚(S總)。總齒厚除以齒數(shù)，就是每個輪齒的齒厚。
Sss＝(I-V總)÷Z2＝157.08÷20＝7.854(mm)(11)2.3.4從以上可以看出，當(dāng)齒輪滾刀在蝸輪的分度圓的圓周長上，切出了20個齒槽的槽寬之后，所剩余的圓周長，就正好是20個輪齒的齒厚。大D蝸輪的輪齒的實(shí)質(zhì)，是蝸輪被切去齒槽之后，留在分度圓上的剩余的部分。剩余部分的大小，即齒厚的精度，取決于蝸輪分度圓直徑的設(shè)計，和齒頂圓直徑的加工，本發(fā)明將這種剩余獲得法，稱為直徑的限定。
歸納起來，用齒輪滾刀滾切蝸輪的方法，分為兩個部分，一是用正變位的方法，切出齒槽所需要的槽寬;二是用直徑的限定的方法，獲得輪齒所需要的齒厚。
3大D蝸桿的設(shè)計本發(fā)明的關(guān)鍵之二，是怎樣計算和設(shè)計與大D蝸輪配對的蝸桿。由于大D蝸桿的齒距、齒頂高、齒根高，均與標(biāo)準(zhǔn)蝸桿相同(徑向間隙系數(shù)的差異可以忽略)，所以大D蝸桿的設(shè)計和計算，就集中為兩個內(nèi)容，即分度圓直徑和頭數(shù)。
按目前國內(nèi)外所通行的技術(shù)見解，“蝸輪滾刀的分度圓直徑要與蝸桿的分度圓直徑一致”，這不論從蝸桿要與滾刀的螺旋升角一致，或是從蝸桿要與滾刀所切出的蝸輪的輪面半徑(R)的配合而言，均是合理的，但由于大D蝸桿的齒距，已不同于齒輪滾刀的齒距，即模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值業(yè)已改變，所以在實(shí)現(xiàn)蝸桿與齒輪滾刀的分度圓直徑的一致時，又不能簡單的采用以下兩種現(xiàn)成的，用于齒輪滾刀的分度圓直徑的計算公式。
a 從齒輪滾刀的模數(shù)(mn)和螺旋升角(λ)，計算分度圓直徑的公式dtf= (mn)/(sinλ) (12)b從齒輪滾刀的外徑，推算分度圓直徑的公式dtf＝Deg-2heg-0.2(k-δDeg) (13)3.1分度圓直徑的計算公式本發(fā)明所選定的大D蝸桿分度圓直徑的計算公式，是用齒輪滾刀的模數(shù)計算值(m)，除以齒輪滾刀的螺旋升角(λ)的三角函數(shù)值。但在計算時，不用正弦(sin)的三角函數(shù)值，而用正切(tg)的三角函數(shù)值。設(shè)模數(shù)的計算值m＝5，螺旋升角λ＝3°46′D= (m刀)/(tgλ刀)= 5/(tg3.46′)=75.94(mm)(14)3.1.1分度圓直徑的修正當(dāng)螺旋升角保持不變時，如果改變滾刀或蝸桿的軸向齒距，則要修正分度圓直徑，使分度圓直徑隨著軸向齒距的減少而減少。從齒輪滾刀的分度圓直徑可以看出，在模數(shù)與螺旋升角相同的條件下，由于其軸向齒距較大，其分度圓直徑也較大。
dtf= (mn)/(sinλ) = 5/(sin3.46′) =76.12(mm) (15)
大D蝸桿的分度圓直徑(D1)，小于齒輪滾刀的分度圓直徑(dtf)其修正值(Y)為Y＝dtf-D1＝76.12-75.94＝0.18(mm)(16)3.1.2軸向齒距的驗(yàn)證當(dāng)大D蝸桿的分度圓直徑(D1)為75.94mm時，其軸向齒距(Pss)為Pss＝D1×π×tg3°46′＝75.94×3.1416×0.06584＝15.708(mm)(17)式(18)計算的軸向齒距，與式(2)的計算一致。
3.2頭數(shù)當(dāng)蝸輪的螺旋升角過大時，會給輪齒的滾切帶來困難，所以標(biāo)準(zhǔn)蝸桿推薦的最多頭數(shù)僅為4頭，最大螺旋升角為26°33′54″。與標(biāo)準(zhǔn)蝸桿相比，大D蝸桿的螺旋升角明顯減小，從而可在滾切允許的范圍內(nèi)，較多的增加蝸桿的頭數(shù)。
設(shè)大D蝸桿的頭數(shù)Z1＝8;模數(shù)m＝5，其螺旋升角(λ)為λ= (mz1)/(D)= (5×8)/75.94=27.47′(18)設(shè)大D蝸輪的齒數(shù)Z2＝28，其傳動比(i)為i= (Z2)/(Z1) = 28/3 =3.5 (19)
從式(18)、(19)可以看出，大D蝸桿由標(biāo)準(zhǔn)蝸桿的4頭增加到8頭，可使傳動比從7降到3.5，在此情況下，螺旋升角僅增加1°13′06″。
綜上所述，大D蝸輪和蝸桿的實(shí)現(xiàn)，克服了兩種技術(shù)偏見，其一表現(xiàn)在大D蝸輪與齒輪滾刀具有各不相同的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值;其二表現(xiàn)在大D蝸桿與齒輪滾刀，具有不同的分度圓直徑，在這兩點(diǎn)上，均有別于國內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)方法，和國內(nèi)外基本統(tǒng)一的技術(shù)見解。
大D蝸輪的定義是一類采用齒輪滾刀滾切的蝸輪。大D蝸桿的定義是一類根據(jù)齒輪滾刀的基本參數(shù)設(shè)計的蝸桿。但由于大D蝸桿的基本尺寸，也可用作滾刀的基本尺寸，即用大D蝸桿作為一種新型蝸輪滾刀的基本蝸桿，所以，上述定義僅具有原始意義。
大D蝸輪和蝸桿的基本特征和用以鑒別的根據(jù)，是大D蝸輪或大D蝸桿在與齒輪滾刀的模數(shù)計算值(m)相同時，兩者的螺旋角(λ)相同。齒輪滾刀是指國內(nèi)的和國外的、標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的、現(xiàn)有的和今后出現(xiàn)的，具有法向模數(shù)的滾刀。
我國原有“工廠標(biāo)準(zhǔn)”所規(guī)定的齒輪滾刀，和“GB6083-85”所規(guī)定的“Ⅱ型”齒輪滾刀，共23種模數(shù)，45種分度圓直徑，減去其中相同的5種分度圓直徑，余40種。大D蝸桿可對應(yīng)這40種標(biāo)準(zhǔn)的齒輪滾刀，組成大D蝸桿的常用系列和對應(yīng)的套裝規(guī)格，作為大D蝸輪和蝸桿的一個部分。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)1由于大D蝸輪和蝸桿是立足于現(xiàn)有的、現(xiàn)成的、規(guī)格較多、且廣泛分布的齒輪滾刀，所以1.1可迅速推廣、應(yīng)用;
1.2可顯著地增加蝸輪和蝸桿的品種和規(guī)格;
1.3可同時為制造和維修提供方便。
2由于大D蝸桿的螺旋升角較小，可較多地增加蝸桿的頭數(shù)，所以
2.1可擴(kuò)大現(xiàn)有蝸桿傳動的傳動比范圍，使最小傳動比接近齒輪傳動。用蝸桿傳動替換齒輪傳動，將在工作的平衡性和減少噪音，以及放寬精度要求等方面優(yōu)于齒輪，尤其是圓錐齒輪;
2.2可提高傳動效率。
3由于大D蝸桿的規(guī)格較多和直徑較大，所以3.1可實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)套裝蝸桿的廣泛應(yīng)用和發(fā)展;
3.2可實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)油涵蝸輪副的廣泛應(yīng)用和發(fā)展;
3.3可便于設(shè)計時湊中心距;
3.4可在需要蝸桿軸較長，即兩端支承位的距離較大的場合，仍具有足夠的徑向強(qiáng)度。
缺點(diǎn)由于大D蝸桿的螺旋升角較小，當(dāng)頭數(shù)為1時，傳動效率將小于50%，因此，在將大D蝸桿用于批量產(chǎn)品時，頭數(shù)應(yīng)當(dāng)大于1。
為了更加明確地說明大D蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)，以下特以大D蝸桿和蝸輪的常用系列為實(shí)施例，用表1、表2、附圖
一、附圖二的方式，作進(jìn)一步說明表1是根據(jù)(工廠標(biāo)準(zhǔn))所規(guī)定的齒輪滾刀組成的“常用系列(Ⅰ型)的主要幾何尺寸”。
表2是根據(jù)(GB6083-85)所規(guī)定的齒輪滾刀組成的“常用系列(Ⅱ型)的主要幾何尺寸”。
表1和表2由于篇幅的關(guān)系，只列出了主要的、與本發(fā)明有關(guān)的幾何尺寸，其它如蝸桿的齒頂圓直徑、齒根圓直徑、螺紋長度，蝸輪的外徑、寬度、包角等，沒有列入，未列入的尺寸及其計算方法，可參照蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行設(shè)計和計算。
附圖一是模數(shù)m＝5的大D蝸輪的側(cè)面圖，其中的主要幾何尺寸取自表1。
附圖二是模數(shù)m＝5的大D蝸桿的正面圖，其中的主要幾何尺寸取自表1。
權(quán)利要求
1.大D蝸輪和大D蝸桿屬機(jī)械工程，涉及傳動裝置，本發(fā)明是由產(chǎn)品(大D蝸輪和大D蝸桿)和方法(大D蝸輪的滾切方法和大D蝸桿的設(shè)計方法)構(gòu)成，其特征是a大D蝸輪的輪齒是用齒輪滾刀滾切而成；b大D蝸桿的尺寸是按齒輪滾刀的基本參數(shù)進(jìn)行計算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大D蝸輪，其特征在于當(dāng)大D蝸輪與齒輪滾刀具有相同的模數(shù)的計算值(m)時，兩者的螺旋升角也相同(λ＝β)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大D蝸桿，其特征在于當(dāng)大D蝸桿與齒輪滾刀具有相同的模數(shù)的計算值(m)時，兩者的螺旋升角也相同(λ＝λ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的齒輪滾刀，是指以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值的滾刀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的大D蝸輪，其特征在于用齒輪滾刀滾切蝸輪的輪齒時，是采用正變位和直徑的限定的方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的大D蝸桿，其特征在于蝸桿分度圓直徑的計算公式，其公式為齒輪滾刀的模數(shù)的計算值(m)，除以齒輪滾刀螺旋升角(λ)的正切(tg)三角函數(shù)值，即D＝ (m(刀))/(tgλ(刀))
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、6所述的大D蝸桿，其特征在于常用系列中Ⅰ型和Ⅱ型的各種模數(shù)(m)和螺旋升角(λ)，分別與(工廠標(biāo)準(zhǔn))和(GB6083-85)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的“Ⅱ型”齒輪滾刀的各種模數(shù)(m)、和與各種模數(shù)相對應(yīng)的螺旋升角相同(λ＝λ)。
全文摘要
大徑蝸輪和大徑蝸桿是一類用于機(jī)械傳動的新型蝸輪和蝸桿。大徑蝸輪的特點(diǎn)是采用齒輪滾刀滾切蝸輪的輪齒，所以在不增添滾刀的條件下。即能進(jìn)行生產(chǎn)；既能方便制造，又可方便維修，便于推廣應(yīng)用。大徑蝸桿的特點(diǎn)是螺旋升角較小，直徑較大，可將蝸桿的頭數(shù)增至6～18頭，使傳動比降至1.55～4.66，替代齒輪傳動；適于采用套裝結(jié)構(gòu)。大徑蝸桿的規(guī)格較為齊全，其常用系列即有23種模數(shù)，和40種分度圓直徑。
文檔編號B23F11/00GK1045241SQ8910126
公開日1990年9月12日 申請日期1989年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月3日
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