专利名称：环面蜗杆成型方法
技术领域：
本发明涉及的是环面蜗杆的一种加工方法。
环面蜗杆(Hourg Lass)应用较为普遍的是切削成型的亨德利(Hlndley)蜗杆或称直线齿环面蜗杆。加工这种蜗杆的方法主要是采用直线刃切刀，，切刀的切削刃(延长线)与“主基圆”相切，并绕主基圆回转运动，蜗杆旋转动。为加工出整个螺旋面齿形还有纵向进给、横向进给运动，该方法所形成的蜗杆传动副齿面啮合区较小，一般在50%左右，油膜保持力减小，面压增大，产生局部磨损，降低耐用度和传动效率，直接影响承载能力。
在昭50-19688中公开了一种平面包络环面蜗杆的成型方法，它采用平面砂轮磨削成型，砂轮的母平面与“主基圆”相切，并绕此圆回转运动，蜗杆、砂轮绕各自的轴线旋转运动。加工中蜗杆与砂轮间的速比为定值，所成型的蜗杆传动副齿面有效接触区扩大，几乎布满全齿，大大提高了蜗杆与蜗轮的齿面承载能力，而且齿面可以淬硬磨削，齿面光洁度高、油膜形成条件好，但不足之处在于加工小速比多头蜗杆时会发生干涉现象，蜗杆齿根有根切，齿顶也变尖，削弱了牙齿的强度。
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处，而提供一种无干涉现象的环面蜗杆的成型方法。
可采取以下的技术方案实现目的。在数控环面蜗杆磨床上，采用偏置圆弧回转面为母面的砂轮包络环面蜗杆，并以变传动比方式修整成型，即可获得既无干涉现象，又具有较理想齿形的环面蜗杆。
结合附图实施例对本技术方案的内容作进一步详述。
图1是环面蜗杆包络成型示意图。
图2是形成偏置圆弧回转面砂轮示意图。
图3是图2的右侧视图。
图4是图2的顶视图。
图5(1)是蜗轮连续四齿有限元网络图。
图5(2)是蜗轮受载四齿位移对比图。
图6(1)是蜗杆有限元网络图。
图6(2)是蜗杆受载变形对比图。
图7是与本环面蜗杆啮合的蜗轮副第1齿受载变形图。
图8是与本环面蜗杆啮合的蜗轮副第2齿受载变形图。
图9是与本环面蜗杆啮合的蜗轮副第3齿受载变形图。
图10是与本环面蜗杆啮合的蜗轮副第4齿受载变形图。
图11-14分别是蜗轮副第1-4齿的齿面接触迹示意图。
图15-18是对应于蜗轮第1-4齿的蜗杆螺旋面受力状态示意图。
图19是本环面蜗杆螺旋面成型修整示意图。
本发明提出的蜗杆成型母面是一个偏置圆弧回转面∑(2)，它们的坐标、运动关系如附图1所示。蜗杆工件以ω1角速度绕K1(O1)轴旋转，具有∑(2)母面的砂轮以ω2的角速度绕自身轴线旋转，砂轮的母平面与主基圆相切以ω3角速度绕主基圆[K2(O2)轴]回转。砂轮与蜗杆的相对位置及它们的运动关系遵从展成加工的要求。
为形成砂轮偏置圆弧回转面，可采用图2所示方式，绕OZ轴旋转的偏置刀具-金刚笔尖D在砂轮表面形成圆弧c-c，砂轮同时绕自身轴线a-a旋转，就能形成偏置圆弧c-c的回转面∑(2)采用其它方式，形成不同于图2的偏置圆弧回转面砂轮，用它们包络环面蜗杆均能满足本发明对砂轮刀具的要求。
如果在YOZ平面中调整圆弧c-c的旋转轴线OZ与砂轮轴线a-a间的夹角γ，则可改变砂轮偏置圆弧回转面∑(2)的锥角。
如果在XOZ平面中调整圆弧c-c的旋转轴线OZ与砂轮轴线a-a间的夹角δ，则可改变砂轮偏置圆弧回转面∑(2)的曲率。
通常γ、δ的调整范围为-10°＜γ＜0°，0°＜γ＜90°-30°＜δ＜0°，0°＜δ＜30°。
采用偏置圆弧回转面(砂轮)作为母面的成型方法的磨削过程，充分考虑到受载后的变形，本发明以变传动比修整成型。图5(1)、5(2)，图6(1)、6(2)分别为蜗轮、蜗杆受载前后对比图，它们是偏置圆弧回转面包络环面蜗轮副连续4齿受载情况下，按接触强度的有限元分析数值解的有限元网络图。根据这种分析，在额定载荷下同时受力的四个齿中，变形量最大的是第1齿，第2齿、第3齿、…依次减小，即蜗杆与蜗轮在受载接触时，第1齿的承载最大，依次递减，直至退出啮合。这些说明蜗杆蜗轮啮合时，轮齿发生弹性变形，必须在蜗杆成型时，注入一个修整量j，使加工成型的蜗杆承受重载时，齿面变形均匀化。
本成型方法在数控四轴联动蜗杆磨床上、配合蜗杆传动的接触强度有限元计算软件进行加工效果最为理想。设定蜗杆轴的旋转角为φ1，砂轮转角为φ2，它们间的速比为1＝φ1/φ2。
当采用变传比修整成型时，速比遵循1＝dφ1/dφ2此时的φ2＝f1(φ1)可依下式求解φ2＝a+b( (φ1)/(N) )+c( (φ1)/(N) )2+d( (φ1)/(N) )3+e( (φ1)/(N) )4+f( (φ1)/(N) )5式中N为蜗杆与蜗轮的传动比，系数a、b、c、d、e、f可通过解一元五次方程求得。根据蜗杆蜗轮接触强度的三维有限元法计算结果，加工时，给定一个蜗杆转角φ1，确定一个砂轮回转角φ2，蜗杆螺旋面沿法向方向修形，其修整量j自啮入端开始切削，在齿长方向逐渐减薄，呈楔形状修形。对应不同的蜗杆，j的范围为0.005mm-5mm之间。
例中心距a＝125mm，传动比N＝40的环面蜗杆传动副，在受载状态下按三维有限元进行强度计算。蜗轮连续四齿及蜗杆受载前的网络如图5(1)、6(1)所示，其受载后变形如图5(2)及6(2)所示。图7-图10是与环面蜗杆啮合的蜗轮副的第1齿-第4齿的受载变形图，其齿面接触迹如图11-14所示。对应于蜗轮第1齿-第4齿蜗杆螺旋面受力状态如图15-18所示，对应的蜗轮轮齿变形位移量如下(表A)第一齿
第二齿
第三齿
第四齿
在额定载荷下，同时受力的四个齿中，第1齿沿y轴位移量最大0.008mm，其它齿依次递减，直至退出啮合。
相应的蜗轮齿面应力量值如下表第一齿齿面节点应力分布 (KG/CM2)
<p>第二齿齿面节点应力分布 (KG/CM2)
第三齿齿面节点应力分布 (KG/CM2 )
为加工出整个螺旋面齿形，还应有纵向进给，横向进给运动。
本技术方案相对现有技术具有如下优点1、由于它采用偏置圆弧回转面砂轮包络环面蜗杆，不发生干涉现象，即可加工大速比单头蜗杆也可加工小速比多头蜗杆。
2、受载后接触齿面能在较佳状态下工作，改善应力集中状态，创造更好的油膜形成条件，其技术经济价值大大超过常规加工方法。
权利要求
1.一种环面蜗杆的成型方法，蜗杆与砂轮作展成运动，其特征在于它采用偏置圆弧回转面砂轮包络环面蜗杆，并以变传动比修整成型。
2.如权利要求1所述的环面蜗杆成型方法，其特征在于砂轮的偏置圆弧回转面是由绕OZ轴旋转的偏置刀具D在砂轮表面形成圆弧c-c，砂轮同时绕自身轴线a-a旋转所形成的回转面∑(2);圆弧c-c的旋转轴线与砂轮轴线间、改变砂轮回转面∑(2)锥角的夹角γ-10°＜γ＜0°，0°＜γ＜90°;圆弧c-c的旋转轴线与砂轮轴线间、改变砂轮回转面∑(2)曲率的夹角δ-30°＜δ＜0°，0°＜δ＜30°。
3.如权利要求1、2所述的环面蜗杆成型方法，其特征在于采用变传动比修整成型时，速比遵循1＝dφ1/dφ2N-蜗杆与蜗轮的传动比，φ1-蜗杆轴的旋转角;依下式求解φ2φ2＝a+b( (φ1)/(N) )+c( (φ1)/(N) )2+d( (φ1)/(N) )3+e( (φ1)/(N) )4+f( (φ1)/(N) )5a、b、c、d、e、f通过解一元五次方程求得;蜗杆的螺旋面沿法线方向的修形量j自啮入端开始切削，在齿长方向逐渐减薄，呈楔形状修形。j＝(0.005-5)mm。
全文摘要
本发明涉及的是环面蜗杆的一种加工方法。它在数控环面蜗杆磨床上，采用偏置圆弧回转面为母面的砂轮包络环面蜗杆，并以变传动比方式修整成型，它不发生干涉现象，既可加工大速比单头蜗杆，也可加工小速比多头蜗杆，考虑了受载后，轮齿发生弹性变形能在较大承载状态下工作，改善应力集中状态，创造更好的油膜形成条件，其技术经济价值大大超过常规加工方法。
文档编号F16H55/22GK1078931SQ9210357
公开日1993年12月1日 申请日期1992年5月16日 优先权日1992年5月16日
发明者张亚雄, 齐 申请人:天津华盛昌齿轮有限公司