偏置渐开线蜗杆传动的啮合原理与应用实践第一部分——直母线接触传动培训资料.doc
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1、偏置渐开线蜗杆传动的啮合原理与应用实践内 容 简 介 偏置渐开线蜗杆传动有多种类型,此类传动的蜗杆可做成圆锥形亦可做成圆拄形, 当它们分别与相匹配的蜗轮啮合时就构成了偏置圆锥蜗杆锥蜗轮传动(图1 1)及偏置圆拄蜗杆平面蜗轮传动(图 12),此外,也可做成这两类传动的混合型传动。这类传动的齿面的啮合状态,可设计成三种形态,即直母线接触传动【见参考文献11】、单向点接触传动和点接触传动【12】。这三种传动都具有偏置蜗杆传动的优点,但各有特色,且其蜗杆、蜗轮均可在通用机床上用简单刀具及通用机床附件或简单工艺装备加工,易于制造。本文用了四个部分论述了上述直母线接触传动、单向点接触传动的几个方面的问题:
2、 (1)蜗杆、蜗轮齿面的几何特征;(2)传动啮合原理概要及啮合条件;(3)在通用机床上用机床附件加工蜗杆、蜗轮的方法;(4)传动的应用实践 图11 图 12(内容包含美国格林森齿轮机床中锥蜗杆传动替代配件的设计、加工与应用,电站电流断器操动机构用和车窗刮水器用蜗杆传动的设计、应用和实验) 。 本文作者尽量采用了便于生产一线工程技术人员、工人阅读的简明方法论述较繁的理论问题,以便此项技术推广。 There are many types of bias involute worm driving which can be shaped into that of circular cone or c
3、ylinder. When they engage with matched worms respectively , hase cone wormcone worm transmission (fig11) and reut round walked worm plane worm transmission (fig12) are constituted .Besides this the mited transmission of these two transmissions can be made also.The states of transmission gear engagem
4、ent can be designed into three forms , they are :1、directcontact transmissions bus 【see reference 11】 2、ons way point contact transmissions【see reference 12】 3、point contact transmissions 【see reference 12】 These three transmissions have the common merits of biasworm transmission , but tuch of them
5、has their own characteristics . The worm and worm gear used in three transmissions can be manufatured easily , by using general purpose machines with simple tools and general machine accessories This article illustrates the following four problems of these direct contact transmissions bus and one wa
6、y Point contact transmissions :1、 worm and worm gear tooth surface geometry,2、 summary of transmission engagement principles and conditions , 3、methods of prossing worm and worm gear by generl purpose machine with simple machine accessories, 4、Applications of transmissions mentioned above (including
7、 the design, processing and application of replacement parts for the core worm gear machine tool used by the American Gelinsen ,and the design , application and experiment of current broken actuator of power station and worm geal used by window waterwiper)一 、 偏置渐开线蜗杆直母线接触传动 (共14页)长春大学 赵翼瀚 邵峻松内 容 提 要
8、偏置渐开线蜗杆直母线接触传动的啮合原理【13】是分析各类渐开线偏置蜗杆传动问题的理论基础。本文用了便于生产一线工程技术人员阅读的论述方法,对直母线接触偏置蜗杆传动的主要啮合理论,又作了深入的分析和简要的概括,文中还给出了偏置渐开线蜗杆直母线接触传动设计计算实例。 关键词 : 直母线接触传动 啮合方程 一类界点 二类界点 蜗杆顶基锥 计算根锥 渐开线直母线接触锥蜗杆传动装置及其制造工艺装备曾获发明专利(见参考文献【11】)。1988年,作者在“渐开线锥蜗杆传动的啮合原理”一文【13】,论述过蜗杆、蜗轮齿面为直母线接触的锥蜗杆传动的啮合原理问题。直母线接触锥蜗杆传动的啮合理论也是分析渐开线点啮合偏
9、置蜗杆传动的理论基础,为了后续问题的讨论,本文用了便于生产一线工程技术人员阅读的方法,又对直母线接触锥蜗杆传动的一些主要啮合理论,在本文相关的问题里作了进一步的深入分析和简要概括。下面讨论偏置渐开线直母线接触蜗杆传动的几个问题: (一) 蜗杆、蜗轮齿面的几何特征 直母线接触蜗杆传动的蜗杆、蜗轮齿面都是渐开线螺旋面。 图131、蜗轮齿面 蜗轮轮齿的凹齿面A2和凸 齿面T2(图13),分别是由蜗轮体上直径为DA2和DT2的基圆拄QA2及QT2所形成的渐开线曲面.。当分别切于基圆拄QA2、QT2的平面PA2和PT2(图中双点画线所围平面)各自相对基圆柱QA2及QT2纯滚动时,平面PA2和PT2上的倾
10、斜直线MA2和MT2 在空间中相对基圆柱走出的轨迹曲面,就分别是蜗轮的凹齿A2和凸齿面T2,A2面和T2面都是渐开线曲面,直线MA2和MT2分别是它们的母线。直线MA2和MT2与蜗轮轴线的平行线所夹的锐角lA2、lT2分别是齿面A2 和T2的齿形角。蜗轮轮齿的齿顶面分布在以蜗轮回转轴线为中心线的圆锥面上,或分布在垂直于蜗轮回转轴线的平面上。 2、蜗杆齿面 蜗杆螺旋面与蜗轮凹齿面A2相啮合的齿面A1及与蜗轮凸齿面T2相啮合的齿面T1(图 4c),分别是由蜗杆体上直径为dA1及d T1的基圆柱QA1及QT1 (图14a)所形成的齿面,当基圆柱切平面PA1和PT1分别绕QA1、QT1滚动时,其上直线
11、MA1和MT1 图14的轨迹是渐开线螺旋面A1*和T1*(图14a,图中仅画出大约半圈齿面),蜗杆实际齿面齿面A1、T1分别是A1*和T1*的一部分。A1*和T1*与基圆柱的交线是螺旋线LA1和LT1。在PA1和PT1面上(图14b),直线MA1和MT1与蜗杆轴线垂线的平行线间所夹 的锐角lA1、lT1分别是齿面A1 、T1的齿形角。 (二) 蜗杆、蜗轮齿面的啮合特征 齿面母线接触的条件 文献【13】对直母线接触蜗杆传动的齿面啮合特征作过论述 ,为了讨论问题方便,这里再作一些补充、分析。现以蜗杆、蜗轮轴线垂直交错的右旋蜗杆传动 ( 图 1、图 2 )为例进行说明。 1、 蜗杆齿面A1与蜗轮齿面
12、A2的啮合 蜗轮凹齿面A2与蜗杆齿面A1相啮合,当蜗杆基圆柱QA1的下切平面PA1与蜗轮基圆柱QA2的下切平面PA2相互重合为一个平面PA(图 5),则PA与传动中心线O1O2 (蜗杆和蜗轮回转轴线的公共垂线)相垂直,并且,当蜗杆齿面齿形角lA1与蜗轮齿面齿形角lA2相等,即 lA1=lA2= ,则蜗杆齿面母线MA1和蜗轮齿面母线MA2可相重合。现将证明,在无齿面曲率干涉时,齿面母线将成为传动的齿面瞬时接触线。两齿面接触时,两齿面相重合的母线上任意一点J处的齿面公共法线,是在切平面PA(PA1、PA2)上的直线nJ A ,它通过J点并垂直于齿面母线。传动工作时,若两齿面相重合的母线是瞬时接触线
13、,则啮合基本方程(【14】、【15】)成立,即 (1) 式(1) 中 :两齿面母线上任意接触点J处的单位公法矢,它与法线nJA重合:齿面A1上J1点相对齿面A2上J2点的相对运动速度 = (2) 其中、分别是齿面A1上J1点及齿面A2上J2点的速度。 图15 中,平面CJ1(a1b1J1c1olJ L ) 通过J1点且与蜗杆轴线垂直并相交于O1J点,其上的直线J1L是平面PA的垂线。蜗杆齿面J1点速度在CJ1面上,它垂直于回转半径rHJ1(即线段O1JJ1 ),其指向顺着蜗杆角速度的转向。 图 15在CJ1面上可分解为两个分速度,这两个分速度分别是垂直于平面PA的速度和在PA面的速度。由此分析
14、可知,式(1)中 = (3) 式中的数值= rHJ1 = (4)式中是蜗杆基圆柱QA1的半径。将式(4)代入式(3),得 (5)又在图 5 中,平面cJ2(a2b2J2c2o2JH)通过J2点且与蜗轮轴线垂直并相交于o2J点,其上直线J2-H是平面PA的垂线。蜗轮齿面J2点速度在cJ2面上,它垂直于回转半径(即线段o2JJ2),其指向顺着蜗轮角速度的转向。在cJ2面上,可分解为两个分速度,这两个分速度分别是垂直于平面PA的速度和在PA面的速度。由此分析可知,式(1)中 (6) 式中的数值 (7)式中是蜗轮A2齿面基圆柱QA2的半径。将式(7)代入式(6)得 (8)再将式(5)、式(8)代入式(
15、1)得 (9) 因 (10)式中a是传动中心距o1o2。将式(10)代入式(9)经整理后得到 (111)上式中 ,其中 是传动比。由上述分析知,式(111)是在两个条件下导出的,这两个条件是:(1) 蜗轮基圆柱下切面与蜗杆基圆柱下切面重合为一个平面PA(即 (RJA2=rJA1 + a) );(2) PA面上蜗杆、蜗轮齿面相接触的母线是啮合的瞬时接触线,接触处啮合方程方程成立(即)。反过来,在式(111)成立时,蜗轮基圆柱下切面与蜗杆基圆柱下切面将重合(RJA2=rJA1 + a),并且,两齿面的母线相接触且啮合方程成立()。这一结论,读者在读完本文后不难自行推证。上面的分析说明:式(111)
16、是蜗杆齿面A1和蜗轮齿面A2啮合时齿面母线相接触且为瞬时接触线的条件。2、蜗杆齿面T1与蜗轮齿面T2的啮合 蜗杆齿面T1与蜗轮齿面T2相啮合,当蜗杆齿面T1基圆柱QT1的上切面PT1,与蜗轮齿面T2基圆柱QT2的下切面PT2相重合为一个垂直于传动中心线O1O2的平面PT(图 6)时,式 RJT2 = arJT1 (12)成立,式中RJT2:蜗轮齿面T2的基圆柱半径,rJT1 :蜗杆齿面T1的基圆柱半径。又当蜗杆齿面齿形角等于蜗轮齿面齿形角,即=T,则蜗杆、蜗轮齿 图 6面母线可成为齿面接触线。类似于前述对A1与A2齿面啮合的运动分析,对蜗杆齿面T1与蜗轮齿面T2啮合进行运动分析后,可得到结论:
17、蜗杆齿面T1与蜗轮齿面T2啮合时,两齿面母线相 接触而且是瞬时接触线的条件是 (13) (三) 齿面上的两类界点1、 蜗杆齿面A1与蜗轮齿面A2啮合的两类界点 如图17所示,粗实线所围部分和 分别是右旋蜗杆螺旋齿的局部及蜗轮凹齿 A2的一小块,的左侧面是齿面A1,右侧面是齿面T1。QA1是齿面A1的基圆柱,它与A1面的交线是螺旋线LA1(参阅图14a)。由微分几何【16】可知, 螺旋线LA1 的切线就是A1齿面的母线MA1。又在图1 7中,蜗轮凹齿面A2,是母线为MA2的渐开线曲面,其基圆柱是双点线所示的圆柱QA2 , QA2轴线与QA1的轴线垂直交错。当两基圆柱QA1和QA2的下切平面重合为
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