多头双导程线接触偏置蜗杆传动设计与加工方法技术

一种多头双导程线接触偏置蜗杆传动设计方法与加工方法，属于机械设计与制造领域。设计方法是：在单头双导程线接触偏置蜗杆传动设计的基础上提出多头双导程线接触偏置蜗杆传动设计；根据多头双导程线接触偏置蜗杆传动的特点推断参数设计公式；针对多头双导程线接触偏置蜗杆传动副齿形角偏大的问题，给出齿形优化方法。加工方法是：针对多头双导程线接触偏置蜗杆传动副的齿面特点，设计用于加工的成形车刀，并提出蜗杆两齿面的加工步骤。多头双导程线接触偏置蜗杆传动具有传动平稳、传动效率高和承载能力强等特点。

【技术实现步骤摘要】
多头双导程线接触偏置蜗杆传动设计与加工方法
本专利技术涉及机械传动
中一种多头双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮的设计方法以及加工方法。
技术介绍
多头双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮传动是一种效率高、承载能力好、润滑效果佳的新型传动方式。此种传动方式可拟补锥蜗杆传动比在10-20之间的空缺，蜗轮的材质能用钢材代替有色金属铜。多头双导程直线接触偏置蜗杆是变导程螺旋面，因此称之为偏置蜗杆。对多头双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮传动副的研究、应用并不多，原因是啮合原理复杂，齿面形成复杂。但是，此种多头传动副存在显著的加工特点，对探索新的传动技术有很好的科研前景，对开发新的商业市场前景广阔。
技术实现思路
本专利技术提出了一种多头的双导程线接触偏置蜗杆传动副，可实现精密传动、承载能力强和传动效率高。专利技术此种新型的多头双导程线接触偏置蜗杆传动副，为此采用了如下技术方案：首先设计传动副的具体参数，包括，蜗轮、蜗杆的设计参数，传动副的安装参数；接着，根据传动副的设计参数存在的齿形角偏大，蜗杆理论齿高偏小，传动效率偏低等问题，提出了优化传动副参数的方法；最后，提出了多头双导程线接触偏置蜗杆的加工方法，即采用车床，利用特殊设计的车刀车削蜗杆齿面。如图1至图9所示；一、本专利技术之多头双导程线接触偏置蜗杆传动副的设计方法根据啮合原理，当两齿轮齿轮齿面的公共包络面是具有零度齿形角的齿条齿面，且中心距为两齿轮基圆半径之和时，一对空间相错轴共轭传动的螺旋齿圆柱齿轮的齿面瞬时接触状态是一条直线，并且该直线与两齿轮基圆柱上的螺旋线相切。当相错角为直角时，蜗杆2与蜗轮1空间相错传动。蜗杆2一个齿面与对应的蜗轮1一个齿面为外啮合。对于蜗杆2的齿面，基圆半径为Rb2，基圆螺旋角为βb2，齿面为右旋渐开螺旋齿面；对于蜗轮1基圆半径为Rb1，基圆螺旋角为βb1，齿面为右旋渐开螺旋齿面。两轴间轴交角为两轴间中心距为A1＝Rb1+Rb2。蜗杆2另一个齿面与对应的蜗轮1另一个齿面为内啮合。对于蜗杆2的齿面，基圆半径为R′b2，基圆螺旋角为β′b2，齿面为右旋渐开螺旋齿面；对于蜗轮1的基圆半径为R′b1，基圆螺旋角为β′b1，齿面为左旋渐开螺旋齿面。两轴间轴交角为两轴间中心距为A2＝R′b1-R′b2。当相错角为90°时，外啮合侧被加工蜗轮1齿面基圆螺旋角等于外啮合侧滚刀齿面基圆螺旋升角λ，内啮合侧被加工蜗轮齿面基圆螺旋角等于内啮合侧滚刀齿面基圆螺旋升角λ’。多头双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮传动的基本原理和基本几何参数如图3所示。在公切面Q中，蜗轮蜗杆的螺旋齿面分别为Σ1,Σ2，外啮合状态；在公切面Q’中，蜗轮蜗杆的螺旋齿面分别为Σ'1,Σ'2，内啮合状态。根据蜗杆头数分别对应同等组数的公切面Q、Q’。其中：Rb1为外啮合蜗轮齿面基圆半径；Rb2为外啮合蜗杆齿面基圆半径；R'b1为内啮合蜗轮齿面基圆半径；R'b2为内啮合蜗杆齿面基圆半径；βb1为外啮合蜗轮齿面基圆螺旋角；βb2为外啮合蜗杆齿面基圆螺旋角；β′b1为外啮合蜗轮齿面基圆螺旋角；β′b2为外啮合蜗杆齿面基圆螺旋角；1)、基本参数传递功率P，扭矩T，传动比i212)、基本结构设计2.1)中心距A：式中:P为蜗杆蜗轮所传递的功率，单位为kw；Km为材科系数；当锥蜗轮、蜗杆均用钢制造时，使用极压润滑油润滑，取其为0.002Kv为速度系数，由下式确定:对于低速传动，Kv＝n10.546-7，n为蜗杆转速；Ki为传动比系数，由下式确定:2.2)蜗轮齿数和蜗杆头数式中，z为蜗轮齿数，z2为蜗杆头数，一般去2或32.3)多头双导程直线接触蜗轮基圆半径Rb1与蜗杆基圆半径Rb2的计算Rb1＝A-Rb2；R'b1＝A+R'b2；式中：βb1为外啮合蜗轮齿面基圆螺旋角；β′b1为外啮合蜗轮齿面基圆螺旋角；2.4)初选内外啮合螺旋角βb1、β′b1保证以下关系：2.5)粗略计算蜗杆平均半径Rd＝kA＝2R,k＝1/2～7/12一般取n＝(0.1-0.12)*z3)、多头双导程直线接触蜗轮的参数设计步骤如下：3.1)多头双导程直线接触蜗轮外经(Ra)式中:R′b1,R′b2分别为内啮合面蜗轮渐开螺旋面基圆半径、内啮合面蜗杆渐开螺旋面基圆半径，n为同时啮合齿数，R为蜗杆平均半径；β′b1为内啮合蜗轮基圆螺旋角，λ'为内啮合螺旋升角；3.2)多头双导程直线接触蜗轮分度圆直径(Rm)定义为以蜗轮轴截面中心为圆心的圆，在此圆上齿厚与齿槽宽相等，过该圆的截面为分度圆截面，计算方程如下：式中：Rb1为外啮合齿轮渐开螺旋面基圆半径，r＝Ra，z为蜗轮齿数；3.3)计算分度圆截面上两齿面渐开线起始点的相错角3.4)计算分度圆截面上蜗轮模数(m)3.5)计算多头双导程直线接触蜗轮内径(Ri)式中：r＝Ri，3.6)计算多头双导程直线接触蜗轮齿高(h)，根据分度圆半径和理论齿根高。ha＝m,hf＝m+C*h＝ha+hf式中：ha为齿顶高，hf为齿根高，C*为顶隙系数，C*一般取(0.1～0.2)m，m为模数。3.7)计算多头双导程直线接触蜗轮蜗轮锥角(θ1)式中：t'max＝t'|r＝Ri，另式中：βb1为外啮合蜗轮基圆螺旋角4)、多头双导程直线接触偏置蜗杆的参数设计步骤如下：4.1)计算双导程直线接触偏置蜗杆齿高(h2)式中：因为蜗杆内外啮合面存在基圆半径不等，啮合面关于蜗杆轴线不对称原因，所以具体蜗杆齿高h2可根据具体情况稍作调整。4.2)计算双导程直线接触偏置蜗杆锥角(θ2)式中，4.3)计算双导程直线接触偏置蜗杆螺纹长度(L)4.4)计算双导程直线接触偏置蜗杆大、小端直径Dd、DsDd＝d+Ltanθ2,Ds＝d-Ltanθ2式中：d为蜗杆平均外径4.5)计算双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮传动副安装偏距(E)E＝r2ctgβ'b1+mtanβ′b14.6)计算双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮传动副安装高度a，即蜗杆轴线与蜗轮分度圆截面的垂直距离a＝r2-ha式中，4.7)计算双导程直线接触偏置蜗杆两基圆螺旋面起始点相对位置(S)，即两基圆螺旋渐开面起点在蜗杆轴向上距离式中，efmin＝r2ctgβ'b1+mtanβ′b14.8)计算滚刀齿面外啮合导程(p)、内啮合导程(p’)p＝2Rb2πtanλp'＝2R'b2πtanλ'式中：λ为外啮合蜗轮螺旋升角二、本专利技术之多头双导程线接触偏置蜗杆传动副齿形优化方法根据多头双导程线接触偏置蜗杆传动副参数变化规律，在选择合适的基本参数(设计要求的传功比，合适的齿形角)情况下，蜗杆会存在第一齿厚S1偏小、理论齿高偏小等问题。多头双导程线接触偏置蜗杆存在不等的内、外啮合齿面导程p、p’，且一般情况下p’>p，因此，这种偏置蜗杆的齿厚沿蜗杆小端到大端方向增大。根据几何关系，蜗杆齿厚S：S＝S1+k(p'-p)式中：S1为蜗杆第一齿厚；k为从蜗杆小端起导程数，k＝0，1，2，3.......；由于多头双导程线接触偏置蜗杆传动副具有齿面导程不相等这一特点，我们提出解决针对蜗杆第一齿厚S1偏小问题的传动副扩充方法，即适当截去蜗杆小端齿厚偏小的部分，截去后剩余部分的第一个齿的齿厚S新变大，S新可根据公式计算，S新＝S，其中k根据截去部分长度确定，一般截去1～3个齿距。同样，根据同时啮合齿数要求适当延长蜗杆大端部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多头双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮设计方法，该方法包括以下步骤：1)、根据蜗杆蜗轮传动副所需传递的功率、传动比和转速，确定蜗杆头数、中心距、齿数、蜗杆平均半径、同时啮合齿数等参数，并计算内外啮合基圆半径、基圆螺旋角；2)、根据蜗杆头数、同时啮合齿数初算蜗轮外经(Ra)，在此基础上推导分度圆直径(Rm)，以分度圆直径为基准，进行蜗杆蜗轮参数设计；蜗杆蜗轮参数：蜗轮外经(Ra)、分度圆直径(Rm)、分度圆截面上两齿面渐开线起始点的相错角

【技术特征摘要】
1.一种多头双导程直线接触偏置蜗杆蜗轮设计方法，该方法包括以下步骤：1)、根据蜗杆蜗轮传动副所需传递的功率、传动比和转速，确定蜗杆头数、中心距、齿数、蜗杆平均半径、同时啮合齿数等参数，并计算内外啮合基圆半径、基圆螺旋角；2)、根据蜗杆头数、同时啮合齿数初算蜗轮外经(Ra)，在此基础上推导分度圆直径(Rm)，以分度圆直径为基准，进行蜗杆蜗轮参数设计；蜗杆蜗轮参数：蜗轮外经(Ra)、分度圆直径(Rm)、分度圆截面上两齿面渐开线起始点的相错角模数(m)、蜗轮内径(Ri)、蜗轮齿高(h1)、蜗轮锥角(θ1)、蜗杆齿高(h2)、蜗杆锥角(θ2)、蜗杆螺纹长度(L)、蜗杆平均外径(d)、蜗杆大端直径(Dd)、蜗杆小端直径(Ds)、蜗杆蜗轮传动副安装偏距(E)、蜗杆渐开螺旋面齿面相对位置参数(S)、蜗轮蜗杆传动副安装高度(a)、蜗杆外啮合齿面导程(p)、蜗杆内啮合齿面导程(p')，主要参数计算完成后进行啮合齿数的验算；3)、多头双导程直线接触蜗轮的参数设计步骤如下：3.1)多头双导程直线接触蜗轮外经(Ra)式中:R′b1,R′b2分别为内啮合面蜗轮渐开螺旋面基圆半径、内啮合面蜗杆渐开螺旋面基圆半径，n为同时啮合齿数，R为蜗杆平均半径；β′b1为内啮合蜗轮基圆螺旋角，λ'为内啮合螺旋升角；R'b1为内啮合蜗轮齿面基圆半径；R'b2为内啮合蜗杆齿面基圆半径；3.2)多头双导程直线接触蜗轮分度圆直径(Rm)定义为以蜗轮轴截面中心为圆心的圆，在此圆上齿厚与齿槽宽相等，过该圆的截面为分度圆截面，计算方程如下：式中：Rb1为外啮合齿轮渐开螺旋面基圆半径，r＝Ra，z为蜗轮齿数；3.3)计算分度圆截面上两齿面渐开线起始点的相错角3.4)计算分度圆截面上蜗轮模数(m)3.5)计算多头双导程直线接触蜗轮内径(Ri)式中：r＝Ri3.6)计算多头双导程直线接触蜗轮齿高(h)，根据分度圆半径和理论齿根高；ha＝m,hf＝m+C*h＝ha+hf式中：ha为齿顶高，hf为齿根高，C*为顶隙系数，C*取(0.1～0.2)m，m为模数；3.7)计算多头双导程直线接触蜗轮蜗轮锥角(θ1)式中：t'max＝t'|r＝Ri，另式中：βb1为外啮合蜗轮基圆螺旋角；β′b1为外啮合蜗轮齿面基圆螺旋角；4)、多头双导程直线接触偏置蜗杆的参数设计步骤如下：4.1)计算双导程直线接触偏置蜗杆齿高(h2)式中：因为蜗杆内外啮合面存在基圆半径不等，啮合面关于蜗杆轴线不对称原因，所以具体蜗杆齿高h2可根据具体情况稍作调整；4.2)计算双导程直线接触偏置蜗杆锥角(θ2)式中，4.3)计算双导程直线接触偏置蜗杆螺纹长度(L)4.4)计算双导程直线接触偏置蜗杆大、小端直径Dd、DsDd＝d+Ltanθ2,Ds＝d-Ltanθ2式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：于立娟，郭新旭，张学成，雷健，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22