0 引 言
平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動自70 年代中期由我國首創(chuàng)以來, 經(jīng)過廣大科技工作者的不斷努力, 其類型已由平面一次( 二次) 包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動發(fā)展為柱面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動、滾錐包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動、球面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動等多種形式. 環(huán)面蝸桿傳動由于在承載能力、傳動效率等方面具有較大的優(yōu)越性, 因而得到越來越廣泛的應(yīng)用[ 1, 2, 3] . 但由于設(shè)計(jì)計(jì)算和加工較復(fù)雜, 設(shè)備專用, 價格昂貴, 一直難于更廣泛地推廣.為便于一般機(jī)械加工單位生產(chǎn)環(huán)面蝸桿傳動, 本文給出以平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動為例, 在滾齒機(jī)上加工環(huán)面蝸桿副的實(shí)踐. 經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證, 用滾齒機(jī)加工出的環(huán)面蝸桿傳動運(yùn)行可靠, 效率高, 為這種蝸桿傳動的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件.
1 加工平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的誤差因素分析
1. 1 計(jì)算公式有待改進(jìn)
動力蝸桿蝸輪傳動副的精度主要由接觸精度和齒側(cè)間隙保證, 而齒側(cè)間隙則由蝸桿的齒厚和中心距α決定. 以往加工計(jì)算中是以文獻(xiàn)中所給出的蝸桿計(jì)算圓法向弦齒厚公式( 1) 為計(jì)算依據(jù):
但是, 對于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿來講, s2 值從蝸桿的中間到兩端逐漸減少, 值在不同截面又不相同. 所以, 利用上面的公式( 1) 來計(jì)算弦齒厚以保證齒側(cè)間隙, 顯然誤差太大.
1. 2 蝸輪滾刀是關(guān)鍵問題
在平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工過程中, 蝸輪滾刀和蝸桿應(yīng)具有同一性. 即滾刀和蝸桿的齒形和導(dǎo)程應(yīng)具有同一性, 也就是說蝸輪終加工滾刀的切削刃應(yīng)該相當(dāng)于相配蝸桿的螺紋表面. 蝸輪滾刀對蝸輪的位置和蝸桿對于蝸輪的位置應(yīng)具有同一性, 也就是要求以下三點(diǎn): ( 1) 中心距保持不變; ( 2) 滾刀和蝸桿對蝸輪中心的偏移一致; ( 3) 滾刀軸線、蝸桿軸線對蝸輪軸線的夾角一致.
在加工平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動中, 難以達(dá)到上述的兩個同一性, 主要因素如下:
1) 工藝因素
工件安裝中心與工件回轉(zhuǎn)中心不重合, 產(chǎn)生偏心誤差. 加工蝸輪時采用徑向進(jìn)給會帶來齒形缺陷. 另外, 加工過程的現(xiàn)場控制也是影響傳動精度的一個重要因素.
2) 機(jī)床因素
機(jī)床分度蝸輪本身的齒距誤差( 相鄰、累積誤差) 都會造成蝸桿滾刀的加工誤差. 機(jī)床傳動鏈誤差、分齒誤差都會影響平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的精確加工和制造.
3) 刀具精度
蝸輪滾刀的理論制造誤差、齒形缺陷、前刃刃磨時的干涉都是影響蝸桿副加工的因素.為了提高平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的加工精度, 避免上述問題, 采取以下幾種措施.提高平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的加工精度采取的措施.
2. 1 精確計(jì)算法向弦齒厚來代替近似計(jì)算結(jié)果
在實(shí)際加工過程中, 充分利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、計(jì)算準(zhǔn)確的特點(diǎn), 建立與實(shí)際加工過程相一致的空間坐標(biāo)系, 利用推出的蝸桿齒廓甲、乙兩面的方程式( 2 和3) 做計(jì)算.
蝸桿齒廓甲面方程:
蝸桿齒廓乙面方程:
根據(jù)圖1 所示來計(jì)算出精確的弦齒厚. 再利用公式( 4) 計(jì)算不同1 的螺旋升角之值, 然后再利用sn= s2 ·cosγ精確計(jì)算法向弦齒厚.
弦齒厚的計(jì)算過程如下:
子程序( 1) 用來求甲面與軸向截面交點(diǎn), ( x A , z a ) 為計(jì)算結(jié)果.
子程序( 2) 用來求乙面與軸向截面交點(diǎn), ( x a, z b) 為計(jì)算結(jié)果.
子程序( 3) 用來求甲面圓弧上某點(diǎn)的螺旋角, 螺旋角為計(jì)算結(jié)果.
子程序( 4) 是一維搜索子程序, 只要輸入已知函數(shù), 便可求得極值結(jié)果.
利用上述過程計(jì)算出精確結(jié)果后, 用該結(jié)果在實(shí)際加工中進(jìn)行測量, 使齒側(cè)間隙滿足理論上的需要, 從而達(dá)到理論、實(shí)際的一致.
2. 2 嚴(yán)格控制中心距
在加工滾刀、蝸輪、磨制蝸桿、車制蝸桿弧面及車制蝸桿螺旋槽等一系列加工過程中, 對蝸輪蝸桿傳動的中心距加以嚴(yán)格控制, 使實(shí)際中心距0 和理論中心距的誤差不大于0. 02mm, 原理如圖3.
2. 3 嚴(yán)格控制蝸輪滾刀、蝸桿的對稱中心線對蝸輪中心線的偏移
為提高滾刀的精度, 保證其和蝸桿的齒形導(dǎo)程具有同一性, 在嚴(yán)格控制中心距的條件下, 用相同的方法來磨制滾刀和蝸桿. 為保證滾刀蝸桿對蝸輪中心的偏移一致, 采用百分表來控制其偏移. 如圖4 所示. 具體方法為, 先用百分表測量蝸桿或滾刀和左端面基準(zhǔn)對蝸輪中心的偏移, 然后將刀架旋轉(zhuǎn)180°后, 再用百分表測量蝸桿或滾刀的右端面基準(zhǔn)對蝸輪中心的偏移. 由于蝸桿或滾刀應(yīng)相對蝸輪中心線為對稱, 所以測量出的偏移量也應(yīng)相等. 否則就要重新調(diào)整蝸桿或滾刀的位置, 然后再重新測量左、右基準(zhǔn)的偏移量, 直到相等時為止.
在完成上述工作的同時, 合理選擇傳動齒數(shù), 解決機(jī)床分度誤差, 選擇機(jī)床誤差變化平穩(wěn)的區(qū)域工作,也獲得了良好的效果.
3 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動減速箱的效率試驗(yàn).
利用理論分析計(jì)算和實(shí)際加工的一些經(jīng)驗(yàn), 生產(chǎn)了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動減速箱, 主要參數(shù)為:
中心距α= 90mm; 傳動比i = 17; 蝸桿頭數(shù)Z2 = 2; 蝸桿喉部計(jì)算圓直徑d2 = 44mm; 母平面傾角β = 10. 5°;基圓直徑d = 60mm.
為便于比較, 在試驗(yàn)臺上同樣測了同參數(shù)的阿基米德蝸桿傳動減速箱的效率, 試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1 和表2. 由表可知平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動減速箱的平均效率可達(dá)到83. 3% , 大大高于同參數(shù)阿基米德蝸桿傳動減速箱的平均效率65. 76% . 這就證明利用普通y - 3180 滾齒機(jī)同樣也可生產(chǎn)出高效率的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副.
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