專利名稱：蝸桿傳動副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪。
現(xiàn)在，二次包絡蝸桿傳動已廣泛應用于重載傳動裝置中，其中平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副是這樣構成的以一平面磨輪包絡加工出蝸桿齒面(參見附

圖1)，再以蝸桿齒面為刀具面包絡加工出蝸輪，這樣的一對蝸輪蝸桿構成平面二次包絡蝸環(huán)面蝸桿傳動副。平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的加工工藝參見1998年1月由四川科學技術出版社出版，杜厚金，江有渝編著的《平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動制造工藝》第八頁圖1-1。
分析二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的齒面幾何接觸形態(tài)可知，當蝸輪蝸桿嚙合時，接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖參見附圖2。隨著嚙合的繼續(xù)，接觸線按圖2中箭頭所指的方向運動。顯然，在蝸輪蝸桿齒面的整個嚙合過程中，蝸輪齒面與蝸桿齒面通過接觸線在嚙合齒面間形成的空間經(jīng)歷了一個從雙開口的空間(參見附圖4)到只有一個開口的半封閉空間(參見附圖5)的過程。在整個嚙合過程中，接觸線按附圖2的箭頭所指的方向連續(xù)運動，使得蝸輪齒面與蝸桿齒面通過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滑油從開口處流出，由于該空間的開口面積(不論是雙開口或只有一個開口的情況)大，潤滑油流出開口所產(chǎn)生的“擠壓效應”不顯著，故不能保證潤滑油膜的形成，這就使得蝸桿傳動副的承載能力、傳動效率的提高；使用壽命的延長受到了極大的限制。
已公布的中國發(fā)明專利申請(其申請?zhí)枮?2.1.08209.6)“回轉面包絡環(huán)面蝸桿副的加工工藝及其磨輪”存在二個問題，其一，該蝸桿傳動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大的開口，“擠壓效應”并不顯著；其二，構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，在兩線段的接合處，二階導數(shù)不連續(xù)，由二次包絡環(huán)面蝸桿傳動的嚙合方程知，齒面將產(chǎn)生奇點，這是致命的缺陷。
此外，長期以來，平面二次包絡環(huán)面蝸桿副的蝸桿在加工時，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構。
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種蝸桿傳動副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪，以達到蝸桿傳動副的嚙合齒面的幾何接觸形態(tài)有利于潤滑油膜的形成。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術方案是在現(xiàn)有磨輪的基礎上對其有效加工面進行了改進，該磨輪有效加工面的母線由在同一平面內的線段和與該線段端點光滑連接具有單調性的非線性曲線段構成，每一連接點處二階導數(shù)連續(xù)，以保證加工出的齒面無尖點，與線段端點光滑連接的具有單調性非線性曲線段的二階導數(shù)值異號，以保證與線段端點連接的曲線的凹向相反，且該母線與磨輪的轉軸位于同一平面內，該母線繞磨輪的轉軸旋轉而形成的回轉面為磨輪的有效加工面。上述的每一單調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成一單調性非線性曲線段；還可以是線段的一端為單一的單調性非線性曲線段，而另一端為不相同的多段曲線光滑連接構成一單調性非線性曲線段。
本發(fā)明的加工工藝是這樣的在現(xiàn)有的平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的加工工藝(參見附圖3)的基礎上，當蝸桿螺紋切制完畢后，有關對齒面的加工就用上述的、在現(xiàn)有磨輪的基礎上對其有效加工面進行了改進的加工蝸桿的磨輪在滾齒機上粗磨和精磨、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，給出了實施本發(fā)明的蝸桿傳動副的一種磨輪的結構圖，包括磨輪本體，磨輪中心軸孔，A-A為磨輪的轉軸，非線性線段ab、cd與垂直于轉軸A-A的直線段bc光滑連接構成平面曲線ad，該平面曲線繞A-A軸旋轉形成的回轉面為磨輪的有效加工面。其中bc長-20mm，非線性曲線段ab、cd分別為截取曲線f(x)＝0.00001x4從座標原點開始的大約1.5-8.5mm長的曲線段，且從座標原點處與直線段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，給出了實施本發(fā)明的蝸桿傳動副的另一種磨輪的結構圖，包括磨輪本體，磨輪中心軸孔，A-A為磨輪的轉軸，非線性線ab、cd與同轉軸A-A位于同一平面內的直線段bc光滑連接構成平面曲線ad，該平面曲線繞A-A軸旋轉形成的回轉面為磨輪的有效加工面。其中bc長4-20mm，非線性曲線段ab、cd分別為截取曲線f(x)＝0.00001x4從座標原點開始的大約1.5-8.5mm長的曲線段，且從座標原點處與直線段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附圖6和附圖7，其中，直線段bc長約3-13mm，且垂直于磨輪的轉軸A-A，ab、cd分別為截取曲線f(x)＝0.00001x6從座標原點開始的大約1.5-7.5mm長的非線性曲線段；附圖11給出的是ab、cd分別為截取曲線f(x)＝0.00001x4從座標原點開始的大約1.5-7.5mm長的非線性曲線段，而其余參數(shù)同附圖10的參數(shù)時，接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖。
圖1是平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的蝸桿齒面由平面磨輪包絡加工的示意圖。
圖2是二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副在嚙合時，接觸線在蝸輪齒面上分布的示意圖。
圖3是平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副加工工藝流程圖。
圖4是二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副在嚙合過程的前半部分，蝸輪蝸桿齒面通過接觸線在嚙合齒面間形成的雙開口空間示意圖。
圖5是二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副在嚙合過程的后半部分，蝸輪蝸桿齒面通過接觸線在嚙合齒面間形成的單開口空間示意圖。
圖6為實施本發(fā)明的一種磨輪的結構圖。
圖7為圖6的有效加工面處的放大圖。
圖8為實施本發(fā)明的另一種磨輪的結構圖。
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1、由于包絡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單曲面結合而成，即磨輪的有效加工面的母線由在同一平面內的線段和與該線段端點光滑連接并具有單調性的非線性曲線段構成，該母線繞磨輪的轉軸旋轉而形成的回轉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軸旋轉形成的回轉面構成的磨輪的有效加工面分別包絡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，線段的回轉面構成的磨輪有效加工面包絡加工出蝸桿的其余齒面。顯然，當用上述磨輪包絡加工蝸桿齒面及蝸桿刀具，再用蝸桿刀具加工出蝸輪，這樣的二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的蝸輪蝸桿相嚙合時，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，且這兩曲面是一對共軛曲面，在嚙合時一定有接觸線存在；同時，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共軛曲面，在嚙合時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)域的接觸線與相對速度的方向接近于直角。圖10是本發(fā)明提出的二次包絡環(huán)面蝸桿傳動在一種參數(shù)時接觸線在蝸輪齒面上的分布示意圖，圖11是本發(fā)明提出的二次包絡環(huán)面蝸桿傳動在另一種參數(shù)時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，蝸輪蝸桿齒面通過接觸線在嚙合齒面間形成的空間由于開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，故開口面積被大大的減小，當該空間的體積隨嚙合的繼續(xù)而逐漸變小時，被圍在該空間中的潤滑油從被大大減小的開口處流出時，產(chǎn)生了非常顯著的“擠壓效應”，使得潤滑油膜十分容易形成，極大的改善了齒面潤滑狀態(tài)。因此，本發(fā)明提出的二次包絡環(huán)面蝸桿傳動具有高承載能力、高傳動效率、長使用壽命。
2、現(xiàn)有的平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副加工工藝中，當蝸桿螺紋切制完備后，需用車刀憑經(jīng)驗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構。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構保持完整。
3、本發(fā)明提出的二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的加工工藝與成熟的平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動副的制造工藝相比，只是包絡加工蝸桿齒面及蝸桿刀具的磨輪不同，故容易實施。
權利要求
1.一種蝸桿傳動副的加工工藝，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的線段與該線段端點光滑連接并具有單調性的非線性曲線段構成，該母線與磨輪的轉軸位于同一平面內，且繞磨輪的轉軸旋轉而形成的回轉面為磨輪的有效加工面，每一連接點處二階導數(shù)連續(xù)，與線段兩端點光滑連接的具有單調性非線性曲線段的二階導數(shù)值異號。
3.根據(jù)權利要求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非線性曲線段為單一的非線性曲線段。
4.根據(jù)權利要求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非線性曲線段為不相同的多段曲線光滑連接構成。
5.根據(jù)權利要求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非線性曲線段構成。
6.根據(jù)權利要求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軸的直線段的兩端光滑連接構成平面曲線，該平面曲線繞磨輪軸旋轉形成的回轉面為磨輪的有效加工面；其中直線長4-20mm，非線性曲線段分別為截取曲線f(w)＝0.00001x4從座標原點開始的大約1.5-8.5mm長的曲線段，且從座標原點處與直線段相連，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軸位于同一平面內的直線段的兩端光滑連接構成平面曲線，該平面曲線繞磨輪軸旋轉形成的回轉面為磨輪的有效加工面；其中直線長4-20mm，非線性曲線段分別為截取曲線f(x)＝0.00001x4從座標原點開始的大約1.5-8.5mm長的曲線段，且從座標原點處與直線段相連。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
一種蝸桿傳動副的加工工藝及加工蝸桿的磨輪涉及二次包絡環(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的線段和與該線段端點光滑連接并具有單調性的非線性曲線段構成,該母線與磨輪的轉軸位于同一平面內,且繞磨輪的轉軸旋轉而形成的回轉面為磨輪的有效加工面。用該磨輪為母面包絡加工出的蝸桿傳動副的蝸輪蝸桿在嚙合時,齒面的幾何接觸形態(tài)十分有利于潤滑油膜的形成,故該種蝸桿傳動副具有高承載能力、高傳動效率、長使用壽命。
文檔編號B23F13/02GK1196988SQ98111819
公開日1998年10月28日 申請日期1998年1月15日 優(yōu)先權日1998年1月15日
發(fā)明者韋云隆, 曹興進, 賀惠農(nóng) 申請人:重慶大學