渐开线蜗杆、蜗轮的齿廓加工方法.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流渐开线蜗杆、蜗轮的齿廓加工方法.精品文档.渐开线偏置蜗杆传动蜗轮轮齿的加工方法(共13页) 一汽解放汽车有限公司轿车分公司 陈安久 郑民田 长春大学 赵翼瀚 内 容 提 要 前文所述的型和型偏置渐开线蜗杆传动,它们的蜗杆和蜗轮都是渐开线齿形,蜗杆和蜗轮的齿廓都可以在通用机床上利用机床附件或简单工艺装备和普通刀具加工。本文通过实例介绍了在通用铣床上利用机床分度头加工渐开线偏置蜗轮齿廓的方法。 关 键 词 : 蜗轮齿槽沟底线 蜗轮齿槽沟底线斜角 蜗轮齿槽沟底模数 铣齿单角度铣刀 格林森齿轮机床 偏置渐开线蜗杆传动的 型和型传动(见参考文献【41】
2、、【42】),它们的蜗杆和蜗轮都是渐开线齿形,蜗杆和蜗轮的齿面都可以在通用机床上利用机床附件或简单工艺装备和普通刀具加工,工艺简单,易于制造,这就为这类传动的应用推广创造了有利条件。2003年后,作者曾在通用铣床上用分度头和单角度铣刀加工过多种类型车窗刮水器偏置蜗轮轮齿,本文将通过实例介绍这一加工方法。(一)单向点啮合偏置蜗杆传动实例长春一汽的一台格林森齿轮机床中的偏置锥蜗杆传动副的蜗轮轮体发生断裂,必须更换,如从美国该公司进口这套蜗轮副,其价格极其昂贵,因此,厂方决定突破垄断,用前述点啮合偏置蜗杆传动理论设计的蜗轮副替代,并自行制造。本文下面所述的传动实例,已在1999 年用文献【43】的方
3、法制作完成,经多年使用验证是成功的。作者根据多年的实践认为,这一传动的蜗轮亦可利用分度头在普通通用铣床上加工。下面就来介绍这一方法。1、格林森齿轮机床中损坏的锥蜗杆传动的基本参数为:传动中心距 a = 40.78 mm(图41)(a) (b) (c)图 41蜗杆模数 mz13 mm 蜗杆头数 Z1= 2 蜗轮齿数 Z2 = 32 蜗轮齿圈外径 DB2 = 153 mm 蜗轮齿圈内径 DN2 = 108 mm 蜗杆齿段大端直径 da1b=41.6 mm 蜗杆齿段长度 L = 40 mm 齿段小端端面至中心线的距离 L0 = 22 mm 2 、替代用偏置渐开线蜗杆、蜗轮副(参看 图41)的可用数据
4、如下: 1(1)蜗杆参数 取 蜗杆头数 Z1=2 蜗轮齿数 Z2=32 蜗杆A1面齿形角 A1=22.5 0 蜗杆T1面齿形角 T1=20 0 (图41b) 蜗杆锥面模数 mz = 3.0 mm蜗杆根锥半角 由式(126)求得 1 =(7.6957852E-02)0=0.076960=00437模 数: 由式(117) 、(118)求得A1面模数mA1 = t A1/ =3.001666 mmT1 面模数 mT1 = t T1/ = 2.998531 mm基圆半径:由式(121)、(122)求得A1面基圆半径 rJ A1 = 7.246664 mm T1面基圆半径 rJ T1 = 8.2383
5、96 mm齿高: 齿全高 h = 2.25 mz1 = 6.75mm 齿顶高ha=1.0 mz1=3mm 齿根高hf=1.25 mz1=3.75 mm参照原传动,取 齿段长: L = 40 mm 齿段小端至中心线距离:LO = 22 mm 齿段大端外径: da1g = 41.6 mm 齿段小端外径:da1c = da1g2 L tand = 41.6240tan1.269426 0 = 39.8273 mm式中齿顶锥修正半角: d =1.269426 0 (注) (注 切制蜗杆齿时,先按(图41b)的1角制齿,最后再按d角修正蜗杆外锥。d角的计算方法见后文。)(2) 蜗轮参数齿圈外径: DB2
6、 =153.0 mm (图41c) 齿圈内径: DN2 = 108 mm 齿 数: Z2 = 32 齿形角 A2=22.5 0 T2=17.45067 0 (PT2倾角:2=9.9270430) 模 数:取 凹齿面A2模数 mA2 = mA1 = 3.001666 mm 由式(213)求得:凸齿面T2模数mT2 =2.953646 mm基圆半径: 凹齿面A2基圆半径 RJA2 =mA2 Z2/2= 48.02666 mm 凸齿面T2基圆半径 RJT2 = mT2 Z2/2=47.25819 mm蜗轮齿顶锥半角 :令蜗轮齿顶锥与蜗杆计算根锥在蜗杆齿长的2L/3处(距齿段小端面的距离)相切,则可由
7、式(133)得 2 蜗轮齿顶锥半角 2 = 89.899610 (3) 传动中心距 : a = 40.78 mm (二)铣制蜗轮轮齿的范成原理及切齿基本数据1、铣齿基本数据 如图42a所示,蜗轮基圆柱QA2的切平面PA2与蜗轮凹面齿廓的交线是蜗轮凹齿面A2的母线MA2;蜗轮基圆柱QT2的切平面PT2与蜗轮凸齿廓的交线是蜗轮凸齿面T2的母线MT2。平面PA2 、PT2都与O2X2坐标轴垂直。现将切平面PT2的图形沿方向平移,使其与切平面PA2重合,它们重合后沿方向观察的视图为图42b.。如图所示,蜗轮各个齿槽两侧的齿面母线MA2与MT2的交点将落在一条倾 斜直线WG2上,称WG2为齿槽沟底线。
8、(b)(1) 蜗轮齿槽沟底模数 图 4 2 这里规定: 蜗轮齿槽沟底模数 = / (41) 式中 蜗轮齿槽沟底齿距 :在直线WG2上,两相邻齿沟齿廓母线交点间的距离。设齿槽沟底线WG2与方向所夹锐角为,称为齿槽沟底线斜角。由图可知 蜗轮凹齿面模数 (42) 蜗轮凸齿面模数 (43)由(42)(43)可得蜗轮齿槽沟底模数 (44)(2)蜗轮齿槽沟底线斜角 由(42)(43)可知,蜗轮齿槽沟底线斜角的正切 (45)对于本文的实例, 3 =(3.001666 2.953646 )/(2.953646 tan22.50+3.001666tan17.45067 0) = 0.022594608 = 1.
9、294355475 0=(3.001666 2.953646 )/( tan22.50+tan17.45067 0)sin1.294355475 0= 2.91782497 mm2、铣制蜗轮轮齿范成原理分析(1)铣制蜗轮轮齿时的范成运蜗轮轮齿是用一个单角度铣刀(图43 铣刀示意图)切制的,此铣刀刀刃分布在一个截锥体的锥面上和截锥体的大端平面上。在这里要特别强调,铣轮齿单角度铣刀与普通单角度铣刀并不相同,它们的不同点是:轮齿铣刀的端面刃是分布在锥体大端的圆平 面上,而不像普通单角度铣刀那样端面刃分布在一个内锥面上。铣齿时刀具有两个运动,一个是刀具(XD)绕自身轴线 图 43以d转速旋转的切削运动
10、;另一个运动是铣刀的切齿范成运动(图44(a)),切齿范成运动由轮坯和刀具的下述运动组成: (a) (b)图 44A 、 蜗轮轮坯绕Z 2 轴以角速度2 匀速转动(转数为n2 rpm),在蜗轮凹齿面A2的基圆柱QA2与其切平面PA(它与X2轴垂直)的切点处,基圆线速度在固定坐标系2=O2; 中为 VA2 = RJA22 =(Z2mA2/2)(2n2/ 60)=mA2 c (46)其中VA2 = mA2 c mm/s c=(n2Z2/60) 4 B、 单角度铣刀(XD)的轴线在PA平面上匀速移动,铣刀移动时其轴线O(d)Z(d)与O2Y2轴的平行线间所夹的锐角为T2 ,刀具移动速度的方向线与O2
11、Y2轴平行线间所夹的锐角为d ,即 (47)式中刀具移动速度的大小 Vd = mdc mm/s(2)、铣齿范成运动分析 A 、刀具锥面的铣齿范成运动分析(A)在移动坐标架d 中刀具锥面矢函数如图44(a)所示,移动坐标架d=的原点与铣刀锥顶重合,O(d)Z(d)轴线与铣刀轴线重合并且在平面PA上一起移动,在切齿范成运动过程中,d与铣刀一起平移的速度为。当不考虑铣刀绕自身轴线旋转的切削运动时,刀具在移动坐标架d 中锥面刃矢函数为 (48) 式中矢函数的参数:u= 是锥面上任意一点K1 的矢径 的模 , 是矢径在锥底面的投影与之间的有向角。 是锥面面母线与椎体轴线间夹角的余角。 (B)、 在动坐标
12、架d 中刀具锥面单位法矢 (49)(C)、在固定坐标架2 中刀具锥面单位法矢 因为 式(46)中 (410)5 所以在坐标架2 中刀具锥面单位法矢 (411)(D)、刀具范成速度的分解 刀具的范成速度可由式(47)的两个速度分量合成,也可作为下面速度分量的合成速度,即 dM (412)其中dM是刀具移动速度沿PA面上刀具母线方向的速度分量(图44b),dJ2是刀具移动速度沿方向的速度分量,即= VdJ2 (413)铣齿时轮坯基圆的线速度(见式46) V2 = RJA2 2= mA2C, 其中C=(n2Z2/60)范程运动中刀具移动速度的大小为 Vd = md C刀具范成速度沿方向的分速度的大小
13、则为 VdJ2 = md (cosd +sind tanA2)c= mA2C (414)刀具范成速度沿PA面上刀具锥面母线方向速度分量dM的大小为 VDM = (E)、蜗轮(轮坯)与刀具锥面重合点的速度 设在范成过程中,于某一任意一时刻,在坐标架2中,蜗轮上与刀具锥面重合点K2的矢径为,它与的有向角为2,则 (415)蜗轮上K2点的速度 (4)(F)、刀具锥面与蜗轮重合点处的相对速度 =dM+ VdJ2 () 6dM(VdJ2()()、刀具锥面啮合方程 蜗轮齿面 刀具锥面与蜗轮的啮合函数 z =()现在对啮合函数进一步讨论:1*、 关于 : 注意,由式(48)知,当=/2 , 是PA面上刀具锥
14、面母线各点的矢径;又由式(411)知,PA面上锥面母线各个点处刀具的幺法矢 () 2* 关于 : 当蜗轮(轮坯)上的点K2是蜗轮与PA面上刀具锥面母线相接触的各点时,计算蜗轮上点的速度式 (417)中的因此,在这些点处 dM(VdJ2 =dM(VdJ2)又由式(46)、(414)知 VdJ2 =VA2= RJA22 = mA2 c即 VdJ2 ,所以, z = (dM) 又因在PA2面上刀具锥面母线的各点处 分别与dM及相垂直,所以,在PA2面上刀具锥面母线的各点处z = (dM)=0 ()这就是说,当 = /2 时, z =0上述分析表明, 啮合方程z =0的解为 = /2 ;因此,可知:在
15、上述“(1)铣制蜗轮轮齿时的范成运动”过程中,于某一时刻,由方程组 z = = 0 (1) 7所确定的刀具上的接触线也就是PA面上刀具的锥面母线。显然,在上述“(1)、铣制蜗轮轮齿时的范成运动” 过程中,刀具锥面母线的刀刃切制的蜗轮齿面是基圆半径为的渐开线螺旋面,其齿形角为。B 刀具平面刃的范成运动对刀具平面的范成运动,也采用分析刀具锥面范成运动的方法进行分析,可以得到结论:在切齿范成运动(见(二)2(1)过程中,刀具平面刃切制的蜗轮齿廓是:基圆柱半径为RJT2 = (m T2 Z2)/2 的蜗轮凸齿面T2,它是齿形角为的渐开线螺旋面。(三)要求蜗轮齿形完整(无根切)时刀具直径的计算1、 蜗轮
16、凹齿面A2 的主曲率铣制轮齿的过程中,在刀具锥面与蜗轮凹齿面A2之间可能发生齿面根切(曲率干涉)现象,为避免根切,需要讨论蜗轮凹齿面A2 的曲率问题。 由微分几何可知:在蜗轮凹齿面A2母线M2上的任意一点P , 过点P作垂直于母线的主方向的法截面(图45a),此法截面上蜗轮齿面截线在点P处的曲率半径 = L/cos (422)式中 L :在蜗轮凹齿面A2的基圆柱QA2的切平面PA上,P点至O2X2Z2坐标面的距离。垂直于刀具锥面母线截面上的法截线的曲率可用默尼埃定理(【44】、【45】)计算。如图(45b)所示 ,在刀具锥面母线上任意一点P处,过 P点垂直于刀具轴线的截面与刀具锥面的交线是一个
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- 渐开线 蜗杆 蜗轮 加工 方法
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