点接触包络环面蜗轮副加工方法技术

本发明专利技术为一种点接触包络环面蜗轮副的加工方法。该方法能获得对制造误差不敏感的点接触传动，蜗轮刀具精度高，切削刃数目多，蜗轮切削效率高，齿面残留金属少，形成正常接触的跑合时间短。主要特征是蜗杆与滚刀分别用平面和回转体锥面工具磨削，母平面与母锥面沿特定的母线相切。母平面的安装参数β↓［０］，Ｒ↓［０］需满足特定的数学式。改变锥面工具的半顶角γ，能加工出接触状态不同的点接触传动，以适用不同的机床精度和技术水平。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种点接触包络环面蜗轮副的加工方法。线接触包络环面蜗轮副的齿面接触状态和运动精度对制造误差很敏感。当存在制造误差时，齿面接触状态由线接触变为在齿面边缘的偏倚接触(实际上是齿面在边缘处的一种刮削)，同时使蜗轮副产生运动误差，而且运动误差曲线不连续，引起蜗轮副运转过程中的冲击和振动。在实际蜗轮副的生产过程中，制造误差是不可避免的，所以投入使用的线接触包络环面蜗轮副最初都或轻或重地发生齿面边缘偏倚接触。只有在一段时间的运转(跑合)之后才能实现线接触。当齿面接触严重偏倚时，常常造成运转中的齿面失效破坏。为了降低线接触环面蜗轮副对制造误差的敏感性，人们根据点接触传动与线接触传动相比，对制造误差不敏感的原理，提出了新的传动形式，即点接触包络环面蜗轮副。这种新型蜗轮副在存在制造误差时，仍可不发生齿面边缘偏倚接触，减小了跑合过程中齿面失效破坏的可能性。这种点接触包络环面轮副，在经过一段时间运转以后，可实现齿面之间的线接触。1979年和1981年日本学者牧充等人发表的研究报告“点接触环面蜗杆传动的研究(第1报和第2报)”(参见日本机械学会论文集第45卷400号和第47卷417号)，论及的就是这类新型传动的两种形式，这也是讫今公开发表的与本专利技术最为接近的已有技术。这两种蜗轮副的蜗杆均由一平面工具展成，切制蜗轮的刀具均由一直线刃形成，所不同的只是该直线刃的具体设置方式和设置位置。蜗轮由上述蜗轮刀具切削而成。这两种形式的蜗轮副均能实现在齿面轮廓内的点接触，在存在制造误差时，仍能保持接触点位置的相对稳定，达到了提出该传动形式的目的。但由于这两种蜗轮副的蜗轮刀具都由一条线(而不是面)形成，不能进行符合展成原理的磨削，刀具只能做成装配式的，靠人工安装。结果一是蜗轮刀具精度低，二是刀具的切削刃数目少，而且制作麻烦。由上述蜗轮刀具切制的蜗轮精度低，轮齿表面残留金属多，需经较长时间的跑合才能实现正常啮合，而且蜗轮的切削效率也很低。本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种点接触包络环面蜗轮副的加工方法，由该方法得到的蜗轮刀具切削刃数多，精度高，切得的蜗轮齿面残留金属少，达到正常接触所需的跑合时间短，同时切削蜗轮的效率高。为了达到上述目的，本专利技术对原点接触包络环面蜗轮副的加工方法作了改进，将原来由直线刃形成的蜗轮刀具改成由一回转体锥面展成的滚刀，再用该滚刀加工蜗轮;为保证由滚刀切制的蜗轮能与原由平面展成的蜗杆实现点接触，在平面和锥面工具的安装上让两曲面(平面是曲面的一种)沿特定的母线相切，并使展成蜗杆的平面工具的安装参数满足特定的数学表达式。本专利技术的具体加工方法和形成点接触的原理结合附图说明如下图1为在滚齿机上用平面磨轮加工蜗杆的示意图。图2为在滚齿机上用回转体锥面磨轮加工滚刀的示意图。图3为工具平面与工具回转体锥面的位置关系示意图。图4为形成点接触的原理示意图。图5为由本专利技术的加工方法得到的蜗轮副的接触状态图。建立三个直角座标系Oe-e1e2n，Oo-XoYoZo，Os-XsYsZs。Oe-e1e2n固定在平面工具上;Oo-XoYoZo固定在回转工作台上;Os-XsYsZs固定在锥面工具上。1.蜗杆的加工蜗杆可在滚齿机上加工。如图1所示，蜗杆工件放在滚齿机刀架上，并绕工件转轴以角速度ω1转动，装有平面磨轮的磨头放在滚齿机工作台上，并随工作台转轴以角速度ωo转动。ω1/ωo＝i为蜗轮副的传动比，ω1的取值与加工平面包络蜗轮副时相同，A为蜗轮副的中心距。调整磨头，使磨轮平面与工作台转轴成βo的夹角，并与含蜗杆转轴的水平面内以工作台转轴为圆心，Ro为半径的圆相切。由此安装调整法便可加工出蜗杆齿面。2.蜗轮滚刀的加工蜗轮滚刀也可用滚齿机加工。如图2所示，将滚刀工件装在滚齿机刀架上，并绕刀架转轴以角速度ω1转动，装有锥面磨轮的磨头放在滚齿机工作台上并随工作台转轴以角速度ωo转动。调整锥面磨轮，使回转体锥面上与水平面平行的母线的延长线与水平面内以工作台转轴为圆心，以该圆心到该母线的延长线之间的距离Rb为半径的圆相切，并使回转体锥面磨轮绕该水平母线顺时针或反时针转过β角。3.蜗轮的加工将滚刀装在滚齿机刀架上，蜗轮工件放在工作台上，按通常环面蜗轮的切削方法可加工出蜗轮齿面。上述蜗杆和滚刀的加工中所用带平面和回转体锥面磨轮的磨头，在结构上分别与加工平面和锥面包络环面蜗杆所用的磨头相同。为保证蜗杆和蜗轮发生点接触，磨削蜗杆和蜗轮滚刀的参数βo，Ro与β，Rb之间必须满足特定的数学表达式，以使展成蜗杆的工具平面与展成蜗轮滚刀的回转体锥面工具沿以角度参数为u的锥面母线相切，如图3所示。本专利技术的加工方法得到的蜗轮副发生点接触的原理如图4所示。当用平面工具展成蜗杆齿面时，平面与蜗杆齿面沿L1发生线接触。当用锥面工具展成滚刀基本齿面时，锥面工具与滚刀基本齿面沿L2发生线接触。根据展成原理，滚刀切制的蜗轮齿面可与锥面沿L2实现线接触。由于平面与锥面沿母线T相切，则L1与L2在T上相交于Q，当蜗杆齿面与蜗轮齿面配对啮合时，在交点Q处发生点接触。本专利技术有关的加工参数按下面所述方法决定加工滚刀时，回转体锥面磨轮(见图2)的半锥顶角γ决定了蜗轮蜗杆齿面之间在接触点附近的贴合程度和蜗轮副对误差的敏感程度，γ越大，贴合程度越好，但敏感度越高，反之亦然。γ的取值范围为45°～89°，最好为60°～85°。锥面磨轮的底面直径d根据蜗轮副中心距的大小而定。加工滚刀时回转体锥面磨轮的安装参数β和Rb根据线接触锥面包络环面蜗杆传动齿面接触线分布，通过试算来选取。工具平面与工具锥面的相切位置与接触点在齿面上的分布直接相关，这个相切位置决定于角度参数u(见图3)，u的选取可通过试算，看接触点在蜗轮齿面上的分布是否位于该齿面的中部来决定。为保证实现点接触，平面磨轮展成蜗杆齿面时的调整参数βo和Ro(见图1)必须满足特定的数学表达式。该数学表达式可由下述方法推得由图3可知，平面的法矢就是锥面在相切母线上的法矢，锥面在坐标系Os-XsYsZs中可表示为 锥面的法矢可表示为 将式(2)变换到坐标系Oo-XoYoZo中(见图2)得 nxo＝sinγcosγcosu-sinγcosγ (3)nyo＝-cos2γcosucosβ-cosγsinβsinu-sin2γcosβnxo＝cos2γcosusinβ-cosγcosβsinu+sin2γsinβ工作台转轴(即Zo轴)的方向矢量为 平面对工作台转轴的安装倾角βo为 参数Ro可确定如下由图1可知，Ro就是展成蜗杆的平面与Zo＝0的平面的交线L到回转工作台中心Oo(0，0，0)点的距离。根据图3，平面可表示为 (6)式中，ζ和ξ为平面的参数。将(6)式变换至坐标系Os-XsYsZs中得 xps＝-ξsinu+ξsinγcosu (7)yps＝ξcosu+ξsinγsinuzps＝ξcosγ将(7)式变换至坐标系Oo-XoYoZo中得 xpo＝xpssinγ+zpscosγ+h (8)ypo＝-xpscosγcosβ-ypssinβ+zpssinγcosβ-Rbzpo＝xpscosγsinβ-ypscosβ-zpssinγsinβ将(7)式代入(8)式，平面可表示为 xpo＝Cx1ζ+Cx2ξ+Cx3ypo＝Cy1ζ+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点接触包络环面蜗轮副的加工方法，步骤包括现有点接触环面蜗轮副的加工步骤：（１）用平面工具展成蜗杆；（２）制作蜗轮切削刀具；（３）用蜗轮切削刀具切制蜗轮；（４）确定蜗轮副加工工具的安装位置及参数。本专利技术的特征是：（２．１）磨削蜗轮滚刀时，将滚刀工件装在滚齿机刀架上，绕滚刀转轴［４］以角速度ω↓［１］转动。（２．２）磨削蜗轮滚刀时，将装有半锥顶角γ为４５°～８９°，最好为６０°～８５°的回转体锥面磨轮［５］的磨头放在滚齿机工作台上，并随工作台转轴［３］以角速度ω↓［０］转动。（２．３）在磨削蜗轮滚刀之前，调整回转体锥面磨轮［５］，使回转体锥面上与水平面平行的母线的延长线与该水平面内以回转工作台中心０↓［ｏ］为圆心，以该圆心到该母线的延长线之间的距离为半径Ｒ↓［ｂ］的圆相切，并使该轮［５］绕该水平母线顺时针或反时针转过β角。（４．１）展成蜗杆的平面工具和展成蜗轮滚刀的回转体锥面工具安装时，平面工具应与锥面工具沿角度参数为ｕ的锥面母线相切，并使平面磨轮展成蜗杆齿面时的安装参数β↓［０］，Ｒ↓［０］满足以下数学表达式：＊＊＊（１）＊＊＊（２）在（１）式中：＊＊＊（３）＊＊＊（４）在（３）式中：ｎ↓［ｘ０］＝ｓｉｎγｃｏｓγｃｏｓｕ－ｓｉｎγｃｏｓγｎ↓［ｙｏ］＝－ｃｏｓ↑［２］γｃｏｓｕｃｏｓβ－ｃｏｓγｓｉｎβｓｉｎｕ－ｓｉｎ↑［２］γｃｏｓβ（５）ｎ↓［ｚｏ］＝ｃｏｓ↑［２］γｃｏｓｕｓｉｎβ－ｃｏｓγｃｏｓβｓｉｎｕ＋ｓｉｎ↑［２］γｓｉｎβ在（２）式中：Ｋ↓［ｘ］＝Ｃ↓［ｘ２］－Ｃ↓［ｘ１］Ｃ↓［ｚ２］／Ｃ↓［ｚ１］Ｋ↓［ｙ］＝Ｃ↓［ｙ２］－Ｃ↓［ｙ１］Ｃ↓［ｚ２］／Ｃ↓［ｚ１］（６）Ｋ↓［ｘｃ］＝Ｃ↓［ｘ３］－Ｃ↓［ｘ１］Ｃ↓［ｚ３］／Ｃ↓［ｚ１］Ｋ↓［ｙｃ］＝Ｃ↓［ｙ３］－Ｃ↓［ｙ１］Ｃ↓［ｚ３］／Ｃ↓［ｚ１］在（６）式中：Ｃ↓［ｘ１］＝－ｓｉｎｕｓｉｎγＣ↓［ｘ２］＝－ｓｉｎ↑［２］γｃｏｓｕ＋ｃｏｓ↑［２］γＣ↓［ｘ３］＝ｈＣ↓［ｙ１］＝ｓｉｎｕｃｏｓγｃｏｓβ－ｃｏｓｕｓｉｎβ（７）Ｃ↓［ｙ２］＝－ｓｉｎγｃｏｓγｃｏｓｕｃｏｓβ－ｓｉｎγｓｉｎｕｓｉｎβ＋ｃｏｓγｓｉｎγｃｏｓβＣ↓［ｙ３］＝－Ｒ↓［ｂ］Ｃ↓［ｚ１］＝－ｓｉｎｕｃｏｓγｓｉｎβ－ｃｏｓｕｃｏｓβＣ↓［ｚ２］＝ｓｉｎγｃｏｓｕｃｏｓγｓｉｎβ－ｓｉｎγｓｉｎｕｃｏｓβ－ｃｏｓγｓｉｎγｓｉｎβＣ…。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦大同，张光辉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]